Tutoriels : Profondeur de champ
La profondeur de champ (PdC) désigne la plage de distance qui apparaît acceptablement nette. Elle varie selon le type d'appareil, l'ouverture et la distance de mise au point, bien que la taille du tirage et la distance de visionnage puissent aussi influencer notre perception. Ce tutoriel vise à donner une meilleure compréhension intuitive et technique, et fournit un calculateur de PdC pour voir comment elle varie avec vos réglages.
La profondeur de champ ne passe pas brutalement du net au flou, mais par une transition progressive. En fait, tout ce qui est immédiatement devant ou derrière la distance de mise au point commence à perdre en netteté – même si nos yeux ou la résolution de l'appareil ne le perçoivent pas.
CERCLE DE CONFUSION
Comme il n'y a pas de point de transition critique, on utilise un terme plus rigoureux : le « cercle de confusion » pour définir combien un point doit être flou pour être perçu comme non net. Quand le cercle de confusion devient perceptible à nos yeux, cette zone est dite hors de la profondeur de champ et n'est plus « acceptablement nette ». Le cercle de confusion ci-dessus est exagéré pour la clarté ; en réalité, ce ne serait qu'une infime fraction de la surface du capteur.
Quand le cercle de confusion devient-il perceptible ? Un cercle de confusion acceptablement net est vaguement défini comme celui qui passerait inaperçu agrandi sur un tirage 20x25 cm (8x10 pouces), vu à une distance standard d'environ 30 cm (1 pied).
À cette distance et taille de tirage, les fabricants considèrent qu'un cercle de confusion est négligeable s'il ne dépasse pas 0,01 pouce (agrandi). C'est pourquoi ils utilisent ce standard de 0,01 pouce pour les repères de PdC sur les objectifs (montrés ci-dessous pour f/22 sur un 50 mm). En réalité, une personne avec une vision 20/20 peut distinguer des détails 3 fois plus petits, donc le cercle de confusion doit être encore plus petit pour une netteté acceptable partout.
Un cercle de confusion maximal différent s'applique pour chaque combinaison taille de tirage / distance de visionnage. Dans l'exemple précédent des points flous, le cercle de confusion est en fait plus petit que la résolution de votre écran pour les deux points de part et d'autre du point focal, et ils sont donc considérés dans la PdC. Alternativement, la PdC peut être basée sur le moment où le cercle de confusion devient plus grand que les pixels de votre capteur.
Notez que la PdC ne fixe qu'une valeur maximale pour le cercle de confusion, et ne décrit pas ce qui arrive aux zones une fois hors de la mise au point. Ces zones sont aussi appelées « bokeh », du japonais (prononcé bo-ké). Deux images avec une PdC identique peuvent avoir un bokeh très différent, car cela dépend de la forme du diaphragme de l'objectif. En réalité, le cercle de confusion n'est généralement pas un cercle parfait, mais n'en est approximé comme tel que quand il est très petit. Quand il grossit, la plupart des objectifs le restituent sous forme polygonale à 5-8 côtés.
CONTRÔLER LA PROFONDEUR DE CHAMP
Bien que la taille du tirage et la distance de visionnage influencent la taille apparente du cercle de confusion pour nos yeux, l'ouverture et la distance de mise au point sont les deux facteurs principaux qui déterminent la taille du cercle de confusion sur votre capteur. De grandesouvertures (petit nombre f-stop) et des distances de mise au point courtes produisent une PdC plus faible. Le test suivant maintient la même distance de mise au point, mais change l'ouverture :
note : images prises avec un 200 mm (320 mm équivalent 35 mm)
PRÉCISION : FOCALE ET PROFONDEUR DE CHAMP
Notez que la focale n'a pas été listée comme influençant la PdC, contrairement à la croyance populaire. Même si les téléobjectifs semblent créer une PdC bien plus faible, c'est principalement parce qu'ils sont souvent utilisés pour grossir le sujet quand on ne peut pas s'approcher. Si le sujet occupe la même fraction de l'image (grossissement constant) pour un téléobjectif et un grand angle, la profondeur de champ totale est virtuellement* constante avec la focale ! Cela demanderait bien sûr de s'approcher beaucoup plus avec un grand angle ou de s'éloigner avec un téléobjectif, comme le montre le graphique suivant :
| Focale (mm) | Distance de mise au point (m) | Profondeur de champ (m) |
|---|---|---|
| 10 | 0,5 | 0,482 |
| 20 | 1,0 | 0,421 |
| 50 | 2,5 | 0,406 |
| 100 | 5,0 | 0,404 |
| 200 | 10 | 0,404 |
| 400 | 20 | 0,404 |
Note : Calculs de PdC à f/4.0 sur capteur avec facteur de crop 1,6X,
cercle de confusion de 0,0206 mm.
Notez le léger changement pour les plus courtes focales. C'est un effet réel, mais négligeable face à l'ouverture et la distance de mise au point. Même si la PdC totale est virtuellement constante, la fraction de PdC devant et derrière le plan de mise au point change avec la focale, comme le montre le tableau ci-dessous :
| Distribution de la profondeur de champ | ||
|---|---|---|
| Focale (mm) | Arrière | Avant |
| 10 | 70,2 % | 29,8 % |
| 20 | 60,1 % | 39,9 % |
| 50 | 54,0 % | 46,0 % |
| 100 | 52,0 % | 48,0 % |
| 200 | 51,0 % | 49,0 % |
| 400 | 50,5 % | 49,5 % |
Cela révèle une limite du concept traditionnel de PdC : il ne compte que la PdC totale, pas sa distribution autour du plan focal, alors que les deux contribuent à la perception de netteté. Notez comme un grand angle donne une PdC qui s'estompe plus progressivement derrière le plan focal que devant, ce qui est important pour les paysages traditionnels.
Les focales plus longues peuvent aussi sembler avoir une PdC plus faible car elles agrandissent l'arrière-plan par rapport à l'avant-plan (du fait de leur angle de vue plus étroit). Cela peut rendre un arrière-plan flou encore plus flou car son flou est agrandi. Mais c'est un autre concept, la PdC ne décrivant que la zone nette – pas les zones floues.
En revanche, en restant au même endroit et en faisant le point sur un sujet à la même distance, une focale plus longue aura une PdC plus faible (même si les images cadrent le sujet différemment). C'est plus représentatif de l'usage courant, mais c'est un effet du grossissement plus élevé, pas de la focale.
La PdC semble aussi plus faible sur les reflex que sur les compacts, car les reflex nécessitent une focale plus longue pour le même champ de vision (voir tutoriel sur les tailles de capteurs pour plus).
*Note technique : On décrit la PdC comme virtuellement constante car il y a des cas limites où cela ne tient pas. Pour des distances de mise au point donnant un fort grossissement, ou très proches de la distance hyperfocale, les grands angles peuvent donner une PdC supérieure aux téléobjectifs. D'un autre côté, à fort grossissement, le calcul traditionnel de PdC devient imprécis à cause d'un autre facteur : le grossissement pupillaire. Cela réduit l'avantage PdC de la plupart des grands angles, et l'augmente pour les téléobjectifs et macros. À l'autre limite, près de la distance hyperfocale, l'augmentation de PdC vient du fait que le grand angle a une PdC arrière plus grande, et peut ainsi plus facilement atteindre la netteté critique à l'infini.
CALCULER LA PROFONDEUR DE CHAMP
Pour calculer la PdC, il faut d'abord choisir une valeur appropriée pour le cercle de confusion maximal admissible. Cela dépend du type d'appareil (taille capteur/film), et de la combinaison distance de visionnage / taille de tirage. Inutile de dire que connaître cela à l'avance n'est pas simple. Essayez l'outil calculateur de profondeur de champ pour trouver la vôtre.
PROFONDEUR DE FOYER & VISUALISATION DE L'OUVERTURE
Une autre implication du cercle de confusion est le concept de profondeur de foyer (aussi appelé « étendue de mise au point »). Elle diffère de la PdC car elle décrit la distance sur laquelle la lumière est focalisée sur le capteur de l'appareil, par opposition au sujet :
Diagramme montrant profondeur de foyer vs ouverture de l'appareil. Les lignes violettes formant le bord de chaque zone ombrée représentent les angles extrêmes auxquels la lumière peut potentiellement entrer dans l'ouverture. L'intérieur des zones violettes représente tous les autres angles possibles.
Le concept clé : quand un objet est net, les rayons lumineux provenant de ce point convergent en un point sur le capteur. Si les rayons frappent le capteur à des endroits légèrement différents (arrivant sur un disque au lieu d'un point), l'objet sera rendu flou – et de plus en plus selon l'écart entre les rayons.
AUTRES NOTES
Pourquoi ne pas simplement utiliser la plus petite ouverture (plus grand nombre) pour la meilleure PdC possible ? Outre le fait que cela peut exiger des vitesses prohibitivement longues sans trépied, une ouverture trop petite adoucit l'image en créant un cercle de confusion plus grand (ou « disque d'Airy ») à cause de la diffraction – même dans le plan de mise au point. La diffraction devient vite plus limitante que la PdC quand l'ouverture se referme. C'est aussi pourquoi les « sténopés » ont une résolution limitée malgré leur PdC extrême.
Pour la macro-photographie (fort grossissement), la PdC est influencée par un autre facteur : le grossissement pupillaire. Il est égal à 1 pour les objectifs symétriques internes, mais pour les grands angles et téléobjectifs il est supérieur ou inférieur à 1, respectivement. Une PdC plus grande (que le calcul ordinaire) est obtenue pour un grossissement pupillaire < 1, alors qu'il ne change pas le calcul quand il est = 1. Le problème est que le grossissement pupillaire n'est généralement pas fourni par les fabricants, on ne peut que l'estimer visuellement.
AUTRES SITES & LECTURES COMPLÉMENTAIRES
- Norman Koren offre une autre perspective sur la PdC, avec de nombreuses équations pour calculer PdC et cercle de confusion
- The Luminous Landscape compare la PdC pour plusieurs focales – apportant la preuve visuelle que la PdC ne change guère avec la focale.