Donner un sens à l'optique de l'objectif pour les caméras à capteur de culture

Si vous envisagez d'acheter une nouvelle caméra ou si vous envisagez de mettre à niveau une caméra, vous avez probablement entendu parler des caméras à capteur de culture, mais qu'est-ce que cela signifie ? Comment le facteur de recadrage affecte-t-il les sélections d'objectifs ? Lorsque vous envisagez des systèmes, ce ne sont souvent pas seulement les boîtiers d'appareils photo que vous devez prendre en compte, mais également la sélection d'objectifs pour ce système.

Optique de capteur et équivalences

Optique de capteur de culture

La plupart des nouveaux photographes commencent souvent avec des appareils photo à capteur de culture, car ils sont généralement moins chers. Mais à mesure que vous devenez plus avancé, est-il judicieux de passer à un système plein cadre ? Si vous envisagez de mettre à niveau, existe-t-il un chemin de mise à niveau raisonnable ?

Par exemple, devriez-vous acheter des objectifs plein format à utiliser avec votre boîtier de capteur de récolte ? Cela semble si déroutant et pour être juste, c'est un peu compliqué et les règles simples ne racontent pas toute l'histoire. Plutôt que de regarder les différences entre les capteurs de l'appareil photo eux-mêmes (ils sont tous assez bons), essayons de donner un sens aux objectifs eux-mêmes.

Objectifs à distance focale similaire - le Olympus micro 4/3rds 40-150mm f/2.8 (équivalent 80-300mm) et le Canon 100-400mm f/4.5-5.6 (pour le plein format).

Tailles des verres

Si vous regardez des objectifs, vous verrez de nombreuses focales et ouvertures différentes. Même chez le même fabricant pour le même boîtier d'appareil photo, il existe souvent différentes combinaisons d'ouverture et de distance focale. Étant donné qu'une partie importante de la photographie est l'optique, comment pouvez-vous commencer à comparer des objectifs pour des capteurs de tailles différentes ? Quelle est la relation entre les objectifs et le boîtier de l'appareil photo que vous regardez ?

Nifty 50mm (plein format à gauche) et micro 4/3rds 25mm (équivalent 50mm) à droite.

En allant plus loin, comment les capteurs de cultures de différentes tailles affectent-ils l'optique des lentilles ? Est-ce qu'un objectif f/2.8 sur un appareil photo à capteur de recadrage est en fait un objectif f/2.8 ou est-ce autre chose ? Qu'en est-il des caméras grand format ? Pourquoi les petites ouvertures (f-stops) semblent-elles si grandes mais les images si magnifiques avec une excellente séparation de l'arrière-plan et un bokeh ?

Tout cela est lié à l'optique de l'objectif et aux équivalences du capteur de recadrage, l'un des grands mystères de la photographie que la plupart des photographes ne comprennent pas vraiment.

Les bases de l'optique de l'objectif

Pour comprendre l'optique des lentilles, vous devez comprendre ce qu'une lentille fait à la lumière qui y pénètre. La lumière qui traverse une lentille s'inverse en fait, retournant l'image à l'envers. La lumière se projette ensuite sur le capteur numérique après avoir traversé l'objectif.

La longueur focale et l'image basculent sur le capteur.

La plupart des objectifs sont définis par la distance focale et l'ouverture maximale. Plus la distance focale est élevée, plus les objets éloignés semblent proches. Ainsi, par exemple, les sportifs et les ornithologues amateurs veulent généralement des distances focales beaucoup plus grandes pour se rapprocher.

Des nombres inférieurs élargissent le champ de vision pour faire tenir plus de choses dans l'image (objectifs grand angle) et sont souvent les outils du métier pour les photographes de paysage. En équivalent 35 mm, un objectif 200 mm est un objectif long et un objectif 20 mm est un objectif très large.

Illustration de la taille d'ouverture relative.

Le nombre f-stop d'ouverture représente la taille de l'iris ou du trou dans l'objectif. Un objectif sera évalué en fonction de la plus grande ouverture que l'iris peut ouvrir. Plus vous laissez entrer de lumière, plus la vitesse d'obturation dont vous aurez besoin sera rapide. En raison de cette propriété, les objectifs à ouverture maximale plus grande sont appelés objectifs plus rapides. Par exemple, un objectif f/2,8 est considéré comme assez rapide et un objectif f/5,6 (pensez à l'objectif du kit) serait considéré comme assez lent.

Mathématiques optiques

Gardons les maths geek au minimum, mais cela aide vraiment à comprendre l'optique de l'objectif.

La distance focale n'est pas une mesure de la longueur réelle d'un objectif, mais un calcul d'une distance optique à partir du point où la lumière converge pour former une image nette sur le capteur numérique au niveau du plan focal de l'appareil photo. L'ouverture, quant à elle, est la taille du trou créé par l'iris dans l'objectif. L'ouverture est géométriquement liée à la distance focale de l'objectif. Par exemple, un objectif f/2,8 sur un objectif de focale de 100 mm est égal à 100 divisé par 2,8 =35,7 mm. Comme la distance focale de l'objectif dicte la taille de l'ouverture, elle est indépendante de la taille du capteur mais dépend de la distance focale.

Objectifs utilitaires couvrant une gamme similaire - le Canon 24-105 mm f/4 et l'Olympus 12-40 mm Making Sense of Lens Optics for Crop Sensor Cameras f/2.8 (équivalent 24-80 mm).

Les zooms peuvent avoir plus d'une ouverture car l'iris ne s'agrandit pas à mesure que l'objectif s'allonge. Puisqu'il s'agit d'une relation mathématique, la distance focale plus longue avec la même ouverture d'iris rend l'ouverture plus petite. Les zooms plus chers ont la même ouverture pour toute la plage, mais c'est un peu une prouesse technique car l'iris doit s'agrandir à mesure que l'objectif zoome sur une distance focale plus longue.

Rafraîchissement du format du capteur de caméra

À l'âge d'or de la photographie argentique, il existait plusieurs formats dictés par la pellicule. L'une des tailles les plus courantes était le film 35 mm dicté par un film à pignons d'une largeur de 34,98 ± 0,03 mm (1,377 ± 0,001 pouces). À l'époque du film, il existait également plusieurs formats, avec des stocks de films plus grands et plus petits disponibles, ce qui affectait également les tailles et les performances des objectifs.

Lorsque les capteurs numériques ont été développés à l'origine pour les appareils photo, les capteurs plus grands étaient d'un coût prohibitif, de sorte que des capteurs plus petits ont été utilisés. Il existe une large gamme de tailles de capteurs et cette variété de tailles de capteurs affecte le fonctionnement des objectifs des appareils photo.

Lorsqu'un capteur est proche de la taille d'un film 35 mm, il est appelé plein format. Tout ce qui est plus petit s'appelle un capteur de culture. Tout ce qui est plus grand est généralement appelé format moyen, bien qu'il existe une grande variabilité dans les tailles supérieures au plein format. Les capteurs varient non seulement en taille mais aussi en géométrie.

Tailles relatives du capteur de culture

Tailles des capteurs

De manière générale, un capteur plein format a la forme d'un rectangle d'environ 36 mm x 24 mm, soit un rapport longueur / largeur de 3:2 couvrant une surface de 862 mm². À l'inverse, un capteur de culture micro 4/3 mesure 17,3 mm x 13 mm (rapport de 4:3) couvrant une zone de 224,9 mm². Un capteur de recadrage Nikon/Pentax APS-C mesure 23,6 mm x 15,7 mm (rapport de 3:2) couvrant une zone de 370 mm², alors qu'un capteur APS Canon Le capteur -C mesure 22,2 mm x 14,8 mm (ratio de 3:2) mais seulement 328,5 mm². Les formats plus grands (plus grands que le plein format) ont tendance à être carrés.

Souvent, les facteurs de recadrage sont calculés par la taille de la distance diagonale d'un coin à l'autre du capteur. Par exemple, un capteur plein format est deux fois plus diagonal qu'un capteur micro 4/3, donc le rapport de recadrage est 2x. Pour un capteur de recadrage Nikon APS-C, le rapport est de 1,5x et pour un capteur de recadrage Canon APS-C, il est de 1,6x.

Comparaison des empreintes des capteurs

Carré contre rond

Les lentilles sont rondes tandis que les capteurs sont rectangulaires ou carrés. Ainsi, toutes les caméras coupent une partie de l'image car les lentilles rondes projettent une image circulaire sur le capteur qui est un rectangle. Cela signifie que les bords du cercle de l'image sont coupés.

Les fabricants d'appareils photo conçoivent leurs combinaisons objectif/appareil photo de manière à ce que l'ensemble du capteur bénéficie d'une excellente couverture du cercle de l'image (c'est ce qu'on appelle le pouvoir couvrant). Cela peut créer des problèmes lorsque vous avez un décalage entre la taille du capteur et la taille du capteur pour lequel l'objectif a été conçu.

Cercle d'image avec superposition plein cadre et micro 4/3 cadre

Alors, comment le facteur de recadrage affecte-t-il les images ?

De nombreux facteurs affectent vos images. La taille du capteur affecte les images, tout comme la distance focale et la taille de l'ouverture, mais ce sont des propriétés physiques de l'objectif et ne sont pas affectées par le facteur de recadrage. Du moins pas directement.

Pour illustrer l'effet des capteurs de culture sur la collecte de lumière et la distance focale, une série d'images de test a été mise en place (elles ne sont pas trop scientifiques mais plus illustratives). Utilisation d'un Olympus EM1 Mark II (capteur Micro 4/3rds - facteur de recadrage 2 fois) et d'un Canon 5D Mark IV (plein format).

Olympus EM1 Mark II, appareil photo micro 4/3

Appareil photo plein format Canon 5D Mark IV.

Pour illustrer la conversion de différence focale et la conversion de collecte de lumière, les caméras ont été installées côte à côte en utilisant uniquement la conversion de distance focale. La géométrie des capteurs n'est pas exactement la même, ils ont donc été recadrés pour correspondre les uns aux autres (ratio 8×10).

Comparaison de la taille de l'appareil photo (plein cadre à gauche, micro 4/3 à droite)

Les deux caméras visaient la même vue.

Testez la configuration des caméras côte à côte.

Règles empiriques contre réalité

Les distances focales sont généralement converties en équivalents pour les capteurs plein format afin de donner le même champ de vision en multipliant la distance focale par le rapport diagonal du capteur. Par exemple, un objectif de 25 mm sur un capteur micro 4/3 équivaut à un objectif de 50 mm sur un appareil photo plein format (le facteur de recadrage est de 2:1).

Un objectif Canon EFS (capteur de recadrage) correspondant à un objectif de 50 mm est de 31 mm. Cela fonctionne aussi en sens inverse. Si vous placez un objectif plein format sur un boîtier d'appareil photo à capteur de recadrage, la distance focale est multipliée (le même objectif de 50 mm devient comme un objectif de 75 mm sur un capteur de recadrage). Cette règle empirique fonctionne.

Note de l'éditeur : L'optique n'est pas la même, mais c'est une méthode généralement acceptée pour comprendre les capteurs de cultures.

À des équivalents de 24 mm - mêmes vitesse d'obturation et ISO, plein cadre à gauche et Micro 4/3 à droite (les deux à f/4, ISO200, 1/160e).

Ouverture et profondeur de champ

Une autre règle empirique qui ne fonctionne pas si bien consiste à ajouter un arrêt ou deux pour l'ouverture (selon le recadrage). Pourquoi ça ne marche pas ? Eh bien, il y a plus en jeu ici.

L'ouverture affecte la capacité de collecte de lumière d'un objectif, mais avec un appareil photo à capteur de recadrage, le plus petit capteur entraîne une plus grande profondeur de champ (zone de mise au point). Cela signifie qu'un objectif f / 2,8 à une sensibilité de 200 ISO devrait avoir une vitesse d'obturation très proche de la même sur n'importe quel boîtier d'appareil photo (il existe des variations de posemètres d'un boîtier à l'autre). Ainsi, un objectif f/2.8 est toujours un f/2.8 pour capter la lumière.

À des équivalents de 70 mm - mêmes vitesse d'obturation et ISO, plein cadre à gauche et Micro 4/3 à droite (les deux à f/4, ISO200, 1/80e).

Pour rendre les choses plus complexes, c'est l'apparence d'une image. Le bokeh sur un capteur de recadrage ne sera jamais aussi bon qu'un capteur plein format car la zone supplémentaire d'un capteur plein format modifie la profondeur de champ (la quantité d'image mise au point) par rapport à un capteur de recadrage. Ce n'est pas tant une fonction de l'objectif que de la taille du capteur. Cela peut être assez subtil, mais c'est un facteur, en particulier pour les portraits.

À des équivalents de 200 mm - mêmes vitesse d'obturation et ISO, plein cadre à gauche et Micro 4/3 à droite (f/4, ISO 200, 1/30ème).

À des équivalents de 200 mm - mêmes vitesse d'obturation et ISO, plein cadre à gauche et Micro 4/3 à droite (f/4, ISO 200, 1/40ème).

Objectifs plein format sur les caméras à capteur de cultures

Les objectifs ont tendance à durer beaucoup plus longtemps que les appareils photo avec de bons objectifs qui durent jusqu'à deux ou trois itérations du boîtier de l'appareil photo. Tant de gens suivent l'adage d'investir dans le verre. Donc, si vous utilisez un boîtier de capteur de culture qui accepte les objectifs plein cadre, pourquoi ne pas acheter des objectifs plein cadre jusqu'à ce que vous soyez prêt à acheter le boîtier plein cadre ? La réponse n'est pas nécessairement parce qu'elle n'est peut-être pas aussi nette que vos lentilles recadrées, même si la lentille semble nominalement de la même taille.

Les verres plein cadre sont plus chers que les verres courts, mais vous payez souvent pour d'autres caractéristiques, notamment l'étanchéité aux intempéries et une meilleure construction plus durable. En raison des grandes différences de tailles de capteur, l'obtention d'objectifs plein format sur un capteur de recadrage signifie que vous n'utilisez que la partie centrale de l'objectif, mais que les détails sont plus concentrés sur cette zone. Cela peut remettre en cause la qualité optique des objectifs plein format.

Ils sont souvent de meilleure qualité mais pas assez pour tenir compte des différences de taille entre les capteurs. Donc, à moins que vous ne sachiez que vous mettez à jour votre appareil photo de manière imminente, vous ne voudrez peut-être pas utiliser les objectifs plein format sur les boîtiers de recadrage.

Une autre considération est que vous devez utiliser le facteur de recadrage à l'envers. Sur un boîtier recadré Canon (facteur de recadrage 1,6), un objectif 24 mm devient un objectif 38,4 mm. Cela signifie que vous ne pouvez pas obtenir un angle de vue aussi large sur un corps recadré avec des objectifs larges.

Un objectif plein format sur un corps de recadrage augmentera la distance focale du facteur de recadrage

Conclusion

Il existe de nombreuses idées fausses concernant les objectifs lors de leur comparaison entre les tailles de capteur. Comprendre la fonction de base, les capacités de collecte de la lumière et les relations géométriques peut vous aider à comparer les objectifs au sein des systèmes d'appareil photo et entre les tailles de capteur.

Il existe d'excellents objectifs disponibles pour tous les systèmes de caméras qui peuvent produire des résultats fantastiques. Les objectifs sont aussi importants que le boîtier de l'appareil photo. Ainsi, lorsque vous choisissez un système, assurez-vous d'avoir la sélection d'objectifs dont vous avez besoin pour votre style de photographie particulier.