5 différences entre les capteurs CCD et CMOS

Le capteur est l'une des parties les plus importantes d’un équipement photo - et souvent mal compris - de n'importe quel appareil photo numérique. La grande majorité des appareils photo utilisent soit un capteur à dispositif à transfert de charge (CCD), soit un capteur à semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire (CMOS).

Vers le milieu des années 2000, les fabricants d'appareils photo ont commencé à éliminer progressivement les CCD au profit des capteurs CMOS. Mais quelle est la différence entre les capteurs CMOS et CCD ? Pourquoi certains photographes se tournent-ils vers des appareils photo plus anciens dotés de capteurs CCD ? Dans cet article, nous expliquerons l'histoire des capteurs, leurs avantages et inconvénients, et comment ils affectent les images - y compris tout, du décalage du volet roulant et de la vidéo à l'exposition et à la reproduction des couleurs.

Jusqu'au début des années 2000, la plupart des appareils photo compacts étaient équipés d'un capteur CCD. Pas seulement les appareils photo compacts numériques, mais pratiquement n'importe quel appareil photo numérique. Depuis lors, les capteurs CMOS ont supplanté leurs homologues CCD. Cependant, le CCD bénéficie toujours d'une énorme popularité auprès de certains photographes, qui croient en la supériorité des images produites par cette technologie plus ancienne.

L'idée répandue est que les capteurs CCD produisent des images plus cinématographiques, avec un aspect organique, tandis que les images CMOS sont considérées comme plus cliniques et dénuées de caractère. Mais quelle part de vérité y a-t-il dans cette théorie ?

Nous avons réalisé une série de photos dans un environnement de studio contrôlé pour comparer les images produites par les deux types de capteurs. Nous avons utilisé des appareils photo tels que le Fujifilm FinePix S5 Pro avec un capteur CCD, les Nikon D200 et Nikon D200, et les Canon EOS 300D et Canon EOS 400D ainsi que le Sony A7S III, équipés de capteurs CMOS.

À propos des capteurs CCD & CMOS

Tout d'abord, regardons comment les capteurs CCD et CMOS fonctionnent différemment. Au départ, la capture d'une photo - à la fois avec les capteurs CMOS et CCD - est la même. Des particules de lumière frappent un réseau de cellules photosensibles, produisant des charges électriques. La différence réside dans la manière dont le capteur lit les données et les convertit en un signal numérique. Et chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients.

Vertical smearing

Lorsqu'un capteur CCD capture une image, la charge se transfère le long d'une ligne de pixels - verticalement - à travers une série de condensateurs. Une fois arrivée au bord du capteur, la charge est lue. Si la scène comprend une source lumineuse trop vive, la charge ne se terminera pas. Cela entraîne un excès de charge s'accumulant dans les lignes affectées et provoque l'apparition de traînées verticales. Vous pouvez voir un exemple de ce problème ci-dessous.

En revanche, les capteurs CMOS lisent chaque pixel individuellement - la charge ne se transfère pas le long des lignes. Le processus de lecture est également plus rapide, ce qui réduit considérablement le risque de transfert de charge incomplet. Par conséquent, les capteurs CMOS sont beaucoup moins sujets aux traînées verticales.

L'effet de "volet roulant" 

Célèbre pour créer des distorsions sur les sujets en mouvement rapide. Cet effet affecte à la fois les photos et les séquences vidéo, notamment lors de l'utilisation de vitesses d'obturation élevées sur des appareils photo sans miroir dotés d'un obturateur électronique. L'effet de volet roulant peut également apparaître lors de l'utilisation d'obturateurs mécaniques, mais il est généralement moins perceptible que sur les obturateurs électroniques.

Avec les capteurs CMOS, avant que l'appareil photo n'ait fini la lecture du capteur, les objets dans le cadre ont déjà changé de position. Cet effet peut être visible lors de la capture d'objets en mouvement rapide, de mouvements rapides de la caméra ou de la capture de lumières clignotantes en utilisant un capteur CMOS.

Généralement, les capteurs CCD utilisent un obturateur global, qui expose l'ensemble du capteur à la lumière en une seule fois. La lecture est également simultanée (bien que le long des lignes). Ces deux facteurs contribuent à réduire tout effet de volet roulant dans les images finales.

De nos jours, certaines caméras, comme la Sony PMW-F5, la Blackmagic Design Production Camera 4K EF et l'Ursa Mini 4K EF, disposent de capteurs CMOS à obturateur global. Les premiers capteurs CMOS plein format à obturateur global sont maintenant disponibles dans des appareils photo numériques largement disponibles, comme le Sony A9 III

Bruit de motif

La différence la plus évidente pour moi réside dans le motif de bruit. Les zones fortement sous-exposées sur les premiers appareils photo basés sur des capteurs CMOS présentent un fort bruit de motif fixe. Il est beaucoup plus agréable et organique sur les appareils photo CCD.

Exposition

Les appareils photo CCD géraient également légèrement mieux la surexposition. Nous avons réduit l'exposition de deux diaphragmes. Bien que vous puissiez voir les hautes lumières écrêtées, elles semblent un peu meilleures sur les appareils photo CCD.

Mais si vous regardez une photo prise sur un capteur CMOS moderne, il gère bien à la fois la sous-exposition et la surexposition. Cela montre vraiment les progrès réalisés dans la technologie CMOS.

Rendu des couleurs

Outre les anciens caméscopes, quelques caméras de cinéma, équipées d'un capteur CCD, sont louées pour leur qualité d'image "cinématographique" et leur grain "organique". Parmi ces caméras, on trouve le Digital Bolex unique, l'Ikonoskop A-Cam et le Sony F35.

En termes de rendu des couleurs, c'est similaire aux appareils photo modernes. Les images de Canon sont légèrement plus chaudes que celles de Nikon. Les images des appareils photo Canon basés sur des CMOS semblent plus saturées en RAW (avec les paramètres par défaut) et en JPG. Les modifier ne prend pas longtemps, donc elles semblent presque identiques.

Il semble que cela n'ait rien à voir avec un capteur à l'intérieur d'un appareil photo. Au lieu de cela, tout dépend de l'approche du fabricant en matière de rendu des couleurs.

Capteurs CCD dans l'imagerie technique

Il n'y a que quelques domaines de l'imagerie scientifique et technique dans lesquels les capteurs CCD ont, jusqu'à récemment, eu l'avantage sur les CMOS. Les CCD étaient utilisés, par exemple, pour l'imagerie en lumière extrêmement faible et en lumière infrarouge proche. De nos jours, les progrès technologiques ont permis aux capteurs CMOS d'obtenir des résultats similaires, voire meilleurs, mais la technologie CCD est toujours utilisée pour l'imagerie technique.

Verdict : La Magie des Capteurs CCD

Il existe des différences objectives et subjectives entre les capteurs CCD et CMOS. Ces différences ne concernent pas tant la couleur, car celles-ci sont ajustables lors de la retouche.

En raison de la plage dynamique limitée des capteurs CCD, ils protègent les hautes lumières. Par conséquent, les images CCD semblent plus sombres et plus cinématographiques. De plus, la résolution plus faible rend les images plus douces, moins stériles et plus proches du film.

Mais lors de l'utilisation des capteurs CCD et CMOS, la principale différence réside dans la nostalgie et l'expérience d'utilisation d'une technologie obsolète et moins parfaite. De nombreux photographes CCD se soucient peu du capteur lui-même. Au lieu de cela, ils recherchent la qualité des images et l'ambiance nostalgique.

Pourquoi les images CCD ont-elles aussi un aspect cinématographique ? Dans les premiers jours des appareils photo numériques, les fabricants ont essayé de faire en sorte que les photos numériques ressemblent à du film. Par exemple, les premiers appareils photo numériques Leica imitaient le rendu du Kodak Kodachrome. À l'époque, le film était encore considéré comme le support "supérieur" - et les photographes étaient simplement habitués à un aspect spécifique.

Aujourd'hui, quelle que soit la raison, il y a certainement quelque chose d'inspirant à utiliser une technologie plus ancienne - et à embrasser toutes ses imperfections.

Si tu prends juste des photos en JPEG, tu pourrais préférer le rendu de beaucoup d'appareils photo CCD. Mais avec plusieurs appareils photo CMOS modernes, surtout ceux avec des options de réglage JPEG robustes comme Fujifilm ou Olympus, tu peux obtenir des images super directement à partir de l'appareil.

Si tu shoote en RAW, c'est facile de modifier tes images pour leur donner un aspect plus "cinématographique" - auquel cas, un capteur CCD ne te donnera aucun avantage rationnel par rapport au CMOS.

La photographie ne se limite pas aux faits scientifiques. Il est important de se rappeler de s'amuser. Donc, si un appareil photo CCD t'inspire, saisis-le et commence à shooter. Tout appareil photo peut être un excellent outil entre de bonnes mains.

Découvre tous nos articles, nos conseils et techniques ainsi que nos critiques et guides d’achat de matériel photo, nos interviews de photographes sur notrehub de contenu MPB.