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[tuto] Profondeur de champ en macro et en photo rapprochée

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[tuto] Profondeur de champ en macro et en photo rapprochée

Messagepar lolororo » 05 Avr 2009, 18:08


La profondeur de champ en macrophoto et en photo rapprochée


La profondeur de champ en protographie rapprochée et en macro est très courte, souvent même très très courte, diaboliquement courte.

Comme ce sujet suscite de nombreuses questions, essayons de donner les réponses claires à ces questions.

Contrairement à une idée reçue commune, la profondeur de champ ne dépend pas de la focale utilisée, mais de trois choses:
    - L'ouverture du diaphragme (le nombre dans F/2,8 ou F/5,6);
    - Le grandissement (le rapport entre la taille de l'image du sujet sur le capteur et sa taille réelle);
    - Le cercle de confusion, qui dépend de la taille individuelle des pixels, et qui est fixe pour un appareil donné.

Ce message se veut pratique. Il vise à donner une réponse claire à la question: quelle profondeur de champ ai-je en macro avec tel diaphragme? Aussi, pour ne rebuter personne, je mets les détails et les explications plus techniques à la fin de ce post et ne donne ici au début que les points les plus importants à comprendre et à retenir. Ces explications techniques pourront être délaissées par ceux qui n'aiment pas les maths. :wink:

Le point important à comprendre est le suivant: avec un appareil donné, si vous faites le même gros plan (même cadrage) sur la bestiole ou la petite fleur (par exemple la longueur de l'insecte prend les 3/4 de la longueur de l'image), la profondeur de champ ne dépend que de l'ouverture. Que vous obteniez ce cadrage avec une focale de 50 mm, de 100 mm ou de 200 mm, en vous éloignant ou en vous rapprochant du sujet, avec ou sans bonnette(s), avec ou sans tubes d'allonge, le profondeur de champ sera la même si vous avez la même ouverture.

Le grandissement (G) peut s'expliquer ainsi à l'aide d'exemples:
    G = 2x = 2:1 -> l'image sur le capteur est deux fois plus grosse que le sujet
    G = 1x = 1:1 -> l'image fait la même taille que le sujet
    G = 0,2x = 1:5 -> l'image est cinq fois plus petite que le sujet.
Le cercle de confusion est une propriété inhérente du capteur de l'appareil. Il faut retenir des valeurs comprises entre 0,02 (reflex déjà un peu anciens) et 0,01 (reflex plus récents). Pour un appareil photo argentique, on admet communément la valeur de 0,03 mm.

Les tableaux suivants donnent la valeur de la profondeur de champ selon le rapport de grandissement et l'ouverture, pour trois valeurs du cercle de confusion: 0,03 mm (argentique), 0,02 mm et 0,01 mm.

Profondeur de champ avec un appareil argentique (cercle de confusion = 0,03 mm):

Image

Ce tableau se lit comme suit: avec un grandissement de 1:1 ou 1x (colonne en jaune), une ouverture de F/2,8 me donnera 0,34 mm de profondeur de champ, alors qu'une ouverture de F/8 me donnera une profondeur de champ de 0,96 mm (presque 1 mm). Quand je dis très courte, ou très très courte, je n'exagère pas. :wink:

Avec un grandissement de 1:5 ou 0,2x (dernière colonne du tableau), une ouverture de F/11 donnera une prodfondeur de champ de 19,8 mm, soit presque 2 cm.

Profondeur de champ avec un cercle de confusion de 0,02 mm (reflex numériques un peu anciens):

Image


Profondeur de champ avec un cercle de confusion de 0,01 mm (reflex numériques les plus modernes):

Image



Dernier point important: en macro et en photo rapprochée, la zone de netteté se répartit de façon égale de part et d'autre du plan de mise au point. Ainsi, si l'un des tableaux ci-dessus vous donne une profondeur de champ de 2 mm, vous pouvez considérer que la zone de netteté s'étend d'1 mm en-deçà du point de mise au point à 1 mm au-delà du point de mise au point. Oubliez une fois pour toutes la "règle" du "2/3 derrière, 1/3 devant": elle est fausse dans la plupart des cas en photo courante et elle est complètement et toujours fausse en photo rapprochée, où l'on a "la moitié devant, la moitié derrière".

Les explications plus techniques

J'ai dit que la profondeur de champ dépend de l'ouverture, du grandissement et du cercle de confusion. Examinons chacun de ces termes.

L'ouverture est le plus simple, c'est la valeur communément notée F/n (par exemple, f/2,8 ou f/5,6). Plus le chiffre est petit, et plus l'ouverture est grande, et plus la profondeur de champ est petite.
Retenez:
    F/2,8 = grande ouverture = petite profondeur de champ
    F/11 = petite ouverture = grande profondeur de champ.

Le grandissement G est, on l'a dit, le rapport entre la taille de l'image du sujet sur le capteur et sa taille réelle.

Remarque: on parle souvent de grossissement. Sans vouloir pinailler ni entrer dans les détails, le terme grossissement ne concerne que les images virtuelles et est impropre dans notre cas. Nous devons bien parler de grandissement.

Le grandissement G est une valeur précise qui peut servir à faire des calculs. Plusieurs formules permettent de calculer G :

    G = dimension de l’image sur le capteur / dimension du sujet
    G = distance entre objectif et capteur / distance entre objectif et sujet
    G = focale / (distance de mise au point - focale)

La seule qui nous intéresse vraiment ici est la première.

Imaginons un insecte faisant 1 cm de longueur et faisant, sur une pellicule argentique ou sur un capteur plein format (24x36) une longueur de 30 mm.

L'image sur le capteur ou la pellicule est de 30 mm, elle est donc 3 fois plus grande que la taille du sujet réel. On parlera d'un grandissement de 3x ou, le plus souvent, de 3:1

Imaginons maintenant un insecte faisant 1 cm de longueur et faisant, sur une pellicule ou un capteur quelconque, 1 mm de longueur. L'image sur le capteur est 10 fois plus petite que la taille réelle. Le grandissement sera de 0,1x ou 1:10.

A noter que l’on commence normalement à parler de macro quand l'image du sujet est plus grande sur le sujet lui-même, donc à partir de G = 1x (ou G = 1:1), ou plus. G = 2x (2:1), c'est bien de la macro, puisque l'image est deux fois plus grande que la réalité.

Mais à G = 0,5x (1:2), l'image est 2 fois plus petite que le sujet, ce n'est théoriquement plus de la macro, même si, par abus de langage, il est souvent admis de parler encore de macro.

Mais les zooms dits "macro" permettant au mieux un grandissement de 1:3 (0,33x) ou 1:4 (0,25x) ou même moins ne sont "macro" que par gros abus de langage des services marketing. Ils permettent de la vue rapprochée, du gros plan, de la proxiphotographie (appelez cela comme vous voulez), mais ce n'est plus de la vraie macro.

Le cercle de confusion et la taille des photosites

La taille des photosites est constante pour un appareil donné, donc vous n'avez à vous en préoccuper que si vous cherchez à comparer différents appareils entre eux.

De plus, elle n'est déterminante que quand les différences sont importantes (par exemple différence entre un compact et un reflex). Pour deux reflex, il est généralement suffisant d'utiliser des valeurs égales.

Ce qui nous intéresse ici est la taille du plus petit détail discernable sur le support.

En argentique, on considère qu'il est de 0,03 mm (ou 3 microns): compte tenu de la taille des grains d'argent, on ne peut discerner un détail plus petit que 0,03 mm, c'est ce que l'on appelle le cercle de confusion, noté e.

En numérique, on peut considérer qu'il faut deux pixels adjacents pour distinguer un détail. La taille du cercle de confusion e est donc, dans ce cas, de deux fois la taille d'un pixel.

Pour un capteur de reflex APS-C, le cercle de confusion à retenir sera compris entre 0,01 et 0,02 mm.

Si vous voulez être précis, vous pouvez le calculer comme suit: diviser la plus grande longueur du capteur par le nombre de pixels sur la longueur vous donne la taille du pixel. Le cercle de confusion e sera le double de cette taille.

Exemple de calcul pour mon Canon 40D: Les photos font 3842 pixels x 2620 pixels. Le capteur APS-C Canon mesure approximativement 23,7 mm x 15,6 mm. Le pas du pisel est donc: 23,7 / 3842 = 0,00617 mm. En prenant les valeurs sur la largeur, j'ai: 15,6 / 2620 = 0,00595. Retenons un pas du pixel de 0,006 mm (6 microns). La taille de mon cercle de confusion théorique sera: e = 0,006 x 2 = 0,012 mm.

Notons que certains auteurs critiquent cette façon de calculer, et peu importe: ça donne une bonne idée, et la notion de net et de flou est de toute façon subjective. Retenons que l'utilisation cercle de confusion compris entre 0,01 et 0,02 mm donne de bonnes valeurs pour un reflex numérique.

EDIT (24/05/2010): je considère que ce que j'ai dit ci-dessus sur la façon de calculer le diamètre du cercle de confusion n'est pas la meilleure façon de faire. C'était une façon satisfaisante de calculer quand les capteurs avaient 4 ou 6 MPix, mais il n'est plus correct de tenir compte de la taille du photosite avec des capteurs à 10, 15 ou 18 MPix. Voir le post complémentaire sur le sujet ci-dessous.

La formule magique

Voici maintenant la formule de la profondeur de champ en macro :

profondeur de champ = 2 * e * n *(G+1)/G²
    avec: e est le cercle de confusion (e = 0,03 mm en argentique, e compris entre 0,01 et 0,02 mm sur un reflex numérique
    n = l'ouverture
    G = le grandissement.
    (Dans cette formule, le signe "*" signifie la multiplication.)

Par exemple : si G = 0.2x, e = 0,03 mm et n = f/11, cela nous donne : G=2*0.03*11*(1+0.2)/0.2^2=19.8 mm soit moins de deux centimètres (ce qui correspond bien à ce que l'on trouve dans le tableau pour e=0,03).

A noter que le 2 au début de la formule ci-dessus reflète le fait que la zone de netteté se répartit "la moitié devant, la moitié derrière" du point de mise au point.
Modifié en dernier par lolororo le 05 Nov 2010, 18:44, modifié 4 fois.
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Messagepar seba » 05 Avr 2009, 23:38


Petit complément d'information : pour les objectifs dont le grandissement pupillaire ( = rapport diamètre pupille de sortie/diamètre pupille d'entrée) est différent de 1, et cela concerne beaucoup d'objectifs, la formule de calcul de la profondeur de champ doit être modifiée, si l'on procède par augmentation de tirage.

Pour une même ouverture, la profondeur de champ sera plus faible avec un objectif dont le grandissement pupillaire est supérieur à 1 (retrofocus par exemple) et plus importante avec un objectif dont le grandissement pupillaire est inférieur à 1 (téléobjectif par exemple).

La formule complète est profondeur de champ = 2ne(1+G/P)/G²

Ceci parce que selon le grandissement pupillaire, la diminution de l'ouverture relative n'est pas la même en fonction du tirage.
Ceci concerne le calcul de la profondeur de champ en macro et influe aussi sur la diminution de luminosité de l'image quand on augmente le tirage.
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Messagepar lolororo » 06 Avr 2009, 15:28


Tu as raison de préciser, Seba, mais ça change assez peu les résultats dans la pratique, c'est pour cela qu'on se contente en général de la formule approchée.

Le choix du diamètre du cercle de confusion retenu a beaucoup plus d'impact sur les valeurs calculées et il est un peu arbitraire tant, comme je l'ai dit, la notion de netteté est en définitive assez subjective.

L'important était surtout de montrer combien la profondeur de champ est vraiment petite en macro et de montrer comment elle change en fonction du grandissement et de l'ouverture.

Les valeurs de profondeur de champ données sont donc surtout indicatives, le plus important étant l'ordre de grandeur des valeurs et le rapport entre les différentes valeurs en fonction du grandissement et de l'ouverture.
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Messagepar le mome » 24 Mai 2010, 00:16


:m Lolo pour ces explications intéressantes.
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Messagepar lolororo » 24 Mai 2010, 10:25


Je corrige ici ce que j'ai écrit plus haut sur le calcul du diamètre du cercle de confusion (je reprends pour l'essentiel ce que j'ai écrit dans un autre post, mais je tiens à ne pas induire en erreur ceux qui ne liraient que ce post ci et pas l'autre).

Calculer la cercle de confusion en fonction de la talle des photosites avait un sens quand on était à 6 mégapixels, parce que c'était le facteur limitant. Mais ça n’a plus vraiment de sens avec des capteurs à 10 ou 15 mégapixels.

Il faut revenir à l’origine du cercle de confusion: le pouvoir séparateur de l’œil, qui est de l’ordre d’une minute de degré (0,016 degré) dans de bonnes conditions d’observation, ce qui correspond à 0,1 mm vu depuis une distance de 25 cm (distance minimale d’observation nette pour un œil jeune ayant une vision normale). Comme on cherche dans ces expériences sur le pouvoir séparateur de l’oeil à discerner par exemple deux traits noirs séparés par un trait blanc, il faut prendre le double de cette distance pour le calcul du cercle de confusion, soit 0,2 mm.

Si c’est un tirage 30x20 que l’on regarde à cette distance, l’image a été agrandie à peu près 12,5 fois (par rapport à la taille du capteur). Donc le détail le plus petit discernable à l'œil (0,2 mm) a lui aussi été agrandi 12,5 fois, et sa taille sur le capteur est 0,2 mm / 12,5 = 0,016 mm. C’est la valeur minimale du diamètre du cercle de confusion qui a un sens.

Tant que les photosites étaient plus grands que 0,016, ça avait un sens de prendre leur taille en ligne de compte (car c'était eux qui limitaient la taille du plus petit détail discernable); quand ils sont plus petits, cela ne nous intéresse plus: peu importe que le détail le plus petit que je puisse discerner soit composé d’un ou de plusieurs pixels, ce n’est pas la taille du pixel, mais le pouvoir séparateur de l'œil qui fixe la limite.

Cela dit, un tirage 30x20 ne s’observe normalement pas à une distance de 25 cm, mais un peu plus (sauf quand on observe vraiment un détail), sinon on ne la voit pas en entier. Retenir un cercle de confusion de 0,016 ou oins n’a de sens que pour l’observation d’un détail, il faut prendre un peu plus pour l’observation d’une photo entière.

C’est pourquoi les auteurs admettent plutôt un cercle de confusion de l’ordre de 0,018 mm pour le calcul de la profondeur de champ avec un capteur APS-C, et de 0,03 mm avec un capteur plein format (ou un film 24x36), indépendamment de la taille des pixels individuels.

Conclusion pratique par l’exemple: le capteur 18 MPix du 7D fait 5184 x 3456, donc le pas du pixel est de 22,3 / 5184 = 0,0043 mm. En conclure qu’il faut donc retenir un cercle de confusion de 2 x 0,0043 mm de diamètre, soit 0,0086 mm ou 8,6 micromètres, cela n’a plus vraiment de sens. Le pouvoir séparateur de l'œil prime sur la taille du pixel dans la sensation de netteté. Et l’on peut se contenter d’une valeur de 20, 18 ou 15 microns pour le diamètre du cercle de confusion, selon le niveau d’exigence que l’on a en terme de netteté (dans la mesure ou la netteté est une notion éminemment subjective).

Il y a une discussion intéressante dans wikipedia:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Cercle_de_confusion

Cela dit, il y a beaucoup de désaccords sur le sujet et certains contestent ce mode de calcul.

Dans mon premier post ci-dessus, le tableau avec un cercle de confusion de 0,01 micromètre est en définitive inutile.
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Messagepar le mome » 24 Mai 2010, 21:05


:m Lolo pour ce rajout instructif.
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Messagepar poussi » 22 Sep 2010, 21:46


assez pointu pour moi, mais trés instructif et précis. :m
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Messagepar Macro-Maniac » 05 Nov 2010, 18:33


Très intéressant ce tuto!

Je relève un passage où il me semble qu'une faute de frappe s'est glissée:

"Imaginons un insecte faisant 1 mm de longueur et faisant, sur une pellicule argentique ou sur un capteur plein format (24x36) une longueur de 30 mm.

L’image sur le capteur ou la pellicule est de 3mm, elle est donc 3 fois plus grande que la taille du sujet réel. On parlera d’un grandissement de 3x ou, le plus souvent, de 3:1 "

Si l'insecte mesure 1mm en réel et qu'il mesure 30mm sur le capteur ou sur la pellicule,on doit logiquement être à G=30/1 plutôt qu'à 3/1.

Encore merci pour ce tuto et surtout pour ces tables,c'est un outil de travail utile.
Modifié en dernier par Macro-Maniac le 09 Nov 2010, 07:39, modifié 1 fois.
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Messagepar lolororo » 05 Nov 2010, 18:43


Tu as raison, faute de frappe: mon insecte mesurait un cm de long, et non 1 mm, tout comme dans l'autre exemple donné 4 ou 5 lignes plus bas.

J'ai corrigé dans le post initial.
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Messagepar papytos » 05 Nov 2010, 19:10


Très intéressant, Maiqs où trouve-t-on la définition du cercle de confusion pouyr un APN donné (ex 400D, 7D, ...) ???
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Messagepar lolororo » 08 Nov 2010, 20:07


papytos a écrit:Très intéressant, Maiqs où trouve-t-on la définition du cercle de confusion pouyr un APN donné (ex 400D, 7D, ...) ???


Pour un apprel à capteur APS-C comme ceux que tu cites, 18 micromètres est une bonne valeur.
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Messagepar Cirerun » 25 Déc 2010, 16:14


Whaouuu !
Merci pour ces explications :m
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Messagepar Asus47 » 17 Juin 2011, 10:37


Que de choses à savoir. C'est très intéressant.

Par contre j'aurais une question.
Il est dit que la profondeur de champ ne varie pas quelle que soit la focale et en adapatant la distance avec une même ouverture.
Si je comprends bien c'est parce qu'on ne fait pas varier le grandissement, puisque que c'est la seule variable qui reste.

Mais pour un même cercle de confusion (un même boitier pour faire plus concis) et une même ouverture, est-ce que nous obtiendrons la même profondeur de champ (donc le même grandissement en somme) avec un 18-55 qu'avec un 18-200 pour une focale équivalente (18mm par ex)?
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Messagepar lolororo » 17 Juin 2011, 13:32


Asus47 a écrit:Mais pour un même cercle de confusion (un même boitier pour faire plus concis) et une même ouverture, est-ce que nous obtiendrons la même profondeur de champ (donc le même grandissement en somme) avec un 18-55 qu’avec un 18-200 pour une focale équivalente (18mm par ex)?


Oui, absolument. Mais attention, quand je dis que le profondeur de champ ne dépend pas de la focale à cadrage (ou grandissement) égal, je parle ici de macro et de proxi-photo, on peut étendre la règle à certains autres domaines photographiques (portrait, par exemple), mais pas à tous. En particulier ce sera généralement faux en paysage.
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Messagepar Asus47 » 17 Juin 2011, 13:53


Ok, merci :wink:
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