Sony WX1 vs W380 : le CMOS revient en force !

Course effrénée aux mégapixels, miniaturisation drastique des boîtiers, surenchères permanentes sur les ISO, étirements extrêmes des focales sont autant de phases qui ont rythmé et rythment toujours les évolutions des APN. Aujourd'hui, une nouvelle vague de capteurs CMOS revisités (dits BSI) semble prête à déferler sur des années de construction autour du CCD. Prochaine étape du Darwinisme photographique ou nouveau cheval de bataille marketing ? Pour obtenir des éléments de réponse, rien de tel qu'un face-à-face entre deux APN similaires : les Sony WX1 (CMOS BSI) et W380 (CCD).



Les appellations varient : BSI (pour Back Side Illuminated), rétro-exposé, rétro-éclairé, backlit ou encore inversé. Mais dans tous les cas, il s'agit bien d'une nouvelle génération de capteurs CMOS. Ou disons plutôt une conception ancienne (les premiers travaux sur l'architecture BSI remontent à la fin des 70's) arrivée suffisamment à maturité pour être commercialisée. Le pionnier, en matière de production de masse des CMOS BSI et d'intégration dans ses APN, c'est le nippon Sony, sous la bannière Exmor R. Les Cybershot WX1 et TX1, annoncés en août 2009, ont été les premiers à en bénéficier. Aujourd'hui, deux autres références sont venues s'ajouter aux gammes du constructeur : les HX5V et TX5.

Entre temps, de nombreux protagonistes de la photo ont manifesté leur engouement pour cette technologie de capteur : Casio (Exilim EX-FH100, FH20 et FC150), Nikon (Coolpix P100), Ricoh (CX3), Fujifilm (Finepix HS10), Canon (avec le très récent Ixus 300 HS) et très bientôt Samsung (avec le WB2000). Comme un parfum de changement qui flotte dans l'air... Il faut dire que les promesses sont alléchantes : meilleure qualité d'image, notamment dans les hautes sensibilités, plage dynamique accrue, mais aussi grande rapidité du capteur (rafale, mode vidéo...). Les photophones devraient d'ailleurs emboîter le pas aux APN assez rapidement, les grands constructeurs de chipset dédiés à l'imagerie (Omnivision, Aptina Imaging, Toshiba...) disposant déjà de leurs propres CMOS rétro-exposés. La mort du CCD est-elle annoncée ? C'est ce que nous allons voir en opposant deux compacts Sony, dont seul le capteur change sur le plan technique.

Lumières sur le CMOS rétro-éclairé

Ce face-à-face est avant tout l'occasion de faire un point sur la technologie CMOS BSI, puisque nous sommes partis pour en entendre parler encore un moment. Alors concrètement, le changement majeur porte sur l'agencement dans la structure du capteur. Un schéma vaut mieux que de longs discours, voici comment est architecturé un capteur CMOS normal :



De haut en bas, on découvre donc :

Voici maintenant le schéma d'un capteur CMOS BSI, précisément du Exmor R Sony :



La différence ? La couche de photo-diodes et la strate d'électronique sont ici inversées. La face photosensible habituellement en arrière plan se retrouve donc aux premières loges, en contact plus direct avec la lumière. C'est pour cela qu'on parle de BackSide Illuminated, et qu'on préfèrera en français le terme rétro-exposé à rétro-éclairé (cette dernière appellation sous-entend la présence d'une source lumineuse artificielle supplémentaire). Cette conception réduit les pertes de lumière liées à la couche d'électronique (reflets, obstruction des transistors...).

Une logique implacable qui nous amène à la question suivante : pourquoi ne pas y avoir pensé plus tôt ? D'après des documents Sony datant de juin 2008, le problème de cette structure inversée était qu'elle occasionnait de nombreuses dégradations d'image : augmentation du bruit aléatoire (propension des photo-diodes à produire des signaux d'intensité variable avec une même exposition), du signal d'obscurité (provoque du "dark noise", parasites produits par l'activité électrique des composants du capteur, sans la moindre exposition lumineuse), pixels défectueux et altération des couleurs (du fait du changement d'angle d'incidence des rayons lumineux dès lors que la surface sensible est rapprochée).

Des tares que le constructeur a vraisemblablement solutionnées en développant une structure de photo-diodes particulière (Sony évoque un "alignement haute précision") et en optimisant les micro-lentilles intégrées à la surface du capteur. La principale conséquence c'est l'amélioration du rapport signal / bruit : la sensibilité lumineuse est augmentée tandis que le bruit est diminué. En théorie, cela se traduit par une meilleure qualité d'image (moins d'amplification requise), notamment dans les hautes valeurs d'ISO.

Mais encore ?

Autre bénéfice : les circuits et composants électriques étant alors relégués en fond de substrat, il sera dorénavant envisageable d'en rajouter autant que nécessaires afin d'améliorer le potentiel des capteurs (qualité et rapidité de traitement d'image), sans gêner la couche photosensible. Tout cela en profitant des avantages inhérents aux capteurs CMOS comparés aux CCD, à savoir une consommation électrique inférieure et une grande rapidité de fonctionnement. La technologie BSI profite donc à la vidéo (gestion plus facile de flux complexes, mode ralenti à 1 000 images/s) et à la rafale (elle atteint pour l'heure 10 images/s). On voit également se développer des modes de prise vue intéressants, comme la panoramique à main levée, la strobophotographie (décomposition d'un mouvement en plusieurs phases sur une même photo) ou encore l'assemblage HDR (photos exposées différemment pour obtenir une vue avec une dynamique étendue)... Bref, s'il est bien maîtrisé (puissance du processeur d'image associé, qualité des algorithmes de traitement...), le potentiel de ces capteurs est considérable.



Place maintenant aux tests de nos deux compacts Sony, pour voir si le mythe rejoint la réalité !

WX1 vs W380 : présentation

Ces deux compacts se ressemblent comme deux gouttes d'eau. En dehors des couleurs, différentes sur nos deux modèles de prêt, et de la forme du boîtier, légèrement plus arrondi sur le W380, le reste ne change guère. Même gabarit, bloc optique, écran et dos de l'appareil en général... Le véritable point de divergence entre ces deux APN, c'est le capteur. Le W380 embarque un CCD Super HAD (un CCD amélioré) de 14,1 Mpix tandis que le WX1 se voit équipé du CMOS Exmor R de 10,2 Mpix. 3,9 Mpix d'écart qui risquent de ne pas jouer en la faveur du W380 lors des montées en ISO, même si le capteur est un tantinet plus grand (1/2,3" contre 1/2,4" pour l'Exmor R). Il était toutefois impossible de faire autrement, tous les Exmor R de Sony étant pour l'heure conçus en 10,2 Mpix, alors que la plupart des CCD Sony récents sont au moins en 12 Mpix. On obtient ainsi une densité de pixels de 50 Mpix/cm² sur le W380 contre 37 Mpix/cm² sur le WX1. Ce qui est intéressant en revanche pour la comparaison des images, c'est d'avoir strictement la même optique Sony G : un zoom 24 - 120 mm, avec une belle ouverture à f:2,4 en grand angle et un nettement moins lumineux f:5,9 en téléobjectif.

Interface et ergonomie

On retrouve sur ces deux APN la même interface sobre et agréable qui anime les compacts Sony depuis quelques temps déjà. Une pression sur la touche menu fait apparaître une suite d'icônes dans un bandeau vertical semi-transparent à gauche de l'écran, donnant un accès rapide à l'ensemble des réglages. Ces derniers se déroulent alors dans une bande horizontale à côté de l'icône choisie : la navigation s'effectue via le pavé multidirectionnel. En mode de prise de vue P, le plus avancé sur ces deux compacts, les réglages proposés sont les suivants : résolution, rafale, correction d'exposition, sensibilité, balance des blancs (auto + 6 positions + manuelle), mode de mise au point et de mesure de la lumière (dans les deux cas multi, centre, spot), sensibilité de la détection des sourires, détection des visages et DRO (augmentation de la dynamique). Pas de réglage du trio netteté / saturation / contraste, ni de mode colorimétrique pré-défini (noir et blanc, sépia, coloré, etc.), c'est regrettable... Et sur le W380 on ne peux pas non plus contrôler le fonctionnement de la stabilisation optique SteadyShot.



Ces deux APN restent avant tout des compacts très automatisés, destinés à un public désireux de simplicité. Le WX1 proposent quelques modes de prise de vue supplémentaires, tels que anti-flou, crépuscule à main levée ou encore le bracketing d'exposition. Pour ce qui est de la prise en mains rien de particulier à déplorer, si ce n'est qu'avec la petite taille des deux boîtiers les grandes paluches auront du mal à trouver leurs repères. L'agencement très condensé des commandes, avec un pavé multidirectionnel cerné par les touches menu, corbeille et lecture, provoquera à coup sûr des fausses manipulations (plus encore avec le WX1 que le W380). Autre observation, le déclencheur manque un peu de débattement et de ressort (surtout sur le W380) : la phase de réalisation de la mise au point en appuyant à mi-course est régulièrement abrégée. L'écran dans les deux cas affiche une résolution standard et une visibilité moyenne, qu'on peut toutefois augmenter d'une simple pression sur la touche disp. On notera tout de même la présence d'un traitement spécifique sur le WX1, qui procure de meilleurs angles de vision, donc davantage de visibilité. Mais Sony va tout de même devoir faire quelque effort à ce niveau là.

Tableau récapitulatif

Qualité d'image : l'optique et généralités

L'Exmor R bat-il le CCD Super HAD à plat de couture ? La réponse s'avère plus mitigée que nous l'attendions... Il faut dire que le CCD Super HAD est déjà une évolution avancée du CCD classique, censée apporter un gain de sensibilité important. Et malgré la présence de l'objectif Sony G 24 - 120 mm (f:2,4 - 5,9) sur les deux APN, force est de constater que les W380 et WX1 n'exploitent pas leur optique de la même manière.

Déjà, le capteur Exmor R étant physiquement plus petit que le CCD (1/2,4 pouce contre 1/2,3 pouce), le WX1 cadre légèrement plus serré. Ensuite, le piqué n'est pas du tout identique sur les deux appareils, ni en termes de micro-contrastes maximum, ni en termes d'homogénéité. Nous avons effectué trois séries de mesures : à 24 mm, 53 mm et 120 mm. Impossible de contrôler les ouvertures en revanche sur ces APN automatisés : cela dit, les deux optent à chaque fois pour les mêmes réglages de diaphragme donc sont complètement comparables. Au grand angle, quasi systématiquement ouvert à f:2,4, le piqué est visiblement supérieur sur le W380 au centre et en périphérie proche mais sur les bords extrêmes, l'appareil s'écroule littéralement. Le WX1 exhibe moins de précision mais avec davantage de constance : un piqué inférieur mais plus homogène donc.



A 53 mm, le W380 voit son piqué s'homogénéiser tandis que le WX1 recule sur tous les niveaux, en particulier sur les bords. Enfin à 120 mm, le piqué au centre chute considérablement pour les deux APN, produisant un ensemble homogène mais très moyen. Dans l'ensemble, en dehors d'un résultat très médiocre sur les dernières franges du cadre au très grand angle, le W380 profite mieux de l'objectif 24 - 120 mm dans toutes les circonstances. Fait d'autant plus remarquable que Sony semble avoir dopé l'accentuation de la netteté sur le traitement du signal du W380.



Trois autres observations sur la partie optique : d'abord, les deux APN montrent une résistance tout-à-fait correcte aux aberrations chromatiques, à peine supérieure sur le WX1. Sur la question de la distorsion, le W380 prend nettement l'ascendant. La déformation en barillet est bien mieux contenue à 24 mm que sur le WX1. A 53 mm, les deux APN affichent une géométrie assez neutre. A 120 mm, le WX1 conserve à peu près sa stabilité tandis que le W380 part légèrement en coussinet. Bref, étant donné que le 24 mm constitue un des principaux intérêts de ces deux appareils, le W380 l'emporte. Reste la stabilisation optique, efficace sur les deux compacts, mais qui est désactivable sur le WX1 via le menu : un bon point pour économiser de la batterie quand on n'utilise que le 24 mm par beau temps.

Mesure et colorimétrie

Les deux APN dévoilent une mesure d'exposition parfois inégale : ils tendent à surexposer (légèrement) lorsque la scène est contrastée, et à sous-exposer avec des lumières uniformes. Mais dans l'ensemble, ils se sortent plutôt bien des situations pièges : il suffira simplement de baisser de 0,3 à 0,7 EV la correction d'exposition par beau temps, et de prévoir un peu de post-traitement par mauvais temps. Côté colorimétrie, le WX1 exhibe une dominante magenta assez prononcée, tandis que le W380 se montre beaucoup plus fidèle (il tire presque un peu dans le vert) : la balance des blancs automatique s'avère plus efficace sur le W380 ! En matière de flash, pas de surprise : le dosage est équilibré mais la puissance très limitée sur les deux appareils...



Enfin les deux APN proposent la fonction DRO (Dynamic Range Optimizer), paramétrable sur Off, Standard et Plus. En standard, l'algorithme se concentre essentiellement sur le débouchage des zones d'ombre sans interagir avec les parties claires. Assez efficace. En plus, le DRO s'évertue plutôt à harmoniser l'ensemble : il rabaisse autant les hautes lumières qu'il rehausse les teintes bouchées. Le résultat en plus est ni flagrant, ni seyant (perte de contraste).

Qualité d'image : dans les basses sensibilités

Sachant maintenant que le 24 - 120 mm pique plus sur le W380 que sur le WX1, les résultats dans les basses sensibilités deviennent prévisibles. En effet, il y a de fortes chances que les 4 Mpix supplémentaires du W380 jouent en sa faveur. Surtout que le W380 débute à 80 ISO alors que le WX1 ne démarre qu'à 160 ISO ! C'est globalement le cas : jusqu'à 200 ISO compris, le W380 restitue davantage de détails, sans exhiber de dégradation particulière. Même en passant le W380 en 10 Mpix, le piqué supplémentaire donne des images plus fournies (et les éventuels défauts se voient encore moins). A l'inverse, le WX1 affiche un niveau de granularité assez décevant à sa première valeur de sensibilité de 160 ISO. Rien de catastrophique, mais pour une technologie de capteur supposée requérir moins d'amplification, il n'y a franchement pas de quoi se pâmer. Voici une première série de résultats obtenus sur notre scène de test :



Détails à 100 %, à gauche le W380 en 80 ISO (14 Mpix) et à droite le WX1 en 160 ISO (10 MPix):



Détails à 100 % en 200 ISO, à gauche le W380 (14 Mpix) et à droite le WX1 (10 MPix):



A 400 ISO, la compétition s'équilibre : le W380 commence à lisser ses textures, provocant une perte de détails, tandis que le WX1 maintient le cap en n'ajoutant qu'un léger bruit de luminance. Les principaux contours restent plus marqués sur le W380, du fait du piqué et de l'accentuation de la netteté supérieure par défaut, mais globalement les deux APN se valent. Attention en revanche, dès qu'on passe du studio ou du soleil au temps gris, les photos du W380 révèlent un début de cisaillement des contours et des artefacts dès 200 ISO. Le WX1 et ses images plus douces s'en sort alors mieux.

Détails à 100 % en 400 ISO, à gauche le W380 (14 Mpix) et à droite le WX1 (10 MPix):



Photos en 200 ISO par temps gris :

Qualité d'image : dans les hautes sensibilités

Là on attend le WX1 au tournant. Dès les 800 ISO, il prend l'avantage grâce à une approche plus conservatrice des détails, que le W380 est obligé d'estomper pour contenir ses pixels parasites. Sur le WX1, on voit apparaître un grain fin assez important, comme une légère trame pointilliste monochromatique, mais les détails sont toujours relativement bien restitués et les contours restent propres. Avec le W380, les lignes commencent à moutonner visiblement, du bruit chromatique se manifeste ici et là et les détails fins se transforment de plus en plus en paquets.

Détails à 100 % en 800 ISO, à gauche le W380 (14 Mpix) et à droite le WX1 (10 MPix):



A 1 600 ISO, l'écart s'accentue. Mais le WX1 prend tout de même une bonne dose de grain supplémentaire, intensifiant un effet voile qui floute légèrement l'ensemble. Sur le W380, la netteté supérieure parvient à faire ressortir certains détails mais le lissage est lancé et le gros de la résolution est déjà perdu.

Détails à 100 % en 1 600 ISO, à gauche le W380 (14 Mpix) et à droite le WX1 (10 MPix):



Enfin, à 3 200 ISO la différence devient franchement flagrante : le W380 part en bouillie de pixels (tout détail devient paquet, les textes sont illisibles, les dégradés ou motifs nuancés disparaissent) tandis que le WX1 parvient à offrir encore un niveau de détail tout à fait acceptable pour un compact ! Parfaitement utilisable pour des tirages 10 x 15 cm, voire A4 (même si là le grain sera visible). Notez qu'en passant le W380 en 10 Mpix, on obtient de meilleurs résultats qu'en 14 Mpix : en baissant la résolution, on rend les défauts d'images moins visibles... Toutefois, le WX1 reste indéniablement plus qualitatif que le W380 à 800 et surtout 1 600 et 3 200 ISO.

Détails à 100 % en 3 200 ISO, à gauche le W380 (14 Mpix) et à droite le WX1 (10 MPix):



Photos de nuit en 3200 ISO, 24 mm et f:2,4 :

WX1 vs W380 : performances

Nous passons désormais aux mesures de réactivité des deux compacts. Le CMOS, rétro-exposé ou pas, est censé fonctionner plus rapidement qu'un CCD. C'est ici d'autant plus probable qu'avec 14 Mpix, les images pèsent environ 5 - 5,5 Mo contre 3,5 - 4 Mo en 10 Mpix. Maintenant, les deux compacts sont équipés du même processeur de traitement d'image Bionz. Alors, le verdict suit-il la théorie ? Pour ce qui est des manipulations de base, le WX1 prend globalement l'ascendant sur le W380, d'une courte tête. Allumage plus prompt, délai de recyclage du flash plus court, latence au déclenchement plus faible : le WX1 est sensiblement plus nerveux que le W380.





Autre épreuve : enchaîner deux photos le plus vite possible. Ici le WX1 surpasse clairement le W380. La faute aux 14 Mpix ? Non, passer en 10 Mpix ne change rien. Il faut 1,8 s au WX1 pour aligner deux déclenchements contre 3,1 s au W380. La différence entre les deux compacts, c'est que le WX1 écourte l'affichage de la première vue lorsqu'on presse à mi-course le déclencheur, pas le W380... La tâche se complique encore, et le faussé se creuse, lorsqu'on passe en mode rafale. Le WX1 atteint la cadence annoncée de 10 images par seconde (en pleine résolution) tandis que le W380 s'épuise sur un léthargique 0,7 im/s (10 images en 14 s). Chiffre qui parvient à grimper à 1,5 im/s si on s'en tient à 4 clichés... Certes, le WX1 supporte cette cadence sur 10 images "seulement" (ou pendant une seconde, au choix...) et il lui faut 12 secondes environ pour s'en remettre (enregistrement des images). Mais sur un compact, on ne fait pas mieux !

Côté autofocus, le WX1 se montre le plus véloce en grand angle avec une mise au point, latence comprise, qui s'effectue la plupart du temps en 0,35 s. Le W380 oscille lui entre 0,35 et 0,75 s, mais flirte beaucoup plus souvent avec le haut de la fourchette et produit davantage de photos floues quand on le brusque. En téléobjectif par contre, le W380 se montre plus rapide avec une mise au point en 0,45 s au mieux, contre 0,55 s pour le WX1. Des temps très bas qui s'expliquent par le fait que les deux APN passent en mise au point continue dès que le zoom est en téléobjectif.

D'autres spécificités ?

Le CMOS BSI présente également de sérieux points positifs pour d'autres utilisations spécifiques. A commencer par la panoramique à la volée. Le principe est simple : on commence par sélectionner le mode sur la molette, le format (standard en 4912 x 1080 pixels ou wide en 7152 x 1080 pixels), l'orientation (horizontale ou verticale) et le sens de prise de vue (de gauche à droite, de haut en bas, etc.). Il ne reste plus qu'à enfoncer le déclencheur et balayer l'horizon de façon régulière : l'appareil se charge d'enchaîner les vues et de réaliser l'assemblage à la volée. Séduisant ! Notez que cette fonction existe également sur le W380 mais se révèle nettement moins qualitative, puisque le capteur CCD est obligé de passer en basse résolution pour atteindre la cadence nécessaire, alors que le CMOS Exmor R du WX1 fonctionne en pleine résolution. Une sacré différence !



Viennent ensuite deux modes très intéressants, uniquement disponibles sur le WX1 : crépuscule à main levée et anti flou de mouvement. Comme pour le balayage panoramique, ces deux modes reposent sur la capacité du CMOS à enchaîner les prises de vue rapidement. Sauf qu'ici la capture est statique. Crépuscule et anti-flou sont assez semblables : dans les deux cas il s'agit de capturer six images sous-exposées afin d'en composer une seule correctement exposée.

Le réglage crépuscule privilégie le faible bruit (sensibilité la plus basse possible mais vitesse d'obturation moins élevée) tandis que l'anti-flou favorise la netteté (vitesse d'obturation la plus rapide possible mais sensibilité plus élevée). Les deux modes fonctionnent à merveille, en délivrant des images assez nettes (pas de flou mais un léger halo autour des contours) et surtout beaucoup moins bruitées qu'une vue unique à 3 200 ISO (sensibilité finale généralement entre 400 et 1250 ISO en crépuscule, et entre 1250 et 3200 ISO en anti flou) ! Un véritable bénéfice lié directement au CMOS.



Le CMOS Exmor R se montre enfin particulièrement adapté à la vidéo. Les deux APN filment strictement avec les mêmes paramètres (résolution 1 280 x 720 pixels, cadence de 29,97 im/s, codec Mpeg-4 Visual à 9 Mbps) donc le face-à-face semble équilibré. Pourtant les vidéos du WX1 sont incomparablement meilleures que celles du W380 : beaucoup plus propres (plus de netteté, moins de bruit), colorées et fluides. Seul hic avec le WX1 (et le W380 aussi) : le son est enregistré en mono... Mais on apprécie sinon la présence de la stabilisation, le zoom optique disponible (et à peu près silencieux) ou encore l'autofocus, assez consistant.

Conclusion

Le CMOS rétro-exposé révolutionne-t-il l'espèce ? Non, mais il dévoile de nouveaux horizons pour la photo. Concernant nos deux compacts en test, il faut bien reconnaitre qu'une fois tout pondéré (et même bien avant...), le Cybershot WX1 explose le W380. En fait, en dehors de sa gestion des basses sensibilités assez quelconque (par rapport aux bienfaits supposés de la technologie) et de son piqué relativement faible et moyennement homogène (surtout à 50 mm), le WX1 fait mieux que le W380 sur tous les tableaux : réactivité, hautes sensibilités, ergonomie (grâce à son écran plus visible et au surplus même modeste de réglages), vidéo, modes de prise de vue... Donc à la question "Quel est le meilleur de ces deux compacts ?" la réponse est simple : le WX1.

Maintenant le WX1 est-il le compact ultime ? Non, Sony a encore quelques points à améliorer. D'abord, optimiser son capteur Exmor R : pourquoi ne pas envisager une taille un peu plus grande que du 1/2,4 pouce (1/2 voire 1/1,7 pouce) ? Ou encore proposer une véritable basse sensibilité, à 50 ou 80 ISO au lieu des 160 ISO du WX1 ? Ensuite, sans vouloir blâmer les optiques Sony G, force est de constater que les zooms siglés Carl Zeiss offrent un bien meilleur piqué, qui serait bienvenu sur un WX2 par exemple... Pour le reste, à part l'absence de mode manuel, de quelques réglages ou le son en mono dans la vidéo, le WX1 se révèle être un compact grand angle redoutable ! Les capteurs CMOS BSI ont de beaux jours devant eux, si tant est que les constructeurs ne cèdent pas à nouveau aux sirènes des mégapixels...

Galerie d'images réalisées avec le WX1

Galerie d'images réalisées avec le W380