25/02/2022La taille des pixels d'un appareil photo correspond à ses dimensions physiques (largeur et hauteur), généralement mesurées en micromètres (µm). C'est une spécification essentielle qui influe sur la sensibilité de l'appareil et sa capacité à capturer les détails fins. Cependant, la taille des pixels de l'image (résultant de la taille des pixels du capteur et du grossissement du système optique) joue un rôle plus direct dans la détermination de nombreuses propriétés de l'image.
1. Relation entre la taille des pixels du capteur et la taille des pixels de l'image
Taille des pixels du capteur vs. taille des pixels de l'image :
La taille d'un pixel du capteur correspond à sa taille physique. Cependant, la taille des pixels de l'image est déterminée par la taille du pixel du capteur divisée par le facteur de grossissement du système.
Le grossissement du système optique (qui est déterminé par les composants optiques tels que les lentilles ou les objectifs de microscope) joue un rôle crucial dans la taille effective des pixels de l'image.
Impact des systèmes optiques :
Systèmes à plan focal fixe (ex. : objectifs de microscope) vs. systèmes à mise au point variable (ex. : objectifs d'appareil photo classiques) :
Dans les systèmes à plan focal fixe, la taille des pixels est directement liée au grossissement, et les pixels plus grands peuvent collecter plus de lumière, offrant ainsi une plus grande sensibilité.
Dans les systèmes à mise au point réglable, le grossissement peut être ajusté en modifiant la distance au sujet ou en utilisant des objectifs zoom, ce qui modifie la taille effective des pixels de l'image.
2. Sensibilité et taille des pixels
Pixels plus grands et sensibilité accrue :
Des pixels plus grands peuvent capter davantage de lumière, améliorant ainsi la sensibilité de l'appareil photo, notamment dans des conditions de faible luminosité.
Analogie : des pixels plus grands sont comme un seau comparé à une tasse pour recueillir l'eau de pluie — la plus grande surface recueille plus de photons, ce qui augmente la sensibilité.
Par exemple, si la taille d'un pixel double dans les directions X et Y, la surface du pixel augmente de quatre fois, ce qui signifie qu'il peut collecter quatre fois plus de photons.
Avantages de l'imagerie en faible luminosité :
L'augmentation de la taille des pixels améliore considérablement la capacité de l'appareil photo à capturer les faibles signaux lumineux, réduisant ainsi le temps d'exposition ou le niveau de lumière requis.
3. Taille des pixels vs. résolution de l'image
Compromis de résolution :
Des pixels plus grands peuvent améliorer la sensibilité, mais ils peuvent aussi réduire la capacité à restituer les détails fins.
Exemple : Un pixel de 1 μm aura du mal à résoudre les détails inférieurs à 2 μm, car les éléments voisins se confondront les uns avec les autres.
Le degré de pixellisation augmente avec la taille des pixels, ce qui signifie que les détails les plus fins de l'image deviendront indistincts.
Limitations du système optique :
La résolution du système optique constitue également un facteur limitant la résolution des détails fins. Chaque système optique possède une limite au-delà de laquelle la réduction de la taille des pixels n'améliore pas la résolution, mais diminue la sensibilité.
Pour les systèmes basés sur des objectifs de microscope, l'ouverture numérique (NA) détermine principalement cette limite de résolution.
4. Adaptation de la taille des pixels au système optique
Taille de pixel idéale pour les microscopes à ouverture numérique élevée :
Une caméra avec une taille de pixel de 6,5 μm est parfaitement adaptée aux objectifs de microscope à ouverture numérique élevée de 60x.
Les caméras avec des pixels de 10 ou 11 μm sont les mieux adaptées aux objectifs à ouverture numérique élevée de 100x.
Des pixels plus grands peuvent offrir une sensibilité plus élevée, mais des pixels plus petits n'améliorent pas nécessairement la résolution des détails ; ils sont plus utiles pour capturer des détails d'image plus fins uniquement si le système optique peut supporter une telle résolution.
5. Conclusion : Équilibrer la taille des pixels, la sensibilité et la résolution
Compromis sur la taille des pixels :
Les pixels plus grands sont meilleurs pour l'imagerie en basse lumière et améliorent la sensibilité, mais au détriment de la capacité à restituer les détails fins de l'image.
Des pixels plus petits améliorent la résolution de l'image, mais peuvent réduire la sensibilité, notamment en conditions de faible luminosité.
Correspondance du système :
La taille idéale des pixels d'une caméra dépend du système optique utilisé. Pour les systèmes à fort grossissement (comme les microscopes à forte ouverture numérique), la taille des pixels doit être optimisée en fonction du pouvoir de résolution du système optique et de l'application d'imagerie prévue.
