Flou / Net : La taille du capteur compte!

La profondeur de champ dans tous ses états! Découvrez pourquoi les Reflex 24×36 offrent un contrôle plus précis de cet outil de composition et pourquoi il est plus facile de faire de la macro avec un « bridge » !

La taille des capteurs a ,en effet, une influence déterminante sur la profondeur de champ ( PDC ou DOF en anglais).

Ce cours de photo est un peu ardu, et je commencerai par la conclusion. Si vous me croyez sur parole, vous pourrez vous arrêter là et vous épargner une séance de relaxation dans votre centre préféré.

Si vous êtes débutant, commencez peut-être par  : Ouverture et Profondeur de Champ I

Conclusion :

Mais qu’est-ce donc ?:

La focale (f) est la distance entre le capteur et le centre optique d’un objectif. Le capteur est positionné au foyer du système optique, là où l’image converge. Les objectifs sont toujours fabriqués de telle manière à ce que le foyer corresponde au positionnement du capteur. Elle s’exprime en mm (millimètre).

La PDC (profondeur de champ) est une zone, considérée comme « nette » par l’œil, qui se répartit de part et d’autre du plan de mise au point. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une règle immuable, on retiendra qu’à partir du plan de mise au point, la zone est nette 1/3 devant et 2/3 derrière.

L’ouverture (Aperture en anglais) est une mesure qui représente la dimension du trou laissé ouvert par le diaphragme. Elle s’exprime comme une fraction de la focale. Les valeurs sont standardisées : f/1 – f/1,4 – f/2 – f/2,8 – f/4 – f/5.6 – f/8 – f/11 – f/16 – f/22 – etc…
Au plus la valeur est grande, au plus petit est le trou ! On dit qu’on « ouvre » (vers f/1) ou que l’on « ferme » (vers f/32) le diaphragme.

(Re)Lisez éventuellement les articles :

La taille des capteurs induit les principes de base suivants :

A ouverture équivalente, pour une scène donnée, la Profondeur de Champ est plus courte à mesure que la taille du capteur augmente. En d’autres mots :

  • Si je photographie une scène à f/9 avec un capteur CCD de 1/1,7’’ la profondeur de champ sera grande.
  • Si je photographie la même scène à f/9 avec un capteur 24x36mm, la profondeur de champ sera …. moins grande

A focale et ouverture équivalents, pour une scène donnée, la taille de l’image captée augmente à mesure que la taille du capteur augmente.

 Différentes tailles de capteur photo sur une image réelle

Imaginons cette scène vue au travers d’une optique pour une focale donnée et positionons 2 capteurs (24×36 et APS-C) dans le même plan, derrière le point de convergence « O » (l’endroit où la lumière converge).

On voit clairement que puisque le capteur APS- C (en doré) est plus petit que le capteur 24×36, l’image « captée » sur la surface dorée n’est qu’une portion de l’image projetée sur le capteur 24×36.

En vous référant à la figure précédente, imaginez maintenant un capteur 1/2,3’’ à la place du capteur APS-C. La portion d’image captée est toute petite.

Il faut noter aussi que l’image est inversée sur le capteur (comme dans notre oeil d’ailleurs et c’est le cerveau qui redresse tout).

 

 

 

 

04-Déplacement-du-capteur-400x400

 

 

Evidemment, dans la pratique, les constructeurs pallient à ceci en réduisant la focale des objectifs et en rapprochant le capteur du foyer.

Une notion très importante à connaître pour la suite est que toutes les dimensions de focale(s), que l’on trouve sur les objectifs, sont données suivant un standard établi pour un capteur 24x36mm qui a une diagonale de 43mm.

Concrètement, et pour simplifier, on trouve 2 grands groupes appliquant l’un et/ou l’autre procédé :

Les « Compacts » et certains « Bridges » … et les autres.

Les « Compacts »

Quand on lit un descriptif technique de « Compact », on voit souvent la mention : Zoom X fois, équivalent 24×36 xx-yyy mm. Prenons l’exemple d’un Nikon P7000

On peut (pouvait) lire sur le site de Nikon Belgique :

Le zoom grand-angle NIKKOR 7,1x avec lentilles en verre ED offre une précision et une définition exceptionnelles (équivalent au format 24 x 36 : 28 –200 mm.)

Et on retrouve sur l’objectif :

Nikkor 7,1x et 6.0 – 42.6 mm

La valeur 7,1x représente le taux d’agrandissement de l’image d’une scène donnée lorsque l’on passe de 6.0 à 42.6 mm. A ces deux extrémités, on obtient une première photo assez large de la scène (en haut) et une photo beaucoup plus cintrée (en bas).

Images prise avec un Nikon P7000 à 6mm (en haut) et à 42,6mm (en bas) 

 

Si on prenait les deux mêmes photos, du même point de vue, avec un appareil équipé d’un capteur 24x36mm et d’un objectif 28-200mm, on obtiendrait exactement les mêmes images.

Est-ce de l’alchimie ? Non, ce sont des mathématiques !

Le capteur 1/1,7’’ a une diagonale de 9,5mm (5,7×7,6mm). Le capteur « Full Frame » a une diagonale de 43,3mm (24x36mm).  Le rapport entre les deux est de 4,66667.

En multipliant la focale 6.0 – 42,6mm par 4,667 on obtient  28-200mm CQFD !

Et les autres !

Vous l’aurez compris, les appareils équipés d ‘un capteur « Full Frame » ne demandent pas de conversions puisqu’ils sont à la base du standard qui définit les longueurs focales. Si j’installe un 28-200mm sur un 24x36mm, j’ai un 28-200 !

Dans la catégorie des  « Reflex », il existe des sous-catégories que l’on répartit comme ceci :

  • APS-H (Canon)
  • APS-C (Canon)
  • APS-C (Nikon et bien d’autres)
  • APS-C (4/3)

En appliquant le même principe de calcul que nous avons appliqué plus haut, nous trouvons que le rapport entre les diagonales donne :

  • 1,3 pour l’APS-H (Canon)
  • 1,6 pour l’APS-C (Canon) (n’est pas représenté dans le tableau)
  • 1,5 pour APS-C (Nikon et Canon)
  • Et 2 pour l’APS-C (4/3)

Donc, en pratique, si j’achète un objectif X de focale fixe 50mm, disponible en monture Canon, Nikon et 4/3, son effet sur l’image captée ne sera pas le même suivant l’appareil sur lequel je l’installe.

L’angle de champ couvert par mon 50mm sur un capteur 24×36 devient équivalent à l’angle de champ d’un objectif :

  • 65mm pour l’APS-H (Canon)
  • 80mm pour l’APS-C (Canon)
  • 75mm pour APS-C (Nikon et Canon)
  • 100mm pour l’APS-C (4/3)

Imaginons que je prenne un enfant en photo d’un point A et que sa hauteur couvre la moitié de la hauteur de mon capteur 24×36. L’image produite sera évidemment fidèle à ce que je vois dans mon viseur. L’enfant occupera la moitié de la hauteur de la photo.

Si, du même point A, je prends le même enfant avec successivement les 4 capteurs ci-dessus, cet enfant sera

  • 1,3 x plus grand sur la photo pour l’APS-H (Canon)
  • 1,6 x plus grand sur la photo pour l’APS-C (Canon)
  • 1,5 x plus grand sur la photo pour l’APS-pour APS-C (Nikon et Canon)
  • 2 x plus grand sur la photo pour l’APS-pour l’APS-C (4/3)

Si je veux obtenir un enfant qui occupe 50% de la hauteur de mon capteur dans tous les cas, je devrai multiplier la distance originale qui me sépare de lui par 1,3 – 1,6 – 1,5 ou 2. Autrement dit, je devrai m’éloigner du sujet pour obtenir le même cadrage qu’en 24×36.

Ce groupe « et les autres » induit aussi une autre notion : la compatibilité des objectifs.

En général, un objectif construit pour fournir une image à un capteur 24x36mm convient aussi pour les capteurs APS-H, APS-C et 4/3.

Photographie : Influence de la taille des objectifs en fonction de la taille des capteurs
Influence de la taille des objectifs en fonction de la taille des capteurs

 

Sur cette image, sont représentés, à l’échelle, les capteurs 24x36mm (en noir), APS-C (en rouge) et 4/3 (en jaune).

On voit bien qu’une image qui transite par l’objectif « noir » est exploitable par les 2 autres capteurs. L’inverse n »est pas vrai !

Quel est alors l’intérêt d’utiliser un objectif prévu pour du 24×36 sur un capteur plus petit ? Je vois au moins 3 raisons :

  • Les objectifs donnent le meilleur d’eux-mêmes au centre. En ne prenant que le centre, on prend … le meilleur
  • Le vignettage est inexistant. il s’agit d’un phénomène qui fait apparaître des zones sombres dans les coins parce que le périmètre du cercle de l’image captée frôle les coins du capteur.
  • Si un jour je choisis de changer d’appareil et d’aller vers un capteur 24×36, je ne devrai pas acheter de nouveaux objectifs.

Il faut cependant positionner ces avantages en regard des coûts. Les objectifs 24×36 sont plus grands, plus gros et donc plus chers que leur homologues prévus pour des capteurs plus petits. En général, ils offrent aussi une meilleure qualité optique.

 

Ces principes étant énoncés, attaquons nous à la démonstration, sauf si vous me croyez sur parole !

Démonstration : La profondeur de champ dépend vraiment de la taille du capteur!

L’œil : performant … mais !

Notre œil est incroyablement performant … sur une surface incroyablement petite !

Je vous passe les détails.

Sachez simplement que l’image qui traverse l’iris et la lentille vient frapper la MACULA (ou tache jaune) dont la surface de deux (2) mm2 est creusée d’une zone de 0,4mm qui s’appelle la FOVEA. On peut voir cette zone sur la représentation ci-dessus . C’est la petite encoche au bout de la flèche « MACULA ».

La Fovéa est la zone d’acuité visuelle maximale. C’es là que l’image est nette. Dans la Macula, c’est déjà flou, et au delà c’est carrément le brouillard total. Je vous le disais : performant … mais !

Demandez-vous : jusqu’à quel niveau de détail mon œil est-il capable de distinguer quelque chose ?

Je vous repasse les détails.

D’abord, il faut de la lumière. Dans le noir, on ne voit rien. Ensuite, il faut que l’objet soit d’une certaine taille, qui varie en fonction de la distance qui le sépare de moi. Enfin, il faut que cet objet se détache par contraste. Au plus il y de contraste, au mieux l‘œil distingue les choses.

Les scientifiques ont définis que l’œil (humain) est capable de distinguer 2 objets très contrastés vus sous un angle de +/- 1’ (une minute d’angle), ce qui équivaut à peu de chose près à 1/3.000 radian.

En clair, cela veut dire que nous distinguons des détails distants de 0,33mm à 1m ou de 3,3cm à 100m, etc… En deçà, les points se confondent et nous atteignons la limite du pouvoir séparateur de notre œil.

Dans la pratique, nous ne rencontrons que peu d’objets correspondants à ce critère de contraste et la valeur plus communément admise est de 1/1.500 radian qui correspond à une moyenne. On aura alors 6,6 cm d’écart entre les objets à 100m.

Appelons cet angle de 1/1.500 radian : A (facile).

Pour info, les bons objectifs séparent les points sous un angle supérieur à 1/4.000 radian. Ils font donc ça mieux que l’œil !

Bon maintenant, un dessin (je me suis inspiré de Wiki ).

 Schéma simplifié de l'angle de champ en photographie et influence sur la profondeur de champ - inspiré de Wikipedia

Allons-y …

Vous l’aurez compris, la partie de droite représente l’intérieur du couple objectif / appareil et à gauche, se trouve mon « sujet ». Ce schéma est très simplifié et le but est de « capter » les principes. Tout est maintenant affaire de lumière et de convergence.

Mon sujet se trouve en N

Derrière lui se trouve un arbre B (pour Back) et devant lui se trouve un point fictif F (pour Front), le sol par exemple. L’angle avec lequel arrive la lumière émise par ces 3 points n’est pas le même.

Ces 3 faisceaux sont représentés en rouge (F), en noir (N) et en vert (B). Mon objectif capte ces faisceaux et par le truchement de l’ensemble des lentilles qui le composent, il dévie ces faisceaux pour les faire converger vers mon capteur (la ligne rouge verticale).

Mais,  puisque l’angle d’entrée est différent, l’angle de sortie l’est aussi. Je me retrouve donc avec 3 nouveaux points F’, N’ et B’ dont l’ordre est inversé par rapport à la réalité (il y a symétrie).

Sur le dessin, seul le faisceau N,N’ converge exactement sur le capteur. C’est le seul endroit ou un point en N donne un point en N’.

Puisque F’ et B’ sont en deçà et au delà du capteur, un point situé en B ou F donne …. une tache (et pas un point) en B’ et F’. Cette « tache » grandit au fur et à mesure que je m’éloigne de N’.

Le point dont je parle ici  est un pixel (c’est tout petit donc).

C’est ici qu’interviennent mon fameux angle A (voir plus haut), qui est représenté par ce cône « orange » sur le dessin, et la notion de « netteté perçue ».
En me plaçant sur le point O, j’observe (suivant cet angle A) le point N et les « taches » comprises entre F’ et B’. Miracle : la PERCEPTION qu’aura mon oeil de toute cette zone sera NETTE.

Tout ce qui est projeté sur mon capteur par des faisceaux lumineux en deçà de F’ et au delà de B’ sera flou, et de plus en plus flou si je m’éloigne de N’.

Au plus j’ouvre mon diaphragme, au plus je provoque d’angle, au plus je réduis la zone F’ – B’, au moins j’ai de profondeur de champ (la zone nette).
Au contraire, au plus je ferme mon diaphragme, au plus je réduis l’angle, au plus j’augmente la zone F’ – B’ , au plus j’augmente la profondeur de champ.

Le diaphragme est donc un instrument de mise au point !

Cool …

Mais que vient faire la taille de mon capteur dans cette histoire de profondeur de champ ?

Imaginons que je souhaite photographier un objet qui fait 2m de haut et qu’il couvre 100% de la hauteur de ma photo, je tire donc en « portrait » avec une focale « équivalente 24×36 » pour les 3 capteurs concernés :

  • Sur un capteur 24×36 mon objet fera … 36mm
  • Sur un capteur APS-C 15,8×23,6 mon objet fera … 23,6mm
  • Sur un capteur 1/1,7’’ 5,7×7,6 mon objet fera … 7,6mm

Les trois photos produites seront identiques. Pour la taille de l’objet sur la photo, c’est sur, pour la netteté des alentours, ça l’est moins.

Nous avons vu que mon objet initial est représenté par 3 hauteurs différentes en fonction du capteur. Si je divise le résultat par la valeur initiale, j’obtiens un facteur dit de « grandissement » que je nomme g.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g = hauteur obtenue (h) / hauteur initiale (H). Pour mes 3 exemples ci-dessus j’obtiens :

  • g = h/H =36/2000 = 0,018
  • g = h/H =23,6/2000 = 0,0118
  • g = h/H =7,6/2000 = 0,0038

 

Reprenons le dessin :

La formule de calcul pour trouver une focale en fonction du facteur de grandissement est la suivante :

ou f est la focale, L est la distance qui sépare le centre optique du sujet et g est mon facteur de grandissement. Attention aux unités de mesure !

Exemple :

En studio, je souhaite photographier une banane de 20 cm de long et je souhaite que cette banane fasse 24mm sur la longueur de mon capteur 24×36 (soit 2/3 de la longueur). Cette banane se trouve à 1m du centre optique de mon objectif.

Donc la focale définit la taille de mon sujet sur mon capteur. Qu’en est-il de la profondeur de champ?

Pour trouver la profondeur de champ, je dois déterminer où se trouvent les points F et B. Les formules sont les suivantes (gloups) :

ou L est la longueur qui sépare le sujet du centre optique, A est notre fameux angle de vision « nette » de 1/1500 radian, n est la valeur du diaphragme utilisé et g est mon facteur de grandissement.

Vous êtes toujours avec moi ? … Cool !

Vous remarquerez que la focale (f) n’a aucun impact dans cette formule. Par contre, le diaphragme n ET le facteur de grandissement g ont bien un rôle à jouer.

Exemples de profondeur de champ :

Reprenons notre banane de 20 cm de long et je souhaite toujours qu’elle recouvre 2/3 de la longueur de mon capteur 24×36, soit 24mm. Elle est toujours à 1m de mon centre optique. Je décide de mettre mon diaphragme sur 2,8, puis 5,6, 11 et 16 :

Profondeur de champ en fonction de l'ouverture sur un capteur photo de taille full frame

A 2.8, ma profondeur de champ est de 3,4 cm  … ce qui sera vraisemblablement trop peu pour obtenir une image nette de la largeur de la banane.

A 5.6, ma profondeur de champ est de 6,9cm … ce qui devrait convenir si je souhaite l’isoler de son milieu.

Que se passe t’il si je réduis la distance (de 1 m à 50 cm) qui me sépare de ma banane :

Pas de miracle, ma profondeur de champ diminue de moitié à toutes les ouvertures.

Imaginons maintenant que nous reprenions notre tableau 1, mais appliqué sur un capteur 1/1,7’’ (5,7×7,6mm).

Je veux toujours que ma banane fasse 2/3 de la longueur de ma photo, soit 5mm sur ce capteur ci.

Profondeur de champ en fonction de l'ouverture sur un capteur photo de taille "compact"

Et hop ….

A 2.8, ma profondeur de champ est maintenant de 15,3cm (3,4 cm sur un capteur 24×36). A 16, elle vaut 108 cm (20cm sur mon capteur 24×36)

Pour récupérer une profondeur de champ de 3cm à 2.8 sur le capteur 1/1,7’’, il faudrait que je me rapproche jusqu’à … 2 cm du sujet. Ce qui n’est évidemment pas possible.

Pour le fun et parce que vous vous ennuyez : voyons ce qui se passe avec mon tableau 1 si je travaille avec une chambre 6x6cm (60x60mm).
Je veux toujours que ma banane fasse 2/3 de la longueur de mon capteur, soit environ 40mm avec ce format.

Profondeur de champ en fonction de l'ouverture sur un capteur photo de taille "chambre 6x6"

C’est logique, la profondeur de champ diminue par rapport à mon capteur 24×36.

Examinons maintenant le cas particulier de la Macro pour lequel mon sujet est souvent plus grand sur mon capteur que dans la réalité.

Imaginons une fourmi de 10mm (une grosse fourmi ) que je souhaite reproduire à 2/3 de la longueur de mon capteur 24×36. Je me trouve à 30cm de la « bête » :

 Profondeur de champ en fonction de l'ouverture sur un capteur photo de taille full frame et en macro

Ouch ! A 2.8, la profondeur de champ est de 1,5mm.

Veuillez noter que si j’applique la formule pour trouver la focale qui me permet de réaliser cette image, je trouve 211mm ! Une telle valeur n’est pas réaliste.

Avec un 105mm, je me trouverais à 15cm du sujet, au lieu de 30cm, pour autant que la distance de mise au point de mon objectif le permette.

On l’aura compris, en Macro, sur des grands capteurs, il faut fermer le diaphragme pour obtenir une profondeur de champ exploitable. Mais si on ferme, la lumière disponible devient très faible. C’est pour cette raison que les flashes annulaires sont beaucoup utilisés en Macro.

Faire de la Macro avec un petit capteur est beaucoup plus facile en terme de gestion de profondeur de champ et de lumière.

Voilà,
Il faut donc retourner au début de l’article pour lire la conclusion.

VOUS et la profondeur de champ ?

Avez-vous mal à la tête .. 🙂 ? Pensiez-vous que le capteur avait une telle incidence ? Jouez-vous avec la profondeur de champ ?

10 réflexions sur “Flou / Net : La taille du capteur compte!”

  1. GENEVIEVE ROUSSEAU

    Comme Francis merci beaucoup de nous faire partager vos connaissances
    mais maintenant je me demande si en macro il vaut mieux que j’utilise
    mon D700 full frame ou mon D200.Puisqu’il faut un maximum de flou pour
    l’arrière plan je pense que mon D700 est mieux.Mais malheureusement quand nous voulons photographier des insectes ,il nous faut être plus près ce qui n’est pas toujours évident
    Cordilament
    Geneviève

    1. Eric Heymans

      Nous sommes dans le cruel dilemme : favoriser la courte profondeur de champ et être près de l’insecte .. ou shooter de plus loin mais perdre en capacité de profondeur de champ courte. En macro, on ne sait raisonnablement pas travailler avec des ouvertures trop grandes car alors la pdc est extra courte, même avec un capteur APS-C. Je crois donc que ton D200 a encore de beaux jours devant lui … 🙂

  2. Bjr , même si je ne pige pas tout à la premiére lecture ,je viens
    de réaliser à quel point ces piqûres de rappel font du bien

  3. Floury Alain

    Ayant découvert récemment ton site je suis très enthousiaste sur ta pédagogie directe et efficace
    Toutefois à la lecture de Flou / Net : La taille du capteur compte! Je suis resté perplexe devant la phrase ci après et le dessin qui l’accompagne
    « Evidemment, dans la pratique, les constructeurs pallient à ceci en réduisant la taille des objectifs et/ou en rapprochant le capteur du foyer. »
    Une optique ne pouvant donner d’un plan objet qu’un seul plan image net je proposerais cette phrase
    « Evidemment, dans la pratique, les constructeurs pallient à ceci en réduisant la focale des objectifs et en rapprochant le capteur du foyer. »
    Il est évident que ce n’est pas un lapsus qui ternira mon enthousiasme et si je me trompe merci de m’éclairer. Bravo encore pour ton travail

    1. Eric Heymans

      Bonjour Alain et merci pour ta question / remarque.
      Par rapport à la taille de l’objectif vs la focale de l’objectif : les deux vont quasiment de pair mais tu as raison de souligner qu’il ne s’agit pas de la même chose. Mon intention, en parlant de la taille, était de faire le parallèle entre la taille des capteurs et la taille des objectifs (le diamètre aurait été plus juste). En parlant de focale, je crains d’embrouiller plus les gens encore (avec les équivalences 24×36). Ceci dit, je vais corriger la phrase comme tu le proposes.
      Pour le « et/ou » vs « et », tu as raison également. C’est beaucoup plus précis et … exact.
      Merci donc.
      Belle journée,
      Eric

  4. Bonjour,
    Très bonne fiche de cours ! juste une remarque au sujet d’une incohérence relevée dans le tableau 4 : dans l’intitulé qui le précède, vous indiquez que vous travaillez avec une chambre dont le support d’enregistrement est de 60*60 mm avec une taille de banane de 40mm, soit 2/3 de 60 mm. Or, la taille de capteur mentionnée dans le tableau 4 est de 33*44 et non plus de 60*60 ! (ce qui donnerait dans ces conditions h = 29 mm et non pas 40mm)
    Merci et bonne journée !

  5. Rien que pour cet article, je vais recommander votre site à tous les débutants, et imposer la lecture de cet article à tous ceux qui pensent que la pdc dépend de la taille du capteur à FOCALE ET DISANCE DU SUJET IDENTIQUE alors que la pdc dépend effectivement de la taille du capteur A CADRAGE ÉQUIVALENT avec pour preuve que lorsque je recadre ma photo, elle ne devient pas plus nette… 😉

    Merci pour cet article ! 🙂 🙂 🙂

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