Pas de pixelsest un concept simple. Il fait référence à la distance entre le centre d'un pixel et le centre d'un pixel adjacent, généralement mesurée en micromètres (µm). À mesure que le pas des pixels diminue, la diaphonie entre les pixels devient plus probable.
En électronique, la diaphonie est tout phénomène dans lequel un signal transmis dans un circuit ou un canal crée des interférences indésirables dans un autre. Cela est généralement dû à un couplage capacitif, inductif ou conducteur involontaire entre les circuits. La diaphonie est un problème critique dans le câblage structuré, l'électronique audio, la conception de circuits intégrés, la communication sans fil et d'autres systèmes de communication.
Dans les capteurs d'images, la diaphonie se produit lorsque le pas des pixels devient plus petit et que les électrons générés par l'effet photoélectrique se propagent dans les photodiodes voisines, introduisant du bruit. Par exemple, en raison de la disposition du réseau de pixels, les électrons générés par la lumière traversant un filtre vert peuvent s'infiltrer dans les pixels rouges adjacents. En conséquence, le processeur de signal d’image reçoit des données incorrectes, entraînant un bruit de couleur.
Une autre cause est la lumière parasite pénétrant dans les pixels voisins lorsque l'espacement des pixels est trop serré, activant involontairement les pixels adjacents.
Autres sources de bruit
Le bruit n'est pas uniquement causé par la diaphonie. Des réglages ISO élevés et une surchauffe du capteur peuvent également introduire du bruit.
L'augmentation de la sensibilité ISO augmente efficacement le gain de l'amplificateur, augmentant ainsi à la fois le signal et le bruit.
Les expositions longues peuvent générer du bruit thermique dû à l'accumulation de chaleur dans les capteurs CMOS. Bien que-la réduction du bruit dans l'appareil photo puisse atténuer ce problème, le bruit thermique devient plus perceptible au-delà de certaines durées d'exposition.
Les types courants de bruit comprennent :
Bruit de motif fixe (longue exposition, faible ISO)
Bruit de bande (problèmes de lecture)
Bruit aléatoire (exposition courte, ISO élevé)
Améliorer la qualité de l'image
Une façon d’améliorer la qualité de l’image consiste à augmenter le nombre de pixels, ce qui augmente effectivement la résolution.
Pour réduire le bruit provoqué par un petit pas de pixel, il existe généralement deux approches :
Utilisez un capteur CMOS plus grand pour conserver un pas de pixel plus large
Améliorer les processus de fabrication pour isoler les pixels plus efficacement, empêchant ainsi les fuites de photons et d'électrons entre eux
Par exemple, l’introduction de barrières physiques ou d’espaces d’air entre les pixels peut aider à bloquer la lumière parasite et la diffusion des électrons.
Contraintes pratiques dans les appareils mobiles
Dans les smartphones, la taille compacte est une contrainte critique. Il n'est pas possible d'utiliser de grands capteurs comme le plein-format ou l'APS-C. Par conséquent, les fabricants adoptent généralement la deuxième approche-en améliorant les technologies d'isolation des pixels tout en réduisant le pas des pixels et en augmentant la surface du capteur dans un espace limité.
Des technologies telles que l’isolation en tranchée profonde sont utilisées pour y parvenir.
Avancées dans la technologie des capteurs
Ces dernières années, les améliorations apportées aux technologies de réduction du bruit et de fabrication CMOS ont permis le développement de capteurs d'image haute-densité.
Par exemple, le capteur ISOCELL HP3 de Samsung a permis :
Pas de pixel de 0,56 µm
Résolution de 200 mégapixels
Sortie RAW 14 bits avec plage dynamique élevée (HDR)
Tetra²pixel (technologie de regroupement de pixels 16-en-1)
Ces avancées répondent à la demande croissante de capteurs-haute résolution et de petits pixels-dans les appareils mobiles multi-caméras.
Les-compromis de la haute densité de pixels
Une densité de pixels plus élevée permet une plus grande résolution, ce qui améliore la rétention des détails lors du zoom et du recadrage.
Il existe toutefois des compromis- :
Des pixels individuels plus petits captent moins de lumière, ce qui entraîne de moins bonnes performances en faible luminosité-
L'augmentation du nombre de pixels au-delà d'un certain point produit des rendements décroissants
Une autre limitation vient de l’objectif. Une fois que la résolution du capteur atteint la limite de diffraction du système optique, l’augmentation supplémentaire du nombre de pixels n’améliore pas la qualité de l’image.
