Qu’est-ce que la plage dynamique (dynamic range) d’un capteur ?

C’est une caractéristique de plus en plus utilisée par les fabricants de capteurs et d’appareil photo, particulièrement choyée par les laboratoires de tests et recherché par les photographes de paysage : la plage de dynamique.

La dynamique : une histoire de nuances

Les conditions de luminosité varient énormément sur terre : entre un clair d’étoiles sans lune (loin de toute activité humaine) et le plein soleil au milieu d’un désert de sable, il y a un rapport de luminosité moyenne allant de 1 à 1 million. On définit la dynamique en stops, ou indice de luminescence (IL), exposure value (Ev) en anglais.

Chaque stop correspond au doublement de la lumière. Une scène photographiée de 8 stops (la profondeur d’un jpeg) aura donc un écart de 2^8, soit 256 entre le point noir (luminosité en dessous de la quelle tout sera noir, ou bouché) et le point blanc (au-delà duquel tout sera blanc, ou brûlé).

L’oeil humain : champion de dynamique à battre

Notre œil nous a été donné par notre évolution, quand nous devions vivre et échapper à nos prédateurs aussi bien sous le soleil de midi à l’équateur que dans la nuit la plus noire. En utilisant tous ses mécanismes (pupilles, bâtonnets & cônes, sensibilité de la rétine), il est ainsi capable de capter un flux lumineux aussi faible que 1 millionième de candela par mètre carré (étoiles les plus faibles visibles dans la nuit la plus pure) et de supporter la lumière d’un soleil bas (jusqu’à 100 millions de cd/m²).

Cela représente environs 46 stops dans l’absolu, mais on considère que l’oeil humain possède une dynamique instantanée de 8 stops et qu’il est capable de s’adapter rapidement pour nous permettre de voir une scène jusqu’à 24 stops. 

Qu’est-ce qu’une bonne dynamique pour un appareil photo ?

Aucun appareil photo ne propose 24 stop de dynamique, mais tous les appareils photos modernes proposent plus de 8 IL de dynamique à bas ISO. Ils sont donc capables de donner dans de bonnes conditions un rendu naturel aux photos. Cela ce complique quand il faut monter en ISO, car la dynamique chute. Il vaut alors mieux une dynamique supérieure à bas ISO pour obtenir 8 IL à ISO plus élevé.

On classe généralement les appareils photos par dynamique à ISO natif (la valeur minimale, généralement autour de 100).

14 Ev et plus : les champions

Seule une petite famille d’appareils photos peuvent figer des scènes ayant plus de 14 stops de dynamique. La plupart sont doté des capteurs Sony, comme les Sony A7, les Nikon D800 et D810 ou le Pentax K-1, ainsi que de nombreux moyen format. Avec autant de dynamique, il est possible de déboucher les ombres et ratrapper les hautes lumière très fortement, au point de donner un rendu proche du HDR.

Plus de 13 stops : De très bonnes performances

Le laboratoire DxO recense 60 appareils photos dépassant les 13 Ev à la meilleure sensibilité. Ils seront capables de photographies des scènes complexes, avec beaucoup de potentiel de débouchage des ombres.

Chez Canon, beaucoup de boîtier approchent des 13 stops de dynamique sans les atteindre, cela est dû à la particularité de leurs capteurs qui « plafonnent ». En d’autres terme, ils garderont leur dynamique maximale plus longtemps. Au final, ils auront à haut ISO (800 et plus) la même dynamique que les boitiers Nikon, Pentax ou Sony affichant des points à plus de 13 Ev.

Moins de 12 stops : attention !

Un appareil qui n’atteint pas les 12 Ev de dynamique  à ISO natif sera capable de donner un rendu correct sur une photo bien exposée, mais aura généralement de mauvaises performances dès qu’il faudra monter en ISO au-delà de 800 voire 1600. La marge de manœuvre pour récupérer une photo trop contrastée sera très faible.