Comment l'ouverture fonctionne-t-elle sans «rogner» l'image sur le capteur?

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Je me suis enseigné les différents réglages des appareils photo et je comprends maintenant beaucoup mieux comment utiliser efficacement mon appareil photo, mais une chose me gêne toujours.

Lorsque la taille d'ouverture est modifiée, y a-t-il d'autres lentilles qui se déplacent pour recentrer les faisceaux de rayons sur la taille de l'image complète?

Ce que je veux dire par là, c’est que pour moi, l’ouverture semblerait «recadrer» l’image en un cercle de plus en plus petit (ou plutôt une forme à n côtés). Bien que je comprenne que cela signifie évidemment moins de lumière, y a-t-il autre chose qui réoriente le faisceau de lumière pour qu’il s'adapte à l’ensemble du capteur lorsqu’il est ajusté?

Nick Bedford
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Je sais que votre question mène à la mise au point, mais toute l’ouverture est limitée et ne recadre pas. Pensez à plisser les yeux. Votre champ de vision ne change pas mais moins de lumière est laissée.
BBking, le

Réponses:

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Les objectifs ne font pas passer la lumière directement à travers, ils la focalisent, si vous pardonnez le traçage des rayons moche: texte alternatif

Les lignes vertes représentent le cône de lumière qui frappe l'objectif avec une ouverture étroite, le rouge est le cône de lumière autorisé par une large ouverture. Dans ce cas, vous pouvez imaginer l'ouverture juste devant ou juste derrière l'objectif (il n'y a pas beaucoup de différence avec un objectif simple). Quelle que soit l'ouverture, la lumière est toujours focalisée au même point.

C'est un objectif simple, mais il en va de même pour les plus complexes. C'est là que votre intuition à propos du recadrage (généralement appelée vignettage dans ce contexte) intervient dans l'image: dans un objectif complexe, l'ouverture doit être à un emplacement approprié. Des obstructions dans d'autres parties de l'objectif provoqueront un vignettage.

ex-ms
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Je comprends comment fonctionnent les lentilles. Pour clarifier, voici ce que mon intuition a été de gratter les noggins à l'adresse: img838.imageshack.us/img838/2347/52606135.png (ahh, bon vieux mspaint)
Nick Bedford
@ Nick - Je pense que votre intuition vous induit en erreur quant au point de focalisation. Si vous avez une source ponctuelle, il convient de faire la mise au point sur un capteur. Le point de focalisation approprié dans votre diagramme est l'endroit où les lignes se croisent; dans ce cas, nos diagrammes sont équivalents. Fondamentalement: l'ouverture limite le cône de lumière qui traverse l'objectif, mais la lumière du même point se focalisera toujours au même endroit (imaginant l'objectif idéal).
ex-ms
@ Nick - il est également intéressant de souligner que votre diagramme indique pourquoi les ouvertures plus larges conduisent à des arrière-plans plus flous! La lumière provenant du point flou est répartie plus largement à travers le capteur.
ex-ms
Matt, désolé pour ma propre confusion. Je comprend maintenant. Il serait préférable de dire que le point focal de chaque source ponctuelle tombe sur le plan image . C'est ce que je confondais.
Nick Bedford
@ NickBedford Imageshack a modifié toutes ses images il y a quelque temps. Avez-vous une copie de sauvegarde? Si vous le faites, mettez-le sur le stackexchange imgur, cela devrait rester.
Jrh
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J'essayais récemment de comprendre cela moi-même et j'ai trouvé cette question. Je ne pensais pas que la réponse acceptée était assez complète, alors voici mon coup (sans jeu de mots!) :

La première chose à comprendre est que la lumière qui se réfléchit sur un point de la surface n’est pas un faisceau de lumière, mais beaucoup, venant à de multiples angles différents et réfléchie à de nombreux angles différents. La plupart de ces faisceaux ne heurteront jamais l'objectif de la caméra. Cependant, certains le font et seront concentrés sur un seul point sur le capteur d'image (en supposant que ce point est net) .

Lumière d'un point de mise au point passant à travers une lentille
Lumière d'un point de mise au point passant à travers une lentille

Alors que se passe-t-il si nous mettons une ouverture derrière (ou devant) l'objectif?

Ouverture derrière l'objectif
Ouverture derrière l'objectif

La lumière du point frappe toujours le capteur d'image, elle sera donc toujours visible dans l'image. Cependant, à partir de ce moment , nous avons simplement moins de lumière qui frappe le capteur. C'est pourquoi l'utilisation d'une ouverture plus petite (ou d'un objectif plus petit) nécessite un temps d'exposition plus long. le capteur a besoin de plus de temps pour absorber la même quantité de lumière.


Donc, si réduire l'ouverture vous oblige à utiliser des temps d'exposition plus longs, à quoi sert-il d'avoir une ouverture? Réduire la lumière exposée peut parfois être utile (par exemple, c'est le but de la pupille d'un œil, ce qui est exactement analogue à une ouverture) , mais la raison principale pour laquelle une ouverture est appliquée à un appareil photo est en fait liée aux points de mise au point.

Point de mise au point - trop loin
Point de mise au point - trop loin

Point de mise au point - trop proche
Point de mise au point - trop proche

Notez que, dans les deux cas, les faisceaux lumineux proviennent tous d' un seul point, mais ils ne frappent pas tous le capteur d'image en un seul point. Ils sont plutôt répartis en cercle. C’est la raison pour laquelle les points flous apparaissent flous sur une photo.

(Ce cercle est parfois appelé le cercle de confusion . Cela explique d'ailleurs pourquoi les points flous qui sont plus brillants que les points environnants apparaissent sous forme de disques circulaires )

Alors, que se passe-t-il lorsque nous plaçons une ouverture derrière (ou devant) l'objectif dans ce cas?

Point de mise au point avec ouverture
Point de mise au point avec ouverture

Nous voyons encore une fois que moins de lumière frappe le capteur, ce qui signifie que nous aurons à nouveau besoin d’une exposition plus longue. Cependant, quelque chose d'autre s'est passé: le cercle de lumière (de notre point de vue) qui frappe le capteur est devenu plus petit. Cela fera apparaître le point plus net dans l'image finale! Par conséquent, une ouverture plus petite augmentera la plage de profondeur à laquelle les objets apparaissent nets, c'est-à-dire. cela augmente la profondeur de champ.

Ainsi, plus l'ouverture (ou l'objectif) est grande, moins vous aurez besoin de temps d'exposition (du fait qu'il y ait plus de lumière) , mais plus votre profondeur de champ sera faible (en raison de la lumière provenant de la mise au point insuffisante points frappant une zone plus grande) . Inversement, plus votre ouverture (ou votre objectif) est petit, plus votre profondeur de champ sera grande, mais plus vous aurez besoin de temps d'exposition.

Si nous pouvions obtenir une ouverture infiniment petite †, nous pourrions tout faire en un seul geste ... mais nous aurions besoin d'un temps de pose extrêmement long ou d'un capteur extrêmement sensible! C’est essentiellement ainsi qu’un appareil photo à sténopé fonctionne.

Eh bien, l'ouverture devrait toujours être plus grande que la longueur d'onde de la lumière, mais c'est un tout autre sujet ...


J'ai généré les images ci-dessus en utilisant cet outil génial .

BlueRaja - Danny Pflughoeft
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Cela pourrait aider de penser à votre œil. Votre œil est essentiellement une caméra et l'iris fonctionne. Il a la même fonction que l'iris de l'objectif de votre appareil photo. Lorsque vous sortez par une journée ensoleillée, votre iris se contracte pour réduire la quantité de lumière qui frappe votre rétine, mais vous conservez le même champ de vision: l’image n’est pas recadrée. La même chose se passe évidemment avec l'objectif de votre appareil photo.

La raison pour laquelle l'image n'est pas recadrée est que les rayons de toute l'image tombent sur toute la surface de l'objectif (que ce soit votre appareil photo ou vos yeux). Vous pouvez imaginer un cône de rayons quittant chaque point du champ de vision, où la pointe du cône est le point et la base du cône est la lentille. L'iris réduit le diamètre de la base de ce cône, il y a donc moins de lumière, mais une partie du cône traverse néanmoins l'iris et est focalisée par la lentille sur un seul point du capteur (ou de la rétine).

Caleb
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Non, il n'est pas nécessaire de faire une nouvelle mise au point lorsque vous modifiez l'ouverture et celle-ci ne recadre pas l'image.

Comme vous le savez peut-être, l'image est reflétée et à l'envers lorsqu'elle frappe le capteur. L'image est focalisée sur un seul point à l'intérieur de l'objectif et ressort inversée. Ce point où tous les rayons lumineux se rencontrent est l'ouverture, c'est pourquoi l'image peut passer à travers un si petit trou sans être recadrée.

Les éléments de l'objectif d'un objectif ne sont en réalité pas nécessaires pour produire l'image, seule l'ouverture est nécessaire. Un appareil photo à sténopé n'a pas d'objectif du tout, il n'a qu'un petit trou d'épingle qui fonctionne comme une ouverture et projette l'image sur le film.

L'effet s'appelle camera obscura et c'est là que la caméra tire son nom.

Guffa
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Le point où tous les rayons lumineux se rencontrent est l'ouverture ... Si cela était vrai, modifier la taille de l'ouverture n'aurait aucun impact sur la quantité de lumière atteignant le capteur: toute la lumière passerait par ce point unique.
Caleb
@Caleb: Le point n'est pas un point théorique avec la taille zéro, c'est un point la taille de l'ouverture.
Guffa
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Je suppose que vous parlez d'un point situé le long de l'axe optique, mais cela rend le deuxième paragraphe confus: un endroit où tous les rayons se rencontrent est un point de la taille zéro. Votre troisième paragraphe semble également trompeur: il donne l’impression erronée que toute ouverture, pas seulement un trou d’épingle, peut produire une image. En pratique, bien entendu, toute ouverture plus grande qu'un trou d'épingle nécessite un objectif pour focaliser la lumière en une image utilisable.
Caleb
@Caleb: Qu'est-ce que tu ne comprends pas exactement?
Guffa
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D'accord. C'est 4 ans plus tard et incroyablement difficile, mais dans le monde réel, vous devez parfois ajuster la mise au point après un arrêt. Ce n'est pas une théorie optique fondamentale, ce sont des lentilles du monde réel dans le monde réel. La mise au point n'est pas exacte; il s'agit de faire converger autant de rayons que possible pratiquement au même point, en obtenant le contraste le plus élevé. Étant donné que les objectifs ne sont jamais parfaits, il peut y avoir un décalage entre le "consensus" et la réduction du nombre de "votes" provenant du périmètre d'un objectif présentant un faible degré d'aberration sphérique; ça devient pire à mesure que vous vous concentrez.
user28116