En début d’année, Canon a présenté le prototype d’un nouveau type de capteur. Nommé SPAD (Single Photon Avalanche Diode), il se distingue des capteurs CMOS traditionnels par deux grands principes : le comptage de chaque photon arrivant aux pixels et le recours au phénomène d’avalanche pour l’amplification du signal à la source. À la clé : une absence de bruit numérique et une dynamique virtuellement infinie.
Capteur SPAD : la prochaine révolution pour les capteurs photo
Lors du CES 2026, Canon a dévoilé un nouveau prototype d’un capteur employant la technologie SPAD – qu’elle avait déjà présentée il y a quelques années. Ce procédé s’avère très prometteur, tant il pourrait corriger les principaux problèmes des capteurs CMOS actuels : plage dynamique limitée, bruit numérique, rolling shutter et banding, etc.
La différence entre les deux technologies est fondamentale. Sur un capteur CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), chaque pixel agit comme un mini-réservoir. Pendant la durée d’exposition, il accumule les photons, qui se transforment en charge électrique. La mesure de l’intensité est donc analogique – suivie par une conversion numérique du signal qui ajoute du bruit.
Avec un capteur SPAD (Single Photon Avalanche Diode), chaque pixel est une diode polarisée, capable de compter chaque photon individuellement. La mesure du signal est donc binaire (présence ou absence d’un photon). Ce principe est couplé à une réaction en chaîne (ou avalanche d’électrons, voir plus loin).
Un capteur qui voit dans la nuit ?
Les bénéfices de la technologie SPAD sont multiples. Le capteur génère directement un signal numérique, éliminant la conversion analogique-numérique des capteurs CMOS. Le bruit numérique est donc de facto éliminé, et les pixels ne sont jamais saturés.
En outre, le phénomène d’avalanche amplifie considérablement le signal à la source. Dès qu’un unique photon frappe un pixel, il libère un électron. L’application d’une tension électrique très élevée permet d’accélérer cet électron, qui va percuter d’autres atomes, libérant à son tour d’autres électrons.
Cette réaction en chaîne (ou “avalanche” de millions d’électrons), générée en une fraction de seconde, permet d’amplifier un million de fois le signal, indique Canon. De fait, le capteur SPAD est capable d’intensifier la moindre source lumineuse : il peut donc “voir dans la nuit” – sans avoir besoin d’augmenter le temps de pose.
Dans un article publié sur son site en 2023 en marge du lancement de sa caméra MS-500 (équipée d’un capteur SPAD d’un pouce), Canon évoquait ainsi la capture d’images dans des environnements “plus sombres qu’une nuit sans étoile” (entre 0,002 et 0,0003 lux).
Le constructeur évoque également un temps de lecture de l’ordre de 100 picosecondes (ou 1/10 000 000 000 s). Là où un capteur CMOS met plusieurs millisecondes à lire une image complète, un capteur SPAD peut donc capturer des objets ultra-rapides sans effet de rolling shutter. Il peut aussi mesurer avec précision la distance entre un objet et le capteur (Time of Flight). Un phénomène étudié par Canon lors d’une expérience menée en partenariat avec l’École polytechnique fédérale de Lausanne.
26 stops de dynamique
Le capteur SPAD, conçu en partenariat avec la société américaine Ubicept, spécialisée dans la reconstruction d’image à partir de flux de photons, doit alors permettre d’obtenir une vidéo nette et sans bruit numérique, à partir d’un temps de pose extrêmement court.
Sa définition de 2,1 Mpx sur un capteur de type 1/2,3 pouce (8,8 x 6,6 mm) peut paraître limitée au regard des capteurs CMOS actuels ; mais cette valeur est très élevée au regard de la complexité de cette technologie. En effet, la zone de comptage des photons doit être suffisamment large par rapport à la taille de chaque pixel. Soit un réel défi en matière de miniaturisation.
D’après Canon, ce capteur parviendrait aussi à offrir une dynamique de 26 stops (!), dépassant largement les meilleures caméras de cinéma (qui plafonnent à 17 stops), et même l’œil humain (entre 20 et 24 stops). À terme, on peut donc imaginer être en mesure de capturer des scènes avec de très grands écarts de luminosité (les phares d’une voiture dans la nuit, par exemple), sans jamais “cramer” les blancs ni “boucher” les noirs, et avec des temps de pose ultra-courts.
Pour l’heure, Canon destine ce capteur à la surveillance et à l’identification de sujets à grande distance, ainsi qu’au domaine médical, notamment pour la visualisation de cellules cancéreuses.
À ce stade, l’arrivée de boîtiers photo ou de caméras de cinéma exploitant cette technologie est prématurée ; cependant, les possibilités offertes par les capteurs SPAD sont particulièrement intéressantes, tant elles permettraient de s’affranchir des nombreuses limites inhérentes aux capteurs numériques actuels.
