Quelle est la cause de cet effet bokeh non uniforme?

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Un de mes amis envisage d'acheter un appareil photo TLR à film moyen format (un Mamiya C330 ), et il m'a montré quelques-uns des clichés d'essai qu'il avait pris avec. J'ai été frappé par le bokeh curieusement non uniforme sur certaines photos, comme celle-ci:

Photo avec bokeh non uniforme
(Le visage du sujet est flou pour des raisons d'intimité, car ce ne sont pas mes enfants.)

Si vous regardez l'arrière-plan, en particulier les arbres en haut de l'image, vous pouvez clairement voir que le bokeh n'est pas circulaire mais elliptique, et que le grand axe de l'ellipse semble être orthogonal à la ligne du centre de la image. Cela ressemble presque à un flou de mouvement circulaire, comme si la caméra avait été tournée pendant la prise de vue, mais l'absence de flou au premier plan montre clairement que ce n'est pas le cas.

J'aime plutôt l'effet, surtout la façon dont il attire le regard vers le centre de l'image. (Ce n'est pas efficace dans ce plan particulier, car il n'y a pas de sujet fort central pour l'œil à tirer à , mais quelques - unes des autres des photos avec une composition plus centrale , il a très bien fonctionné .) Ce que je me demande, cependant, est ce qui cause, et est - il un nom pour elle?

Je peux en quelque sorte voir comment cela pourrait découler de la façon dont la lumière se déplace en diagonale à travers l'iris près des bords de l'image, accentuée par le format de film relativement grand (mon propre appareil photo, avec lequel je n'ai jamais vraiment remarqué un tel effet, est un reflex numérique Nikon avec un capteur APS-C relativement petit), mais est-ce vraiment tout ce qu'il y a à faire, ou y a-t-il quelque chose de plus compliqué? Et comment pourrais-je délibérément obtenir le même effet , sans passer moi-même au format moyen?

Ps. Voici un gros plan du haut de la photo ci-dessus (cliquez pour agrandir):

Gros plan, non, uniforme, bokeh

La photo a été prise avec l'objectif Mamiya-Sekor 80 mm f / 2,8. Malheureusement, je ne connais pas les paramètres exacts d'ouverture et de vitesse d'obturation utilisés.

Ilmari Karonen
la source
Pendant les éclipses solaires partielles, j'ai vu des espaces entre les feuilles des arbres agir comme des caméras sténopés et projeter des images du croissant de soleil au sol. Je dois donc me demander si les formes du bokeh sont influencées par les formes des espaces entre les feuilles (qui, bien sûr, ne vont pas être des cercles parfaits), ainsi que la lentille.
zwol
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@Zack: Ils le sont sûrement (généralement, la forme d'un point bokeh est une convolution de la forme de la source de lumière et de la fonction d'étalement du point de la caméra), mais je suis à peu près sûr que les espaces réels entre les feuilles n'étaient pas arrangés dans le motif circulaire montré sur la photo.
Ilmari Karonen

Réponses:

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La forme du bokeh est liée à la forme apparente de l'ouverture de l'objectif.

Tout droit, cela produira un bokeh qui est approximativement un cercle. Alors que le sujet s'éloigne du centre du champ, le bokeh commence à ressembler à un ruban du cercle.

Cela peut être réduit en arrêtant l'objectif.

lentilles

Plus d'informations à ce sujet peuvent être lues à Shape of the flur patch et Cat's eye effect .

Pour obtenir cet effet, vous avez besoin d'un champ de vision plus large dans l'objectif (un objectif long ne verra jamais l'ouverture sous un angle raide) et photographiez grand ouvert.


L'optique de ceci peut être comprise en regardant les rayons lumineux à travers le système de lentilles:

chemin lumineux à travers la lentille

Cependant, ce n'est pas aussi simple que cela, car la construction de l'objectif elle-même joue également dans la forme du bokeh.

quatre lentilles, quatre bokeh

La seule différence entre les quatre images est l'objectif. Chaque lentille a une taille de pupille avant et arrière et un nombre et une forme de lame de lentille différents. Si cet effet n'était pas causé par la lentille, cela indiquerait d'autres phénomènes. Mais au lieu de cela, nous voyons une différence entre différents objectifs sur le même appareil photo, ce qui indique que la construction de l'objectif est la cause de la forme et l'endroit où il faut chercher pour comprendre la nature de ce bokeh.

En fin de compte, le bokeh en œil de chat est une forme de vignettage mécanique similaire à lorsque le parasoleil est trop long pour l'objectif et bloque une partie de la scène.

Ce type de bokeh peut également être vu dans le changement apparent de la forme dans les filtres de forme de bokeh bricolage:

image image

Notez la forme du cœur et de la souris mickey au bord du cadre. Si l'on devait aller regarder l'objectif à partir de ces sources lumineuses ponctuelles, on verrait que la forme du cœur ou de la souris mickey sur la caméra est la forme du bokeh (avec quelques ajustements supplémentaires pour la forme apparente de la pupille) .

scottbb
la source
Cela semble plausible, mais notez que, pour autant que je sache, ces références sont la seule source de cette revendication particulière en ligne. Et l'auteur, dans sa page bio, dit: "Je ne suis pas professionnellement impliqué dans la photographie [ou] l'optique [....] Dans la vie quotidienne, je travaille comme acousticien sous-marin." Maintenant, je ne suis pas non plus un professionnel dans ces domaines, mais comme cela contredit tout ce que j'ai lu (à part les publications Internet remontant à celui-ci), j'aimerais voir d'autres références.
mattdm
@mattdm considère les différents bricolages faire votre propre bokeh . La forme de la pupille de la lentille apparente est la forme du bokeh (cela a également un impact sur le nombre et la forme de la lame du diaphragme). Et lorsque vous regardez les différents bokeh de bricolage, vous voyez souvent au bord du cadre. i.stack.imgur.com/Bh1Pv.png - cela s'explique par la forme apparente de la pupille de l'objectif. (et oui, wikipedia n'est pas une si bonne source mais en.wikipedia.org/wiki/Bokeh#cite_ref-11 )
Je ne conteste pas que vous pouvez faire un bokeh en forme, ni même que cet effet puisse se produire près du bord de l'objectif. Je ne pense pas que c'est ce qui se passe ici.
mattdm
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Sommes-nous d'accord pour dire que la forme du bokeh est la forme de la pupille de la lentille apparente (comme le bokeh hexagonal sur un diaphragme à 6 lames?) Et que le vignettage mécanique (un filtre de bokeh bricolage) peut changer la forme du bokeh? Pourquoi ces deux facteurs ne seraient - ils pas responsables du bokeh en œil de chat?
Ce que vous décrivez est une forme d'aberration sphérique dans la lentille. En admettant que c'est le cas avec un objectif, on peut concevoir un objectif plus simple si l'on accepte une surface focale non plane. Cependant, cela seul ne tient pas compte de la forme du bokeh en œil de chat, qui peut être décrite et comprise avec précision en utilisant le modèle de vignettage mécanique de la zone floue. Au-delà de cela, si l'on veut une réelle compréhension de la forme, ce serait probablement une bonne question à envoyer à Physics.SE pour obtenir les bases optiques et mathématiques à ce sujet.
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C'est la courbure du champ . Les objectifs simples projettent naturellement un champ incurvé, pas plat pour correspondre à un film ou à des capteurs numériques. Les objectifs modernes tentent de corriger cela, mais de nombreux modèles plus anciens ne le font pas. En fait, il est parfois appelé «effet Petzval» d'après un design classique célèbre pour ce look.

Fait intéressant, Sony a présenté cette semaine des prototypes d'un capteur numérique incurvé spécialement conçu pour cette raison - en incurvant le capteur, l'objectif peut être beaucoup plus simple tout en offrant une netteté à travers le cadre.

Il y a plus d'informations sur (et des exemples de) courbure de champ dans ma réponse à Quelles caractéristiques de qualité d'image rendent un objectif bon ou mauvais? , et plus de détails techniques sur Que signifie "Flat Field Focus"? et les lentilles ont-plans focaux ou des sphères / ellipsoïdes focaux?


Il existe une théorie répandue sur Internet qui soutient que cela est principalement dû au vignettage optique - comme le dit la réponse actuellement acceptée ici, "En fin de compte, le bokeh en œil de chat est une forme de vignettage mécanique similaire à lorsque le parasoleil est trop long pour le l'objectif et bloque une partie de la scène. " Cela semble raisonnable, mais contredit ce que j'ai vu de sources non Internet. Heureusement, cependant, la situation de «parasoleil trop long» est facilement reproductible, j'ai donc décidé de faire un test simple.

J'ai un objectif 23 mm f / 1,4, et il arrive que le pare-soleil d'un objectif 56 mm s'adapte également physiquement. J'ai donc fait une série d'images avec: pas de pare-soleil, le pare-soleil correspondant de 23 mm, le pare-soleil de 56 mm et le pare-soleil de 56 mm étendus encore plus via un morceau de papier de construction noir et du ruban de gaffers toujours pratique. Dans chaque cas, réglez l'objectif sur f / 1,4 et concentrez-vous sur mon petit assistant de photographie amical, Beefy , pour certains artefacts de surbrillance d'arrière-plan évidents. Les resultats:

pas de capuche

capuche correcte de 23 mm

Objectif 23 mm avec capuchon 56 mm

Capot de 56 mm étendu avec du papier

Nous pouvons voir qu'il y a un impact sur les cercles bokeh, et dans les deux dernières images, vous pouvez voir un degré de « tourbillon », en particulier dans le cas des tubes de papier. Mais, l'effet n'est pas très fort par rapport à l'image échantillon ici (ou à celle de cette autre question ), même si les coins sont visiblement bloqués par le capot de 56 mm - ou complètement bloqués par le tube. En fait, si je n'étais pas partisan de rechercher "tourbillon", ici, je pourrais plutôt le décrire comme "comprimé autour du bord du cercle". La théorie du vignettage physique n'est pas adéquate; quelque chose d'autre se passe dans les lentilles qui produisent ce look sans perdre complètement les coins.

En outre, vérifiez ce recadrage à partir du bord supérieur droit du cercle visible du test de l'ombre du papier. Les formes en surbrillance passent rapidement de presque circulaire à demi-lunes. Ce sont les lignes extérieures de ces demi-lunes qui provoquent l'effet de tourbillon dans cette image. C'est difficile à dire dans cet exemple, mais dans la plupart des images avec l'effet Petzval, la transition est plus progressive. Et, malgré le diagramme linéaire illustrant le contraire, ces formes ne sont clairement pas "l'oeil de chat". Encore une fois, quelque chose d'autre est à l'origine de cela - et c'est la courbure du champ.

gros plans

Donc, pour vraiment reproduire cet effet, vous pouvez essayer d'étendre votre pare-soleil, mais pour de meilleurs résultats, vous pouvez soit trouver un objectif classique avec le design Petzval , soit des objectifs Helios de l'ère soviétique plus récents mais toujours "vintage" , ou prenez l'objectif d'art Petzval récemment lancé par Lomography pour les montures Canon EF ou Nikon F.

mattdm
la source
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Êtes-vous sûr? Je peux voir comment la courbure de champ changerait la mise au point entre le centre et les bords de l'image, mais je ne vois pas comment cela changerait la forme du bokeh. (Ps. J'ai recherché «courbure de champ» sur Google et j'ai trouvé cette page illustrant différentes aberrations optiques. Ce que je vois sur cette photo ressemble plus à leur illustration de «l'astigmatisme sagittal», bien que je ne sois pas tout à fait sûr que ce soit le même effet que celui observé. sur la photo non plus.)
Ilmari Karonen
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Je suis presque sûr . Si vous arrivez à la physique de la conception optique, la courbure de champ et l'astigmatisme tangentiel et sagittal sont tous interdépendants et tout devient assez compliqué - et bien loin de mon domaine d'expertise. Notez que lorsque vous recherchez ces éléments, vous obtenez principalement des diagrammes et des graphiques de test - et des pages sur l'astrophotographie. C'est bien beau, mais du point de vue de la reconnaissance de cet effet et de sa reproduction, la courbure de champ petzval est ce que vous recherchez.
mattdm
Il y a des preuves intéressantes ici qu'un objectif avec une superbe correction pour la courbure de champ (Zeiss 85mm Planar) démontre toujours le bokeh de l'œil de chat. verybiglobo.com/…
Michael C
@MichaelClark Oui, je ne doute pas du tout que le vignettage mécanique puisse affecter la forme des reflets flous, y compris la création d'un effet œil de chat. Mais, je ne pense pas que ce soit la source (ou du moins, pas la seule source) du look Petzval, qui est plus lisse et plus omniprésent.
mattdm
Je pense que c'est une combinaison de vignettage mécanique et de courbure de champ et / ou d'astigmatisme. Notez que lorsque vous augmentez la quantité de vignettage, vous rapprochez les bords du centre, en compressant l'effet. Quel 23 mm f / 1,4 spécifique utilisiez-vous?
Michael C
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Pour s'appuyer sur les autres réponses, cela est en effet provoqué par une lentille avec un petzval sous-corrigé. Il est également vignetté, mais plus dans un plan que dans l'autre. Ici, vous pouvez voir un tracé d'interception de rayons pour une lentille tessar de grand format, ceux-ci sont également connus sous le nom de tracés RIM ou courbes H'-TanU '. Sur un tracé RIM de la ligne découpée, cela indique un vignettage. Vous remarquerez que cet exemple est vignetté dans le plan tangentiel, mais pas dans le plan sagittal. Cela fait que le spot et, quand il est défocalisé, le bokeh est plus grand dans le plan sagittal que dans le plan tangentiel.

C'est la même condition que votre exemple a, donc je pense que l'objectif particulier a sous-corrigé petzval ainsi que le vignettage "asymétrique", comme je pourrais l'appeler.

Brandon Dube
la source
Alors, la forme caractéristique de l'œil de chat des reflets est-elle due au vignettage, comme expliqué dans la réponse de @ MichaelT? Est-il possible d'obtenir le look "tourbillonnant" sans vignettage - par exemple la courbure du champ seule? Inversement, cette apparence peut-elle se produire lorsqu'il n'y a qu'un vignettage et aucune courbure de champ?
mattdm
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Un cas assez fort de l'un ou l'autre le produirait, mais les choses devraient devenir assez extrêmes pour qu'il soit reproduit par un seul. La forme "écrasée" de cet exemple (plus large que haute) n'est pas possible sans vignettage ou astigmatisme.
Brandon Dube
Brandon, vous êtes une ressource phénoménale! Pouvez-vous fournir des liens pour comprendre les tracés RIM? Par exemple, comment sont-ils générés: numériquement uniquement, ou peuvent-ils être échantillonnés à partir d'un objectif réel?. Et à quoi correspond l'axe des x de chaque tracé? S'il n'y a pas de bonnes sources expliquant cela, vous pouvez le saisir comme Q et répondre par vous-même ici.
feetwet
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@feetwet bien qu'il ne soit pas explicitement un guide de lecture des tracés RIM, j'ai écrit un article pour PhotoZone en les utilisant largement ici . Il y a aussi quelques détails ici . L'axe X est l'emplacement dans la pupille, donc le côté gauche est le bord inférieur et le côté droit est le bord supérieur. Veuillez me faire savoir si vous avez d'autres questions à leur sujet.
Brandon Dube du