La nouvelle génération de Galaxy S20 présentée hier à New York a été pour Samsung l’occasion de revoir sa copie photographique de fond en comble. Bien placé dans notre top10 et plutôt efficace de manière générale, le Galaxy S10 était toutefois moins performant et moins innovant que les terminaux d’Apple… et de Huawei. À n’en pas douter, c’est clairement le leadership technologique des P20 Pro et P30 Pro dans les domaines optiques (périscopique, ultra grand-angle grand format) et des capteurs (grands formats, matrice custom) qui a inspiré Samsung pour cette nouvelle fournée de terminaux.
Si Samsung a annoncé trois terminaux de la famille « Galaxy S20 », il n’y a que deux configurations photographiques : toutes les deux comprenant trois modules caméra à l’arrière et un seul module caméra à l’avant. Petite anatomie de la famille S20.
Configuration caméra des S20 et S20+
Les Galaxy S20 et S20+ partagent la même plate-forme technique, à savoir un module caméra principal intégrant un équivalent 26 mm ouvrant à f/1.8 et un (grand) capteur Dual Pixel de 12 Mpix, un module ultra grand-angle intégrant un petit capteur au format 1/2,55 pouce de 12 Mpix, couplé à un équivalent 13 mm – le même module qui équipe déjà les S10.
Le troisième larron à l’arrière est un pseudo- téléobjectif, puisque sa couverture angulaire annoncée est de 27 mm (en équivalent 24×36). L’astuce tient dans sa densité en photosites (improprement appelés « pixels ») : ce capteur de 64 Mpix procure un zoom numérique x3 grâce à ce déluge de pixels. Si Samsung a été avare en détails techniques purs quant au fonctionnement de ce trio de modules, il semble que dès que l’on zoome ne serait-ce qu’un peu, l’application vient recadrer dans ce pool de pixels pour zoomer trois fois.
Il nous tarde d’évaluer la qualité des algorithmes de recomposition d’image de Samsung (nul doute que le capteur principal doit aussi être mis à profit). Quant à la caméra en façade, il s’agit d’un grand-angle équivalent à un 25 mm ouvrant à f/2.2 équipé d’un capteur Dual Pixel (rapide à la mise au point) de 10 Mpix.
Il faut aussi noter la présence d’un module ToF sur les versions Plus et Ultra. Ce capteur de temps de vol (ToF, time of flight) sera utilisé pour les applications de réalité augmenté et pourrait aussi être utilisé pour améliorer les effets d’arrière-plan flou – utile notamment pour les portraits. Mais Samsung ne s’est pas prononcé à propos de son usage en photo.
Configuration caméra du S20 Ultra
Le terminal le plus haut de gamme, appelé Galaxy S20 Ultra, offre une fiche technique photographique très différente. Le seul module caméra inchangé est le module ultra grand-angle arrière de 12 Mpix, un module couvrant un équivalent 13 mm équipé d’un petit capteur 1/2.55 pouce, qui devrait souffrir dans les basses lumières comme l’ont démontré les S10. Mais pour tout le reste, les modules caméra sont inédits.
À commencer par le module en façade, cette « selfie camera » qui passe à un capteur Dual Pixel de 40 Mpix exploité sur 10 Mpix. Un capteur un poil plus grand que celui des autres S20 et S20 plus, mais dont le suréchantillonnage devrait produire de bien meilleures images. Mais le plus gros morceau est évidemment le capteur le plus utilisé par le public, à savoir le module caméra principal.
Un module caméra toujours très grand-angle équivalent à un 25 mm, mais qui délaisse pour la première fois le capteur 12 Mpix initié par le Galaxy S7 en 2016. Toujours basé sur la technologie Dual Pixel comme son ancêtre, le nouveau capteur est cependant un géant. Du point de vue de la taille, d’abord, puisque son format de 1/1,33’’ en fait l’un des plus grands capteurs de smartphone jamais produits… Mais aussi un géant de la définition, qui aligne pas moins de 108 Mpix ! Des pixels agencés non pas de manière classique, mais par bloc de 3×3. Ces superblocs de 9 photosites permettent à l’image finale, produite en 12 Mpix, de profiter de photosites « géants » de 2,4 micron. De quoi éliminer efficacement le bruit, mais aussi de produire des aplats de couleurs plus gradués, ou encore affiner la précision d’image. Stabilisé optiquement, le bloc optique qui équipe ce capteur a intérêt d’être de qualité suffisante pour alimenter correctement en lumière les photosites.
L’autre tout nouveau module caméra est le téléobjectif. Un « vrai » téléobjectif cette fois, puisque l’optique périscopique est équivalente à un 103 mm f/3.5. Une optique qui profite d’une lentille de stabilisation et qui permet à l’appareil de profiter d’un coefficient de « zoom optique » de x8. En effet, la puissance de zoom d’un appareil photo se mesure en divisant la focale la plus resserrée (le téléobjectif) par la focale la plus large (la position la plus grand-angle). 105 divisés par 13 donnant 7,92, on arrondit gentiment à x8 et on obtient un excellent coefficient de zoom pour un smartphone. Une valeur explosée par la communication de Samsung… qui promet carrément un zoom x100.
Comment est-il possible de x8 à x100 sans passer par la case mensonge commercial ? Grâce au visual computing pardi !
Le visual computing, le secret du zoom x100
Si vous avez suivi ce que Google est capable de faire en termes de qualité de zoom numérique avec son Pixel 4, vous comprenez comment fonctionnent les zooms x30 (S20, S20+) et x100 (S20 Ultra) : grâce à la magie des algorithmes. Samsung ne s’est pas étendu sur les techniques employées, mais, en gros, le capteur prend plusieurs photos (des dizaines) dans un intervalle très court et reconstitue l’image sur la base de ces dizaines voire centaines de millions de pixels capturés à un instant « t » pour produire une image améliorée.
Avec des capteurs de 64 Mpix (S20, S20+) et 48 Mpix (S20 Ultra), chaque capture de plusieurs images sources représente un défi pour les processeurs d’image – le Spectra 380 dans les versions Qualcomm des Galaxy S20. Les algorithmes ayant besoin de beaucoup de données, il faut que les capteurs soient non seulement très définis comme c’est ici le cas, mais aussi extrêmement rapides : ils doivent non seulement réaliser une mesure de l’image (quantité de lumière et balance des blancs), mais aussi s’éteindre, capturer une image et revenir à leur état initial. Cela plusieurs dizaines de fois par seconde. Samsung va mettre ici en avant autant sa maîtrise logicielle – algorithmes de recomposition d’image, interface utilisateur, traitement du bruit, etc. – mais aussi les qualités matérielles de ses capteurs. Pas anodin pour le numéro deux mondial des capteurs CMOS qui lorgne sur le trône du roi Sony…
Des capteurs plus grands et plus denses
Mis à part le module caméra ultra grand-angle qui reste désespérément petit (surtout comparé au super équivalent 18 mm f/1.7 au format 1/1.7 pouce du Huawei Mate 30 Pro), les Galaxy S20 font appel à une nouvelle génération de capteurs qui ont deux propriétés physiques intéressantes.
Primo, ils sont physiquement grands. Offrir une surface plus grande pour collecter la lumière c’est non seulement collecter plus de photons, mais c’est aussi repousser (un peu) les limites de la diffraction des optiques et affûter la précision de l’image perçue. Deuxio, ces capteurs sont très définis, comme on l’a vu. Une définition qui n’est pas ici exploitée pour produire des images de dimensions supérieures, mais bel et bien au service de la qualité d’image.
Si cet agrandissement des capteurs CMOS met en avant la maîtrise technique de Samsung côté semi-conducteurs, il ne fait pas occulter la maîtrise optique qui en découle. Car pour alimenter correctement en lumière chacun des photosites de ces capteurs très denses en photosites, il faut des lentilles non seulement de qualité, mais aussi ultra compactes. Les algorithmes de correction optique couplés à la puissance du processeur d’image améliorent certes la qualité finale des clichés, mais la partition optique a dû faire l’objet de toutes les attentions de la part de Samsung. Qui n’a malheureusement rien communiqué de précis à ce sujet !
L’analyse de fiche technique est une chose, mais le plus dur reste à faire, à savoir l’épreuve du terrain. Car en photographie, la domination technique s’efface bien souvent face à la qualité de l’interface et une bonne gestion des couleurs : les iPhone 11 Pro d’Apple avec leurs capteurs et leurs focales « classiques » en sont la preuve.
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