Qu'est-ce qui détermine exactement la profondeur de champ?

Plusieurs questions se posent ici concernant la définition de la profondeur de champ , la distance focale et la distance entre les sujets . Et bien sûr, l’ ouverture a une incidence sur mes photographies . Et beaucoup de choses, comment puis-je avoir des questions super-superficielles ? Il y a des questions connexes comme celle-ci . Mais il n'y a pas de question fondamentale:

Qu'est-ce qui détermine exactement la profondeur de champ d'une photo?

Est-ce juste une propriété de la lentille? Les objectifs peuvent-ils être conçus pour donner plus de profondeur de champ pour la même ouverture et la même distance focale? Est-ce que cela change avec la taille du capteur de la caméra? Cela change-t-il avec la taille d'impression? Comment ces deux derniers se rapportent-ils?

Ok pour changer, je vais me passer des formules, des photos de règles et des définitions de "grossissement" pour aller avec ce que vous vivez réellement dans la pratique. Les principaux facteurs importants pour le tournage sont les suivants:

• Ouverture. Les objectifs à large ouverture vous offrent une profondeur de champ plus faible . C'est probablement le facteur le moins controversé! Ceci est important car certaines lentilles ont des ouvertures beaucoup plus grandes, par exemple 18-55 f / 3,5-5,6 vs 50 f / 1,8.

• Distance du sujet. C'est une considération vraiment importante. La profondeur de champ devient considérablement moins profonde lorsque vous commencez à vous rapprocher vraiment . Ceci est important car aux distances de focalisation macro, DoF est un problème majeur. Cela signifie également que vous pouvez obtenir un DoF peu profond quelle que soit l’ouverture si vous vous approchez suffisamment, et que si vous voulez un DoF profond dans une lumière faible, composez pour que la mise au point se fasse plus loin.

• Distance focale. Cela n'affecte la profondeur de champ, mais seulement dans certaines gammes, lors du maintien de la taille du sujet . Les lentilles larges ont une profondeur de champ très profonde pour la plupart des sujets. Une fois que vous avez dépassé un certain point, DoF change très peu avec la distance focale. Ceci est à nouveau important car si vous souhaitez augmenter / diminuer la densité de DoF, vous pouvez utiliser la longueur focale pour le faire tout en remplissant le cadre avec votre sujet.

• Taille du capteur. Cela affecte le DoF lorsque vous maintenez la même distance du sujet et le même champ de vision entre les tailles de capteur . Plus le capteur est grand, moins la profondeur de champ est profonde. Les DSLR ont des capteurs beaucoup plus gros que les compacts et ont donc un DoF moins profond pour le même FoV et le même rapport f. Ceci est important car, de la même façon, le recadrage des images augmente le DoF tout en conservant la même taille de sortie finale, ce qui revient à utiliser un capteur plus petit.

C'est une excellente question, qui a des réponses différentes selon le contexte. Vous avez mentionné plusieurs questions spécifiques, dont chacune pourrait justifier leurs propres réponses. Je vais essayer de les aborder davantage comme un tout unifié ici.

Q. Est-ce juste une propriété de la lentille?
R. En termes simples, non , bien que si vous ignorez CoC, on pourrait (étant donné le calcul) calculer qu’il en est ainsi. La profondeur de champ est une chose "floue" et dépend beaucoup du contexte de visualisation. J'entends par là que cela dépend de la taille de l'image finale visualisée par rapport à la résolution native du capteur; l'acuité visuelle du spectateur; l'ouverture utilisée lors de la prise de vue; la distance au sujet lors de la prise de vue.

Q. Les objectifs peuvent-ils être conçus pour offrir une plus grande profondeur de champ pour la même ouverture et la même distance focale? R. Étant donné le calcul, je devrais dire non. Je ne suis pas un ingénieur en optique, alors prenez ce que je dis ici avec le grain de sel nécessaire. J'ai tendance à suivre le calcul, ce qui est assez clair sur la profondeur de champ.

Q. Est-ce que cela change avec la taille du capteur de la caméra?
R. En fin de compte, cela dépend ici. Plus important que la taille du capteur serait le cercle de confusion (CdC) minimum du support d’imagerie. Curieusement, le cercle de confusion d’un support d’imagerie n’est pas nécessairement un trait intrinsèque, le CoC minimum acceptable étant souvent déterminé par la taille maximale à laquelle vous souhaitez imprimer. Les capteurs numériques ont une taille minimale fixe pour le CoC, car la taille d'un seul capteur est aussi petite que n'importe quel point de lumière peut avoir (dans un capteur Bayer, la taille d'un quartet de capteurs est en réalité la résolution la plus faible.)

Q. Est-ce que cela change avec la taille d'impression?
R. Compte tenu de la réponse à la question précédente, éventuellement. La mise à l'échelle d'une image au-dessus, voire au-dessous, de sa taille d'impression "native" peut avoir une incidence sur la valeur que vous utilisez pour le CoC minimum acceptable. Donc, oui, la taille que vous avez l'intention d'imprimer joue un rôle, mais je dirais que le rôle est généralement mineur, sauf si vous imprimez en très gros formats.

Mathématiquement, il est clair que DoF n'est pas simplement une fonction de l'objectif, mais implique soit le support d'imagerie, soit la taille d'impression du point de vue du CdS. Pour spécifier clairement les facteurs de DoF:

La profondeur de champ est fonction de la distance focale, de l'ouverture effective, de la distance au sujet et du cercle de confusion minimum. Le cercle de confusion minimum est le moment où les choses deviennent floues, car cela peut être visualisé en fonction du support d'imagerie ou en fonction de la taille d'impression.

Plusieurs formules mathématiques peuvent être utilisées pour calculer la profondeur de champ. Malheureusement, il ne semble pas exister de formule unique qui produise avec précision une profondeur de champ quelle que soit la distance du sujet. Hyperfocal Distance, ou la distance où vous obtenez effectivement le maximum de DoF, peut être calculé comme suit:

H = f ² / (N * c)

Où:

H = distance hyperfocale
f = distance focale
N = nombre f (ouverture relative)
c = cercle de confusion

Le cercle de confusion est une valeur bizarre ici, donc nous en discuterons plus tard. Un CoC moyen utile pour les capteurs numériques peut être supposé à 0,021 mm . Cette formule vous donne la distance hyperfocale, qui ne vous dit pas exactement quelle est votre profondeur de champ, mais plutôt la distance du sujet sur laquelle vous devez faire la mise au point pour obtenir la profondeur de champ maximale. Pour calculer le montant réel Depth of Field, vous avez besoin d'un calcul supplémentaire. La formule ci-dessous fournit le DoF pour les distances de sujet moyennes à grandes, ce qui signifie plus précisément lorsque la distance au sujet est plus grande que la distance focale (c'est-à-dire, des photos non macro):

Dn = (H * s) / (H + s)
Df = (H * s) / (H - s) {pour s <H

DOF = Df - Dn
DOF = (2 * H * s) / (H ² - s ² ) {pour s <H

Où:

Dn = limite proche de DoF
Df = limite éloignée de DoF
H = distance hyperfocale (formule précédente)
s = distance du sujet (distance à laquelle l'objectif est mis au point, peut ne pas être en réalité "le sujet")

Lorsque la distance du sujet est la distance hyperfocale:

Df = 'infini' Dn = H / 2

Lorsque la distance du sujet est supérieure à la distance hyperfocale:

Df = infini Dn = 'infini'

Le terme «infini» n’est pas utilisé ici dans son sens classique; il s’agit plutôt d’un terme d’ingénierie optique qui désigne un point focal situé au-delà de la distance hyperfocale. La formule complète de calcul direct de la profondeur de champ, sans d'abord calculer la distance hyperfocale, est la suivante (remplace H):

DOF = 2Ncf ² s ² / (f ⁴ - N ² c ² s ² )

Si nous ignorons la taille d'impression et le film, pour un capteur numérique donné avec une densité de pixels spécifique , le DoF est fonction de la distance focale, de l'ouverture relative et de la distance du sujet. À partir de là, on pourrait faire valoir que le DoF est purement une fonction de l'objectif, car la "distance du sujet" fait référence à la distance à laquelle l' objectif est focalisé, ce qui serait également une fonction de l'objectif.

Dans la moyenne des cas, on peut supposer que le CdC est toujours le minimum réalisable avec un capteur numérique, qui atteint actuellement une moyenne de 0,021 mm, bien qu'une plage réaliste couvrant les capteurs APS-C, APS-H et Full Frame. n'importe où de 0.015mm - 0.029mm . Pour les formats d’impression les plus courants, d’environ 13 x 19 po ou moins, un CoC acceptable est d’environ 0,05 mm, soit environ le double de la moyenne des capteurs numériques. Si vous aimez imprimer de très grandes tailles, le CoC pourrait être un facteur (nécessitant moins de 0,01 mm), et votre DoF apparent dans un grand agrandissement sera plus petit que celui calculé mathématiquement.

Les formules ci-dessus ne s'appliquent que lorsque la distance sest sensiblement supérieure à la distance focale de l'objectif. En tant que tel, il se décompose pour la photographie macro. En matière de macrophotographie, il est beaucoup plus facile d’exprimer DoF en termes de distance focale, d’ouverture relative et d’agrandissement du sujet (c.-à-d. 1,0x):

DOF = 2Nc * (((m / P) + 1) / m ² )

Où:

N = nombre f (ouverture relative)
c = CoC minimum
m = grossissement
P = grossissement de la pupille

La formule est assez simple, en dehors de l'aspect grossissement de la pupille. Un véritable objectif macro correctement construit aura des pupilles d'entrée et de sortie pratiquement équivalentes (taille de l'ouverture vue de l'avant de l'objectif (entrée) et taille de l'ouverture vue de l'arrière de l'objectif (sortie)) , bien qu'ils puissent ne pas être exactement identiques. Dans de tels cas, on peut supposer une valeur de 1 pour P, sauf en cas de doute raisonnable.

Contrairement au DoF pour les distances moyennes à grandes, avec la macrophotographie 1: 1 (ou supérieure), vous agrandissez TOUJOURS pour l’impression, même si vous imprimez à 2x3 ". Pour les formats d’impression courants tels que 8x10, 13x19, etc., le facteur Il faut supposer que le coefficient de couleur est résolutable au minimum pour votre support d’image, ce qui n’est probablement pas encore assez petit pour compenser le retrait apparent de la DoF dû à l’agrandissement.

En dehors des mathématiques complexes, DoF peut être visualisé intuitivement avec une compréhension de base de la lumière, de la façon dont l’optique influe sur la lumière et des effets de l’ouverture sur la lumière.

Comment l'ouverture affecte-t-elle la profondeur de champ? Cela se résume finalement aux angles des rayons de lumière qui atteignent réellement le plan de l'image. Avec une ouverture plus large, tous les rayons, y compris ceux du bord extérieur de l'objectif, atteignent le plan de l'image. Le diaphragme ne bloque aucun rayon de lumière entrant, l'angle de lumière maximal pouvant atteindre le capteur est donc élevé (plus oblique). Cela permet au grand nombre de CoC d'être grand et la progression d'un point de lumière focalisé au maximum est rapide:

À une ouverture plus étroite, le diaphragme bloque un peu de lumière de la périphérie du cône de lumière, tandis que la lumière du centre est laissée passer. L'angle maximum des rayons lumineux atteignant le capteur est faible (moins oblique). Le CoC maximum est ainsi réduit et la progression d'un point de lumière focalisé au CoC maximum est plus lente. (Afin de garder le diagramme aussi simple que possible, l'effet de l'aberration sphérique a été ignoré. Le diagramme n'est donc pas précis à 100%, mais doit tout de même en démontrer le sens):

Aperture modifie le taux de croissance du CoC. Les ouvertures plus larges augmentent le taux de croissance des cercles de flou hors de la mise au point. Par conséquent, DoF est moins profond. Des ouvertures plus étroites réduisent le taux de croissance des cercles de flou hors de la mise au point. Par conséquent, DoF est plus profond.

Preuves

Comme pour tout, il faut toujours prouver le concept en exécutant les calculs. Voici quelques résultats intrigants lors de l’exécution des formules ci-dessus avec le code F # dans l’ utilitaire de ligne de commande F # Interactive (facile à télécharger et à vérifier par tout le monde):

(* The basic formula for depth of field *)
let dof (N:float) (f:float) (c:float) (s:float) = (2.0 * N * c * f**2. * s**2.)/(f**4. - N**2. * c**2. * s**2.);;

(* The distance to subject. 20 feet / 12 inches / 2.54 cm per in / 10 mm per cm *)
let distance = 20. / 12. / 2.54 / 10.;;

(* A decent average minimum CoC for modern digital sensors *)
let coc = 0.021;;

(* DoF formula that returns depth in feet rather than millimeters *)
let dof_feet (N:float) (f:float) (c:float) (s:float) =
  let dof_mm = dof N f c s
  let dof_f = dof_mm / 10. / 2.54 / 12.
  dof_f;;

dof_feet 1.4 50. coc distance
> val it : float = 2.882371793
dof_feet 2.8 100. coc distance
> val it : float = 1.435623728

Le résultat du programme ci-dessus est intriguant, car il indique que la profondeur de champ est en effet directement influencée par la distance focale en tant que facteur indépendant de l'ouverture relative, en supposant que seule la longueur focale change et que tout le reste reste égal. Les deux DoF convergent à f / 1,4 et f / 5,6, comme le montre le programme ci-dessus:

 dof_feet 1.4 50. coc distance
 > val it : float = 2.882371793
 dof_feet 5.6 100. coc distance
 > val it : float = 2.882371793

Des résultats intrigants, même s'ils sont un peu non intuitifs. Une autre convergence se produit lorsque les distances sont ajustées, ce qui fournit une corrélation plus intuitive:

let d1 = 20. * 12. * 2.54 * 10.;;
let d2 = 40. * 12. * 2.54 * 10.;;

dof_feet 2.8 50. coc d1;;
> val it : float = 5.855489431
dof_feed 2.8 100. coc d2;;
> val it : float = 5.764743587

Le commentaire de @Matt Grum est assez bon: vous devez être très prudent pour spécifier les conditions, ou vous pouvez vous retrouver avec trois personnes qui disent des choses qui semblent en conflit, mais qui ne parlent que de conditions différentes.

Premièrement, pour définir le sens de DoF de manière significative, vous devez spécifier la quantité de "flou" que vous êtes prêt à accepter comme étant suffisamment nette. La profondeur de champ consiste simplement à mesurer quand quelque chose qui a commencé comme un point dans l'original sera suffisamment flou pour devenir plus grand que la taille que vous avez choisie.

Cela change généralement avec la taille à laquelle vous imprimez une image - les images plus grandes sont normalement visualisées à une distance plus grande, donc plus de flou est acceptable. La plupart des marquages ​​d'objectif, etc., sont définis sur la base d'une impression autour de 8x10 qui est vue à peu près à la distance d'un bras (environ deux pieds). Le calcul est assez simple: commencez par une estimation de l’acuité visuelle, qui sera mesurée en tant qu’angle. Ensuite, vous venez de déterminer la taille de cet angle à une distance spécifiée.

En supposant que nous choisissions un nombre et que nous y tenions, la profondeur de champ ne dépend que de deux facteurs: l'ouverture et le taux de reproduction. Plus le taux de reproduction est élevé (c.-à-d. Plus un élément apparaît grand sur le capteur / film par rapport à sa taille réelle), moins la profondeur de champ obtenue est grande. De même, plus l'ouverture est grande (ouverture de plus grand diamètre - nombre f / stop plus petit), moins la profondeur de champ obtenue est grande.

Tous les autres facteurs (la taille du capteur et la distance focale étant les deux plus évidents) n’affectent la profondeur de champ que dans la mesure où ils affectent le taux de reproduction ou l’ouverture.

Par exemple, même un objectif très rapide (grande ouverture) ayant une focale courte rend le rapport de reproduction élevé assez difficile. Par exemple, si vous photographiez une personne avec un objectif de 20 mm f / 2, celui-ci doit pratiquement les toucher avant d'obtenir un rapport de reproduction très élevé. À l'extrême opposé, les lentilles plus longues semblent souvent avoir une profondeur de champ inférieure, car elles facilitent relativement l'obtention d'un rapport de reproduction élevé.

Cependant, si vous maintenez réellement le taux de reproduction constant, la profondeur de champ est réellement constante. Par exemple, si vous avez un objectif de 20 mm et un objectif de 200 mm et prenez une photo avec chacun à (disons) f / 4, mais prenez la photo avec le 200 mm de 10 fois plus loin, le sujet est vraiment de la même taille. , les deux ont théoriquement la même profondeur de champ. Cela arrive si rarement, cependant, que c'est surtout théorique.

Il en va de même avec la taille du capteur: en théorie, si le taux de reproduction est maintenu constant, la taille du capteur est totalement sans importance. D'un point de vue pratique, toutefois, la taille du capteur est importante pour une raison très simple: quelle que soit la taille du capteur, nous souhaitons généralement le même cadrage . Cela signifie que, lorsque la taille du capteur augmente, nous utilisons presque toujours des taux de reproduction élevés. Par exemple, un tir typique d'une personne sur la tête et les épaules peut couvrir une hauteur de, par exemple, 50 cm (je vais utiliser métrique, pour correspondre à la façon dont les tailles de capteur sont habituellement citées). Sur une caméra à vue 8x10, cela correspond à environ un rapport de reproduction de 1: 2, ce qui donne une très faible profondeur de champ. Sur un capteur de taille 35 mm, le rapport de reproduction est d'environ 1:14, ce qui donne beaucoupplus de profondeur de champ. Sur un appareil photo compact doté d'un capteur de 6,6 x 8,8 mm, par exemple, cela donne environ 1:57.

Si nous utilisions l'appareil photo compact avec le même rapport de reproduction 1: 2 que le 8x10, nous obtiendrions la même profondeur de champ - mais au lieu de la tête et des épaules, nous prendrions une photo d'une partie du globe oculaire.

Il y a encore un facteur à prendre en compte: avec un objectif plus court, les objets à l'arrière-plan deviennent beaucoup plus petits "beaucoup plus vite" qu'avec un objectif plus long. Par exemple, considérons une personne avec une clôture à 20 pieds derrière elle. Si vous prenez une photo à 5 pieds de distance avec un objectif de 50 mm, la clôture est 5 fois plus éloignée que la personne, elle est donc relativement petite. Si vous utilisez plutôt un objectif de 200 mm, vous devez reculer de 20 pieds pour que la personne ait la même taille - mais maintenant, la clôture n’est plus que deux fois plus éloignée que cinq fois plus éloignée. rendre la clôture (et son degré de flou) beaucoup plus apparente dans une image.

Edit2: Depuis que j'ai (en quelque sorte) persuadé @jrista de supprimer son diagramme reliant la distance focale à la profondeur de champ, je devrais probablement essayer d'expliquer pourquoi il n'y a pas de relation entre la distance focale et la profondeur de champ - du moins quand on regarde les choses la façon dont ils sont normalement mesurés en photographie.

Plus précisément, une ouverture photographique (de nos jours) est universellement mesurée en fraction de la distance focale - elle s’écrit comme une fraction (nombre f) car c’est ce qu’elle est.

Par exemple, il est bien connu qu’à f / 1,4, la profondeur de champ est inférieure à f / 2,8. Ce qui n’est peut-être pas immédiatement évident, c’est que (par exemple) un objectif de 50 mm f / 1,4 et un objectif de 100 mm f / 2,8 ont le même diamètre effectif. C'est l'angle plus large auquel les rayons lumineux pénètrent dans l'objectif de 50 mm qui lui confère une profondeur de champ inférieure à celle de l'objectif de 100 mm, même si les deux ont exactement le même diamètre physique.

Par ailleurs, si vous modifiez la distance focale mais maintenez la même ouverture photographique (f / stop), la profondeur de champ reste également constante car, à mesure que la distance focale augmente, le diamètre augmente proportionnellement, de sorte que les rayons de lumière se focalisent sur le fond. film / capteur sous les mêmes angles.

Cela vaut également la peine de souligner que c'est (je crois en tout cas) pourquoi les lentilles catadioptriques sont connues pour leur manque de profondeur de champ. Dans un objectif normal, même lorsque vous utilisez une grande ouverture, une partie de la lumière pénètre toujours par la partie centrale de l'objectif. Un petit pourcentage de la lumière est donc focalisé comme si vous photographiez à une ouverture plus petite. Avec une lentille catadioptrique, cependant, vous avez une obstruction centrale qui empêche la lumière de pénétrer vers le centre, de sorte que toute la lumière entre par les parties extérieures de la lentille. Cela signifie tout de la lumière doit être focalisée à un angle relativement faible, de sorte que l'image devient floue, essentiellement tous de la mise au point ensemble (ou un pourcentage beaucoup plus élevé de toute façon) au lieu d’avoir au moins un peu de mise au point.

En passant, je pense qu'il est utile de considérer quel coup de génie incroyable ce fut de commencer à mesurer le diamètre des lentilles comme une fraction de la longueur focale. En un seul coup de génie, cela rend deux problèmes distincts (et apparemment non liés): l'exposition et la profondeur de champ contrôlables et prévisibles. Essayer de prédire (beaucoup moins de contrôle) l'exposition ou la profondeur de champ (pour ne pas mentionner les deux) avant que l'innovation ait dû être extrêmement difficile en comparaison ...

Deux facteurs seulement affectent réellement la densité de densité - ouverture et grossissement - oui, la distance de commutation, la taille du capteur, la longueur focale, la taille de l’affichage et la distance de visualisation semblent avoir un effet, mais ils ne font que modifier la taille de l’image (le sujet / partie-vous-regardez) comme vu par l'oeil qui le regarde - le grossissement. Kristof Claes l'a résumé quelques fois plus tôt.

Voir le livre Focal Guide 'Objectifs' comme référence si vous ne le croyez pas.

Tous les magazines amateurs (et magazines électroniques à présent) adorent dire: "passez à un objectif grand angle pour plus de profondeur de champ" ... mais si vous gardez le sujet de la même taille dans le cadre (en vous rapprochant), alors les contours nets auront les mêmes limites. Marcher à reculons avec l’objectif que vous portez donnera également plus de DOF, mais vous aimez peut-être la prise de vue telle qu’elle est déjà installée?

Ce que vous allez voir sont les seuils de netteté plus graduelles de sorte que l'arrière - plan et de premier plan apparaissent plus nettes (pas forte comme dans le ddl!) D' où la belle sur les milieux de discussion avec de longues lentilles et les près les aigus avec de grands angles.

Qu'est-ce qui détermine exactement la profondeur de champ d'une photo?

• Est-ce juste une propriété de la lentille?

• Les objectifs peuvent-ils être conçus pour donner plus de profondeur de champ pour la même ouverture et la même distance focale?

• Est-ce que cela change avec la taille du capteur de la caméra? Cela change-t-il avec la taille d'impression? Comment ces deux derniers se rapportent-ils?

Voir aussi cette question: " Comment déterminez-vous le cercle de confusion acceptable pour une photo en particulier? ".

La réponse suivante a été publiée à l'origine (par moi) comme réponse au bokeh d'arrière-plan, mais elle explique nécessairement la profondeur de champ, avec un biais pour expliquer le flou avant et arrière-plan.

La réponse originale (plus longue) se trouve ici: https://photo.stackexchange.com/a/96261/37074 - il s'agit de la version abrégée. Le simple fait de répondre en une phrase avec un lien entraîne la conversion de la réponse en commentaire de la question ci-dessus, avec un risque de suppression, car il s'agit d'un commentaire.

Définissons quelques points avant de passer à une explication beaucoup plus longue.

• Profondeur de champ : distance entre les objets les plus proches et les plus éloignés d'une scène qui apparaissent d'une netteté acceptable dans une image. Même si un objectif ne peut effectuer une mise au point précise qu’à une distance à la fois, la diminution de la netteté est progressive de chaque côté de la distance de mise au point, de sorte qu’à l’intérieur de la hiérarchie de profondeur, le flou est imperceptible dans des conditions de visualisation normales.

• Fond: la zone derrière le sujet de l'image.

• Au premier plan: la zone devant le sujet de l'image.

• Flou : Causer une imperfection de la vision, rendre indistinct ou flou, obscurcir. L'antonyme de sharpen.

• Bokeh : La qualité du flou des zones floues de l'image en dehors de la profondeur de champ lorsque l'objectif est correctement mis au point sur le sujet.

• Cercle de confusion : dans l’optique des rayons idéalisés, les rayons sont supposés converger vers un point parfaitement focalisé; la forme d’un point flou de flou à partir d’une lentille à ouverture circulaire est un cercle de lumière à bords durs. Un point de flou plus général présente des bords flous dus à la diffraction et à des aberrations ( Stokseth 1969, paywall ; Merklinger 1992, accessible ) et peut être non circulaire en raison de la forme de l'ouverture.

  Reconnaissant que les objectifs réels ne focalisent pas parfaitement tous les rayons, même dans les meilleures conditions, le terme cercle de moindre confusion est souvent utilisé pour désigner le plus petit point de flou qu'un objectif puisse obtenir (Ray 2002, 89), par exemple en choisissant une position de mise au point optimale. fait un bon compromis entre les différentes longueurs focales effectives des différentes zones de la lentille dues à des aberrations sphériques ou autres.

  Le terme cercle de confusion s’applique plus généralement à la taille du point flou sur lequel une lentille image un point d’objet. Elle concerne 1. l'acuité visuelle, 2. les conditions de visualisation et 3. l'élargissement de l'image d'origine à l'image finale. En photographie, le cercle de confusion (CoC) sert à déterminer mathématiquement la profondeur de champ, partie d'une image suffisamment nette.

• Taille du capteur :

  • Photographie: en photographie, la taille du capteur est mesurée en fonction de la largeur du film ou de la zone active d'un capteur numérique. Le nom 35 mm provient de la largeur totale du film 135 , le film perforé pour cartouche qui était le support principal du format avant l’invention du reflex numérique plein cadre. Le terme format 135 reste utilisé. En photographie numérique, le format est maintenant connu sous le nom de plein cadre. Alors que la taille réelle de la surface utilisable d'un film photographique de 35 mm est de 24w × 36h mm, les 35 millimètres font référence à la dimension de 24 mm plus les trous de pignon (utilisés pour faire avancer le film).

  • Vidéo : les tailles des capteurs sont exprimées en pouces car, au moment de la vulgarisation, les capteurs d’images numériques étaient utilisés pour remplacer les tubes de caméras vidéo. Les tubes de caméra vidéo circulaires 1 "courants avaient une zone photosensible rectangulaire de 16 mm de diagonale, aussi un capteur numérique de 16 mm de diagonale était-il équivalent à un tube vidéo de 1". Le nom d'un capteur numérique 1 "doit être lu avec plus de précision en tant que capteur" équivalent à un tube de caméra vidéo pouce ". Les descripteurs actuels de taille de capteur d'image numérique correspondent à la taille équivalente du tube de la caméra vidéo, et non à la taille réelle du capteur. Le capteur 1 "a une diagonale de 16 mm.

• Sujet: L'objet pour lequel vous souhaitez capturer une image, pas nécessairement tout ce qui apparaît dans le cadre, certainement pas les Photo Bombers , et souvent pas les objets apparaissant à l'extrême avant et arrière-plan; ainsi l' utilisation de bokeh ou de ddf pour défocaliser des objets qui ne sont pas le sujet.

• Fonction de transfert de modulation (MTF) ou réponse en fréquence spatiale (SFR): réponse en amplitude relative d'un système d'imagerie en fonction de la fréquence spatiale entrée. L'ISO 12233: 2017 spécifie des méthodes de mesure de la résolution et du SFR des appareils photographiques électroniques. Les paires de lignes par millimètre (lp / mm) étaient l'unité de fréquence spatiale la plus courante pour le film, mais les cycles / pixel (C / P) et les largeurs de ligne / hauteur de l'image (LW / PH) sont plus pratiques pour les capteurs numériques.

Maintenant, nous avons nos définitions de la route ...

• Comment pouvons-nous calculer le CoC :

De Wikipedia:

CoC (mm) = distance d'observation (cm) / résolution de l'image finale souhaitée (lp / mm) pour une distance d'observation de 25 cm / agrandissement / 25

Par exemple, pour prendre en charge une résolution d’image finale équivalente à 5 lp / mm pour une distance de visualisation de 25 cm lorsque la distance de visualisation prévue est de 50 cm et que l’agrandissement prévu est de 8:

CoC = 50/5/8/25 = 0,05 mm

Étant donné que la taille de l’image finale n’est généralement pas connue au moment de la prise de vue, il est courant d’adopter une taille standard telle que 25 cm de large, associée à un CoC conventionnel de 0,2 mm, soit 1/1250 de la largeur de l'image. Les conventions en termes de diagonale sont également couramment utilisées. Le DoF calculé à l'aide de ces conventions devra être ajusté si l'image d'origine est recadrée avant d'agrandir à la taille finale de l'image ou si les hypothèses de taille et d'affichage sont modifiées.

En utilisant la «formule Zeiss», le cercle de confusion est parfois calculé sous la forme d / 1730, où d est la mesure diagonale de l’image originale (le format de l’appareil photo). Pour le format plein cadre 35 mm (24 mm × 36 mm, diagonale de 43 mm), il s’agit de 0,025 mm. Un CoC plus largement utilisé est d / 1500, ou 0,029 mm pour le format plein cadre 35 mm, ce qui correspond à la résolution de 5 lignes par millimètre sur une impression de 30 cm de diagonale. Les valeurs de 0,030 mm et 0,033 mm sont également courantes pour le format plein cadre 35 mm. Pour des raisons pratiques, d / 1730, un CoC d'image finale de 0,2 mm et d / 1500 donnent des résultats très similaires.

Des critères établissant un lien entre CoC et la distance focale de l'objectif ont également été utilisés. Kodak (1972), 5) a recommandé 2 minutes d'arc (critère de Snellen de 30 cycles / degré pour une vision normale) pour une vision critique, donnant CoC C f / 1720, où f est la distance focale de l'objectif. Pour un objectif de 50 mm au format plein cadre 35 mm, cela donnait un CoC ≤ 0,0291 mm. Ce critère supposait évidemment qu'une image finale serait vue à une distance «perspective correcte» (l'angle de champ serait le même que celui de l'image originale):

Distance de visualisation = distance focale de l'objectif × agrandissement

Cependant, les images sont rarement visionnées à la "bonne" distance; le spectateur ne connaît généralement pas la distance focale de l'objectif de prise de vue et la distance «correcte» peut être inconfortablement courte ou longue. Par conséquent, les critères basés sur la distance focale de l’objectif ont généralement cédé la place à des critères (tels que d / 1500) liés au format de l’appareil photo.

Cette valeur COC représente le diamètre maximal du point de flou, mesuré dans le plan de l'image, qui semble être net. Un point dont le diamètre est inférieur à cette valeur COC apparaîtra comme un point lumineux et par conséquent mis au point dans l'image. Les taches de plus grand diamètre apparaîtront floues à l'observateur.

• Non-symétrie de la DOF:

DOF n'est pas symétrique. Cela signifie que la zone de mise au point acceptable n'a pas la même distance linéaire avant et après le plan focal. Cela est dû au fait que la lumière provenant d'objets plus proches converge à une distance plus grande derrière le plan de l'image que la distance à laquelle la lumière provenant d'objets plus éloignés converge avant le plan de l'image.

À des distances relativement proches, le DDL est presque symétrique: environ la moitié de la zone de mise au point existe avant le plan de mise au point et la moitié apparaît après. Plus le plan focal est éloigné du plan image, plus le décalage de symétrie est grand, ce qui favorise la zone au-delà du plan focal. Finalement, la lentille se concentre au point infini et la profondeur de champ est à sa dissymétrie maximale, la grande majorité de la zone focalisée se situant au-delà du plan de la focalisation à l'infini. Cette distance est connue sous le nom de « distance hyperfocale » et nous amène à notre prochaine section.

La distance hyperfocale est définie comme la distance, lorsque l'objectif est mis au point à l'infini, où les objets de la moitié de cette distance à l'infini seront nets pour un objectif particulier. Alternativement, la distance hyperfocale peut faire référence à la distance la plus proche à laquelle une lentille peut être focalisée pour une ouverture donnée, tandis que les objets à une distance (à l'infini) resteront nets.

La distance hyperfocale est variable et dépend de l'ouverture, de la distance focale et du COC susmentionné. Plus l'ouverture de l'objectif est petite, plus la distance hyperfocale est proche de l'objectif. La distance hyperfocale est utilisée dans les calculs utilisés pour calculer la DOF.

• Calcul de la distance hyperfocale :

De Wikipedia:

Il y a quatre facteurs qui déterminent le DOF:

1. Cercle de confusion (COC)
2. Ouverture de l'objectif
3. Distance focale de l'objectif
4. Distance de mise au point (distance entre l'objectif et le sujet)

DOF = Far Point - Near Point

DOF indique simplement au photographe à quelles distances avant et après la distance de mise au point se produira un flou. Il ne spécifie pas le degré de flou ni la «qualité» de ces zones. La conception de l'objectif, la conception du diaphragme et votre arrière-plan définissent les caractéristiques du flou: intensité, texture et qualité.

Plus la distance focale de votre objectif est courte, plus le DDL est long.

Plus la distance focale de votre objectif est longue, plus la DOF est courte.

Si la taille du capteur n'apparaît nulle part dans ces formules, comment cela modifie-t-il le DDL?

Il existe plusieurs manières sournoises de mettre en forme la taille du format dans les calculs DOF:

Enlargement factor

Focal Length

Subject-to-camera / focal distance

C'est en raison du facteur de rognage et de la distance focale résultante, ainsi que de l'ouverture nécessaire à la capacité de captation de lumière du capteur, que l'impact sur vos calculs est maximal.

Un capteur de résolution supérieure et un objectif de meilleure qualité produiront un meilleur bokeh, mais même un capteur et une lentille de la taille d'un téléphone portable peuvent produire un bokeh raisonnablement acceptable.

L'utilisation du même objectif à distance focale sur un appareil photo APS-C et plein cadre à la même distance sujet à appareil photo produit deux cadrages d'image différents et entraîne une différence de distance et d' épaisseur DOF (profondeur du champ).

Changer d'objectif ou de changer de sujet en fonction du facteur de rognage lorsque vous passez d'un appareil photo APS-C à un appareil photo plein cadre afin de conserver un cadrage identique, le résultat obtenu est identique. Déplacer votre position pour conserver un cadrage identique favorise légèrement le capteur plein cadre (pour une plus grande densité de champ), c’est uniquement lorsque vous changez les objectifs pour qu’ils correspondent au facteur de cadrage et que le cadrage soit maintenu que le capteur le plus grand gagne un diamètre plus étroit (et pas beaucoup).

C'est l'avantage de l'ouverture qui fait du capteur plein cadre un choix meilleur et plus coûteux, à la fois pour l'appareil photo et les objectifs, et souvent pour les fonctions (le FPS n'est pas l'un d'entre eux, ni sa taille et son poids).

L'utilisation d'un capteur de taille moyenne au-dessus d'un capteur minuscule est un avantage supplémentaire pour le capteur plus grand mais le bokeh n'est probablement pas le meilleur cas d'utilisation pour justifier une différence de prix multipliée par 20 ×.

Le plus grand nombre de pixels par point de lumière produira certainement un bokeh plus lisse, mais il en irait de même avec un petit appareil photo à capteur. Vous pouvez facturer davantage la proportionnalité pour l’utilisation d’équipements plus coûteux si vous tirez profit de vos photos ou de vos vidéos. Sinon, un peu de jeu de pieds ou d’objectifs supplémentaires à moindre coût vous permettra d’économiser beaucoup d’argent par rapport à un système de grand format.

Liens bokeh-centriques, avec explications sur la profondeur de champ:

B & H a publié un article en trois parties sur le DOF: Profondeur de champ, Partie I: Notions fondamentales , Partie II: Les mathématiques et Partie III: Les mythes .

Section Wikipedia: Flou au premier plan et à l'arrière-plan .

Consultez cet article " Staging Foregrounds " de RJ Kern sur le flou au premier plan, qui comprend de nombreuses photos floues à l'arrière-plan et au premier plan.

Plus important encore, "bokeh" n'est pas simplement un "flou d'arrière-plan", mais tout est flou en dehors du DOF; même au premier plan . C'est que les petites lumières à distance sont plus faciles à juger de la qualité du bokeh.