Christophe Métairie est un professionnel de l’image dont la spécialité est la calibration des écrans, des appareils de prises de vues et des imprimantes. Son site est riche en informations pour les photographes passionnés et pour les professionnels. Christophe aime partager son expérience et les résultats des nombreux tests qu’il effectue. Ses articles sont précis, sans langue de bois ni discours marketing. Il complète par une expérience de terrain les tests que l’on peut lire dans la presse. Christophe vient de diffuser un article particulièrement intéressant sur la profondeur de champ avec les appareils numériques. Il nous a autorisé à le rediffuser sur le blog d’ArtFx.

 

Qu’y a-t-il donc de si important à propos de la profondeur de champ en numérique ?
Tous les photographes qui ont travaillé avec des pellicules sont habitués à utiliser la bague de profondeur de champ gravée sur les objectifs. Celle-ci leur permet de connaître de façon précise les limites de la zone de netteté de la photographie qu’ils vont prendre. Mais avec l’arrivée du numérique les choses ont changé. Les capteurs sont bien plus définis que les pellicules et le passage du net au flou est bien différent. Je l’avais constaté de façon intuitive sur mes photographies, Christophe nous l’explique ici en détail.

 

Profondeur de champ et capteurs numériques

 

     Introduction
     Les tests
     Conclusion 

Introduction

     Les utilisateurs de boîtiers numériques font le même constat : la profondeur de champ en numérique n’est pas la même qu’en argentique. Il est assez facile en effet de vérifier ce phénomène. La profondeur de champ en numérique semble moins importante qu’en argentique, d’autant que la netteté parfaite des images numériques et l’absence de grain accentuent la perception de cette différence. Pour ceux qui ont essayé d’utiliser des tables de profondeur de champ en numérique, il est clair que les tables calculées sur les critères du monde argentique sont fausses et ne permettent pas de prévoir la profondeur de champ réelle des images issues d’un capteur numérique.
     D’un point de vue purement théorique, la profondeur de champ n’existe pas : tout ce qui est en avant ou en arrière du plan de mise au point n’est pas net. Dans la pratique, nous voyons bien qu’il existe une plage de distance en avant et en arrière de la distance de mise au point qui paraît nette. Je dis bien qui « paraît » nette car cette notion de netteté est une notion subjective puisque la netteté décroît progressivement en avant et en arrière du plan de mise au point. Pour définir la profondeur de champ, il faut donc définir à partir de quel degré de netteté on va considérer qu’un détail est restitué net ou flou. On définit cette tolérance sous la notion de « cercle de confusion » qui est prise en compte dans les calculs.
     La formule ci-dessous nous donne le calcul de la profondeur de champ pour une distance de mise au point largement supérieure à la focale (cette formule n’est pas valable en macro). Ce calcul se passe en 3 temps : calcul de l’hyperfocale, puis calcul de la distance nette proche puis distance nette lointaine, enfin la profondeur de champ finale de la prise de vues qui est la différence entre la distance nette lointaine et la distance nette proche.
Nous voyons qu’il existe 2 types de variables dans ces formules :
– celles qui sont directement dépendantes des conditions de prises de vues : diaphragme, focale, distance de mise au point et
– la variable C qui n’est pas dépendante des conditions de prises de vues mais qui est le cercle de confusion et qui détermine arbitrairement la tolérance de netteté minimum admissible pour qu’un détail soit considéré comme parfaitement restitué.

 

 


Cercle de confusion (source : Wikipédia)

 

     Historiquement en argentique, la valeur du cercle de confusion était choisie en fonction du format du film utilisé (24x36mm, moyen format, plan-film), ou de la taille des tirages prévus (rapport d’agrandissement). En effet, un négatif agrandi 5 fois n’a pas besoin du même niveau de netteté qu’un négatif agrandi 20 fois. Plus le format de film était petit et plus la valeur du cercle de confusion devait donc être petite. En 24x36mm argentique, par exemple, la taille du cercle de confusion était définie à 0.030mm (30µm) chez les opticiens japonais mais, chez Leica, les tables de profondeur de champ étaient calculées avec une valeur plus restrictive (0.025mm soit 25µm). Notez bien que la variation de cette valeur ne change pas la profondeur de champ réelle sur les prises de vues mais permet de calculer des tables de profondeur de champ en rapport avec la réalité.
     De nos jours en numérique, le problème est différent&nbsp: la taille du capteur n’est plus en relation directe avec sa définition, il existe des capteurs APS-C de 24 millions de pixels et des capteurs 24×36 de 12 millions de pixels. Il n’est donc plus possible de définir une valeur du cercle de confusion basée simplement sur la taille du capteur. De plus, lors de la prise de vues, il est rarissime de pouvoir prédire dans quel format les images seront tirées.
     L’avantage en numérique, c’est que l’on connait généralement la taille des photosites qui composent le capteur et c’est sur cette base que j’ai essayé de déterminer une valeur concrète du cercle de confusion qui permettrait de calculer des tables de profondeur de champ en rapport avec la réalité.

 

Les tests

Les tests ont été réalisés avec deux boîtiers très différents :
– un moyen format numérique Pentax 645D (taille des photosites 6.6 µm) et
– un compact numérique ancien Canon S80 (taille des photosites 4.7µm).
Les différences extrêmes de focales et de capteurs entre ces systèmes de prise de vues permettront de valider les résultats : si les valeurs trouvées sur un capteur 33x44mm sont valables sur le capteur minuscule du S80, c’est que ces valeurs devront fonctionner avec une large palette de boîtiers.

 


une des mires utilisées pour ce test

 

Une première série de prises de vues a été réalisée sur une mire comportant des marches d’escalier de 5mm, la mise au point étant faite précisément sur un repère de la mire, nous avons mesuré la profondeur de champ réelle de la prise de vues en observant à 100% les images à l’écran. En déterminant ainsi la profondeur de champ réelle, il est facile de trouver la valeur C du cercle de confusion à partir des formules de calcul de la profondeur de champ.

 

 

     Il est intéressant de comparer la valeur de la taille d’un photosite avec la valeur du cercle de confusion résultant du calcul (appelé Facteur dans le tableau) :
– pour le Canon S80, nous avons des photosites de 4.7µm et une valeur de cercle de confusion calculée résultant de 6.9µm, pour la focale de 20.7mm et 7.01µm pour la focale 7mm, soit respectivement 1.46 fois et 1.49 fois la taille d’un photosite (facteur x1.46 et x1.49).
– pour le Pentax 645D, avec les deux optiques 75mm et 200mm nous trouvons des valeurs de cercle de confusion proches : 10µm et 9.5µm, comparés au 6.6µm de la taille d’un photosite, nous obtenons un facteur de x1.51 (75mm) ou x1.43 (200mm).
     D’après ces premiers tests en studio, nous pouvons en déduire une tendance : en numérique une valeur réaliste du cercle de confusion (puisque calculée à partir d’exemples concrets et variés) serait de multiplier par 1,5 la taille d’un photosite. Ceci dans le but d’obtenir par le calcul des tables de profondeur de champ fiables quelle que soit la taille ou la résolution des capteurs.
     Nous pouvons vérifier par ailleurs que l’utilisation d’anciennes tables « argentiques » basées sur un cercle de confusion de 30µm ou plus serait une erreur puisque dans tous les cas un capteur numérique moderne nécessite de prendre en compte un cercle de confusion 3 à 5 fois plus petit que celui utilisé en argentique 24×36. Dans le tableau ci-dessous, vous voyons clairement que la profondeur de champ en argentique est très largement supérieure à celle obtenue avec des boîtiers numériques, ceci dans des conditions de prises de vues identiques.

 


comparaison de la profondeur de champ en argentique et en numérique selon la taille du cercle de confusion (CdC) pris en compte pour les calculs

 

     Voyons maintenant si cette valeur pour le cercle de confusion est vérifiée sur des prises de vues en extérieur à des distances lointaines. Nous utiliserons l’excellent logiciel « Profondeur de champ v1.6 » signé Pierre Chauveau (téléchargeable ici) pour le calcul théorique de la profondeur de champ. Suite à la publication de cet article, l’auteur de ce logiciel a en effet intégré la possibilité de choisir une taille de photosite ainsi qu’un facteur multiplicateur, le cercle de confusion étant calculé en fonction de ces valeurs.
     Ces calculs ont été effectués avec une taille de photosite de 6.6µm et un facteur multiplicateur de 1,5. Le cercle de confusion résultant étant de 9.9µm (soit 1.5 fois la taille d’un photosite du Pentax 645D).

 


extrait 100% – Pentax 645D

 

     La prise de vue ci-dessus a été réalisée avec un Pentax 645D, au 200mm à f/11, avec la mise au point faite sur le bateau (distance 190 mètres) au premier plan dans un premier temps, et ensuite avec la mise au point sur le réverbère au milieu des arbres (distance 320 mètres). Les façades d’immeubles dans le lointain sont à 2080 mètres (relevé des distances effectué dans Google Earth).
– Mise au point 190 mètres : sans surprise, le bateau est parfaitement net puisque la mise au point y est effectuée. On note que le réverbère est bien net et que les façades d’immeubles dans le lointain sont floues. Voyons ce que donne le calcul de la profondeur de champ pour cette distance:

 


calcul de la profondeur de champ pour une mise au point à 190 mètres / Pentax 645D, 200mm, f/11, CdC 9.9µm

 

Le calcul donne une zone de netteté qui s’étend de 125 mètres à 394 mètres, ce qui confirme les résultats visuels : le lampadaire situé à 320 mètres est bien dans la zone de netteté alors que les immeubles dans le lointain situés à 2080 mètres sont en dehors de la zone de netteté.

 

– Mise au point 320 mètres : le réverbère et le bateau au premier plan sont bien nets. Nous notons que les façades d’immeubles sont parfaitement nettes, contrairement à la prise de vues avec la mise au point à 190 mètres.

 


calcul de la profondeur de champ pour une mise au point à 320 mètres / Pentax 645D, 200mm, f/11, CdC 9.9µm

 

Le calcul donne cette fois une zone de netteté qui s’étend de 171 mètres à 2495 mètres, ce qui confirme bien l’inspection visuelle : toute la scène photographiée est bien contenue dans la zone de netteté.

 

Conclusion

     Les tests que nous venons d’effectuer nous montrent clairement que le calcul de la profondeur de champ dans le monde numérique nécessite de prendre en compte une taille de cercle de confusion définie non plus en fonction du format du film mais en fonction de la taille des photosites du capteur du boîtier utilisé multiplié par un facteur de 1.5.
     Ce facteur de 1.5 peut être ajusté selon votre degré d’exigence, sachant que quelqu’un qui ne tire ses images qu’en petit format pourra augmenter ce facteur sans que cela ne soit dérangeant sur les tirages, mais qu’un photographe exigeant qui tire ses images en grand format pourra utiliser ce facteur de 1.5 afin de prédire la zone de netteté effective des prises de vues.

 


échelle de profondeur de champ sur une optique télémétrique

 

     Les échelles de profondeur de champ gravées sur le fût des objectifs sont à prendre avec des pincettes : elles sont souvent calculées avec une valeur de cercle de confusion non adaptée à une utilisation en numérique. Chez Leica par exemple, elles sont calculées avec une valeur de 25µm, tout à fait valable en argentique mais totalement hors sujet si vous montez vos optiques M sur un M8 ou un M9 ! Sur un M8 ou un M9, la taille des photosites est 7µm , mutipliée par 1.5 cela donne 10.5µm pour un cercle de confusion réaliste et pas 25µm ! L’échelle de profondeur de champ gravée sur les objectifs est donc largement surestimée si vous utilisez vos optiques sur des boîtiers numériques.
     Je vous invite à utiliser le logiciel « Profondeur de champ v1.6 » de Pierre Chauveau (téléchargeable ici) qui vous permettra de réaliser vos propres tests et également de réaliser vos propres tables de profondeur de champ pour votre matériel et selon vos spécifications.

 

Source : http://www.cmp-color.fr/pdc.html
Reproduit avec l’aimable autorisation de l’auteur : Christophe Métairie, Photographe // infos@cmp-color.fr
Date de publication : novembre 2011