Sphère, angle de champ et anamorphose

[seba]

Une question vachement utile : on sait qu'une sphère est anamorphosée avec un grand angle, vers les bords de l'image.
Est-ce aussi le cas pour le soleil ou la lune ?

[Verso92]

Je dirais intuitivement que l'anamorphose surgit quand le gradient de distance de l'objet photographié est significatif par rapport à la distance de PdV... j'ai bon ?

[seba]

Pour le soleil, j'obtiens ça.
A gauche au centre de l'image, à droite dans un angle (Nikon D700, objectif 20mm).
C'est assez surprenant.

[tkosak]

ça fait bizarre, certes, mais sans chercher d'explication scientifique, ça ne m'étonne pas : les GA sont connus pour déformer les lignes droites surtout vers les bords et donc les angles. Donc pas étonnant que ça influe aussi sur les lignes courbes.
On peut noter que la déformation n'est pas la même selon les couleurs : on voit bien bleu, "blanc" et rouge.

[seba]

ça fait bizarre, certes, mais sans chercher d'explication scientifique, ça ne m'étonne pas : les GA sont connus pour déformer les lignes droites surtout vers les bords et donc les angles. Donc pas étonnant que ça influe aussi sur les lignes courbes.
On peut noter que la déformation n'est pas la même selon les couleurs : on voit bien bleu, "blanc" et rouge.

Non les déformations des lignes droites en bord de champ sont dues à la distorsion, un défaut d'un objectif particulier, dont mon 20mm n'est certes pas exempt.
L'anamorphose (qui existe même en absence totale de distorsion) est due à la perspective, c'est le résultat d'un angle de champ important avec une projection plane. On la retrouve sur un dessin qui suit strictement les règles de la perspective.
Les couleurs ont une autre cause, elles sont dues à l'aberration chromatique latérale.

[seba]

Voilà les effets d'une distorsion sur un quadrillage et des cercles (ce n'est pas le même objectif mais pour les deux la distorsion a la même forme). Il y a un cercle au centre et dans chaque angle.
Avec un grand angle sans distorsion (ça existe mais ils sont rares), la géométrie d'un sujet plan serait reproduite sans aucune déformation. Ceci quelle que soit la distance focale.

[seba]

Comparaison du cercle central et du cercle en haut à droite (le soleil était dans cette position aussi).
Le cercle dans l'angle est légèrement déformé par la distorsion, déformation opposée à celle qui résulterait de l'anamorphose sur une sphère.

[Miaz3]

Bonjour,

C'est normal, c'est une distorsion (aberration géométrique) lié aussi à une aberration chromatique.
Sur une focale courte les lignes sont incurvées vers l'extérieur (barillet), sur une focale longue à l'inverse les lignes sont incurvées vers l'intérieur (coussinet).

[seba]

C'est normal, c'est une distorsion (aberration géométrique) lié aussi à une aberration chromatique.
Sur une focale courte les lignes sont incurvées vers l'extérieur (barillet), sur une focale longue à l'inverse les lignes sont incurvées vers l'intérieur (coussinet).

La distorsion est une aberration, ce n'est pas automatique. L'objectif peut en être corrigé.
Un grand angle n'est pas nécessairement affligé d'une distorsion en barillet et un téléobjectif en coussinet.
Certains grands angles particulièrement bien corrigés en sont exempts.

[Miaz3]

La distorsion est une aberration, ce n'est pas automatique. L'objectif peut en être corrigé.

Les lentilles sont physiquement présentent, donc forcement c'est automatique. La correction, elle, intervient en second plan. Avec ou non la disponibilité d'une Màj constante des correction embarquées dans les logiciels de post-prod.

Un grand angle n'est pas nécessairement affligé d'une distorsion en barillet et un téléobjectif en coussinet.

Non c'est sur, cependant c'est plus ou moins marqué.

Certains grands angles particulièrement bien corrigés en sont exempts.

Ça coute cher les objectifs à bascule et à décentrement.

[seba]

Les lentilles sont physiquement présentent, donc forcement c'est automatique. La correction, elle, intervient en second plan. Avec ou non la disponibilité d'une Màj constante des correction embarquées dans les logiciels de post-prod.
Non c'est sur, cependant c'est plus ou moins marqué.
Ça coute cher les objectifs à bascule et à décentrement.

La distorsion n'est pas automatique du tout, c'est une aberration qui peut se corriger par la conception de l'objectif.
Les logiciels peuvent la corriger depuis que la photo numérique existe.
Les objectifs pour la reproduction, les "macros", par exemple, ont une distorsion très faible, voire indétectable.
Certains grands angles (notamment ceux prévus pour la photo aérienne), ont une distorsion également négligeable (Hypergon, Topogon, Aviogon, Hologon...).
Voir par exemple ci-dessous la distorsion de l'Hologon (un 16mm), quasiment nulle.
Certains zooms grand angle qui passent du barillet au coussinet en zoomant doivent aussi être bons sur ce plan là, à une distance focale particulière.

Note : les objectifs à bascule et décentrement n'ont pas une correction de la distorsion spécialement poussée, à peine mieux que la majorité des rétrofocus.

[Miaz3]

Et bien si vous maitrisez le sujet pourquoi poser une telle question ?

[seba]

Comme Verso92, je ne m'attendais pas à trouver cette anamorphose. Et je trouve ça assez curieux.
Deux hypothèses : soit c'est vraiment la perspective, soit c'est l'aberration chromatique latérale mais celle-ci me paraît trop faible pour allonger l'image comme ça.
Je ferai un dessin avec un logiciel (j'espère qu'il est assez précis compte tenu des distances à représenter) pour voir si je peux reproduire cet effet, si c'est vraiment la perspective ce sera pareil.

[gerarto]

Comparaison du cercle central et du cercle en haut à droite (le soleil était dans cette position aussi).
Le cercle dans l'angle est légèrement déformé par la distorsion, déformation opposée à celle qui résulterait de l'anamorphose sur une sphère.

Tu es sûr de pouvoir généraliser la sphère à un cercle ?

Vu d'un point (de vue...  ) donné, une sphère est vue comme un cercle, certes et c'est toujours vrai...
Sauf que le cercle décrit par la section d'un plan perpendiculaire n'est un cercle que sur l'axe de visée.

Si tu places une sphère au centre de l'axe de visée sur un plan perpendiculaire à l'axe de visée situé à une distance D, et une autre sphère dans un angle du champ couvert sur le même plan, la section de ces deux sphères par le plan donne bien deux sphères : ton schéma est donc exact... en première analyse.

La sphère que tu vois dans l'angle, tu la vois bien comme un cercle, mais ce cercle n'est pas dans le plan situé à D. Ce cercle est défini par un cône dont le sommet est le point de vue et la base le cercle perpendiculaire à la ligne qui va du point de visée au centre de la sphère.
La section de ce cône par le plan D donne bien une quasi ellipse qui me semble-t-il doit bien correspondre à ce que donne ta photo de tête de fil.

Dommage, je n'ai plus accès à AutoCad, j'aurais fais une simulation 3D, mais je suis sûr de ce que j'avance.

Après, relier ce constat aux lois de l'optique, ça sort de mes compétences, mais intuitivement ça marche et ça explique(rait) l'anamorphose qui augmente avec la diminution de la longueur focale.

[seba]

Tu es sûr de pouvoir généraliser la sphère à un cercle ?

Je ne généralise pas la sphère à un cercle, je montrais les effets de la distorsion de mon objectif sur un cercle, qui dans ce cas donne une déformation opposée à l'anamorphose sur une sphère.

Après, relier ce constat aux lois de l'optique, ça sort de mes compétences, mais intuitivement ça marche et ça explique(rait) l'anamorphose qui augmente avec la diminution de la longueur focale.

Il s'agit d'une construction géométrique qui suit les lois de l'optique géométrique, donc aucun problème de ce côté là.

[seba]

Je ferai un dessin avec un logiciel (j'espère qu'il est assez précis compte tenu des distances à représenter) pour voir si je peux reproduire cet effet, si c'est vraiment la perspective ce sera pareil.

Le dessin étant celui-ci mais avec le soleil au lieu de la boule.

[seba]

La sphère que tu vois dans l'angle, tu la vois bien comme un cercle, mais ce cercle n'est pas dans le plan situé à D. Ce cercle est défini par un cône dont le sommet est le point de vue et la base le cercle perpendiculaire à la ligne qui va du point de visée au centre de la sphère.
La section de ce cône par le plan D donne bien une quasi ellipse qui me semble-t-il doit bien correspondre à ce que donne ta photo de tête de fil.

A priori ce raisonnement me semble correct, quelles que soient les dimensions et la distance de la boule, le capteur recueillera une section oblique d'un cône et donc l'image sera une ellipse.

[Miaz3]

La distorsion n'est pas automatique du tout, c'est une aberration qui peut se corriger par la conception de l'objectif.

On c'est compris, mais quand vous acheter un obj vous n'allez pas retourner chez Canon pour dire "hep ep ep, il y a de la distorsion dans mon objectif, il serais possible de me refaire ça bien ?" bien sur que non. Donc comme dans 100% des cas, l'objectif est déjà présent avec une distorsion (+/-) négligeable suivant le type d'objectif - A moins d'avoir une veille camera à tube et le corriger mécaniquement... -

Deux hypothèses : soit c'est vraiment la perspective, soit c'est l'aberration chromatique latérale mais celle-ci me paraît trop faible pour allonger l'image comme ça.

L'abbr chromatique s'accentue sur de longue focale, et en est réduit par une faible ouverture du diaf.

En tout cas, c'est de paire. Si il y a distorsion il y a forcement une abbr chromatique. Ensuite ce qui peux jouer aussi c'est le fait qu'il y ai un manque de piquer et se traduise par franges colorées.

[seba]

On c'est compris, mais quand vous acheter un obj vous n'allez pas retourner chez Canon pour dire "hep ep ep, il y a de la distorsion dans mon objectif, il serais possible de me refaire ça bien ?" bien sur que non. Donc comme dans 100% des cas, l'objectif est déjà présent avec une distorsion (+/-) négligeable suivant le type d'objectif - A moins d'avoir une veille camera à tube et le corriger mécaniquement... -

Non mais on peut sélectionner un objectif en connaissant sa distorsion, ce qui peut guider son choix.
Dans certaines applications, la distorsion est tout à fait rédhibitoire et les fabricants savent faire des objectifs dépourvus de distorsion.

L'abbr chromatique s'accentue sur de longue focale, et en est réduit par une faible ouverture du diaf.

L'aberration chromatique prend plusieurs formes : aberration chromatique longitudinale, transversale (liée à la précédente) et latérale. L'aberration chromatique latérale (celle qu'on voit sur ma photo) est indépendante de l'ouverture.

En tout cas, c'est de paire. Si il y a distorsion il y a forcement une abbr chromatique. Ensuite ce qui peux jouer aussi c'est le fait qu'il y ai un manque de piquer et se traduise par franges colorées.

Absolument pas. Distorsion et aberration chromatique n'ont aucun rapport. La distorsion est une aberration géométrique, l'aberration est une aberration physique, leurs causes sont tout à fait différentes.

[seba]

Absolument pas. Distorsion et aberration chromatique n'ont aucun rapport. La distorsion est une aberration géométrique, l'aberration est une aberration physique, leurs causes sont tout à fait différentes.

La distorsion est une aberration géométrique, l'aberration chromatique est une aberration physique, leurs causes sont tout à fait différentes.

[Miaz3]

Absolument pas. Distorsion et aberration chromatique n'ont aucun rapport. La distorsion est une aberration géométrique, l'aberration est une aberration physique, leurs causes sont tout à fait différentes.

Et pourtant elle sont liées au système optique.

[gerarto]

Le dessin étant celui-ci mais avec le soleil au lieu de la boule.

C'est exactement ce que je voulais faire en 3D, mais ça suffit pour la compréhension.

On est bien sur la même explication.

[seba]

Et pourtant elle sont liées au système optique.

Un fabricant d'objectif cherche à corriger toutes les aberrations (à savoir aberrations géométriques qui sont aberration de sphéricité, coma, astigmatisme, courbure de champ, distorsion, et aberrations physiques ou chromatiques qui sont chromatisme longitudinal (et transversal) et chromatisme latéral).
Déjà, dans un système catoptrique (miroirs uniquement), les aberrations chromatiques ne peuvent pas exister mais les aberrations géométriques (dont la distorsion), oui.
Ensuite parmi les aberrations listées, il est impossible de les corriger toutes simultanément, elles sont toutes réduites dans une certaine mesure, certaines plus que d'autres. En particulier le fabricant peut décider de laisser la distorsion un peu de côté et de bien corriger l'aberration chromatique, c'est d'ailleurs souvent le cas pour les grands angulaires, qui parfois ont une distorsion très importante et une aberration chromatique très faible.

[Miaz3]

C'est très intéressant alors je continue,
La plupart des objectifs sont dioptriques et on remarque souvent cette abbr chromatique bord cadre avec la distorsion ?

[seba]

Je ne comprends pas trop ta remarque, mais pour ce qui est de la distorsion et de l'aberration chromatique latérale, s'il y en a, les deux augmentent quand on s'éloigne du centre de l'image.
Mais il y a des objectifs avec beaucoup de distorsion et peu d'aberration chromatique latérale, et inversement. Parfois les deux.
Si on regarde certains zooms (Nikkor 14-24/2,8 par exemple), on peut constater que la distorsion varie de beaucoup à presque rien en zoomant alors que l'aberration chromatique latérale reste à peu près la même.

[Verso92]

Pas bien compris non plus : j'ai eu des objectifs avec peu de distorsion et une aberration chromatique très importante, comme l'inverse...

[seba]

Et on trouve un peu de tout.
Pour le zoom Nikkor 16-35/4, la distorsion passe de barillet en coussinet (oui en coussinet pour un grand angle), l'aberration chromatique latérale ne fait que diminuer.
Pour le 18-35/3,5-4,5 , la distorsion, en barillet, et l'aberration chromatique latérale diminuent en même temps quand on zoome.
Pour le 28-300/3,5-5,6 , la distorsion passe de fort barillet à faible coussinet, l'aberration chromatique latérale augmente quand la distorsion diminue (puis diminue ensuite).
Pour le 80-400/4,5-5,6 , la distorsion (jamais trop importante) passe de barillet à coussinet mais l'aberration chromatique latérale est toujours assez importante. En particulier elle ne s'annule pas quand la distorsion est nulle, vers 140mm.

Chaque objectif est un cas particulier et il n'y a pas de "principe" qui lie distorsion et aberration chromatique latérale.
A noter aussi : un objectif mal corrigé de l'aberration chromatique ne montrera pas forcément d'aberration chromatique latérale (mais longitudinale et transversale, si).

[seba]

Une série de schémas qui explique tout ça.
Ici le soleil est représenté par une petite sphère proche, en fait ce qui compte c'est la taille angulaire du soleil. En effet, en s'éloignant, la sphère grossit et les rayons tangents à la sphère sont toujours les mêmes.
Dans l'axe, l'image est un cercle (le faisceau conique est coupé perpendiculaire par le capteur), au bord du champ l'image est une ellipse (le faisceau conique est coupé obliquement par le capteur).
Le petit axe de l'ellipse est égal au diamètre du cercle, car la distance du centre de perspective à la sphère en bord de champ est plus grande qu'à la sphère dans l'axe, mais les distances au capteur sont dans les mêmes proportions.

[seba]

En réalité le soleil est toujours à la même distance du centre de perspective, comme sur ce schéma. Du coup le petit axe de l'ellipse est plus grand que le diamètre du cercle.

[seba]

En fait on aurait exactement la même image avec le soleil dans l'axe de l'objectif et en inclinant et éloignant le capteur (en supposant que la profondeur de foyer soit suffisante).
Ce n'est en fait pas trop une question d'angle de champ mais plutôt de projection.

[seba]

Ce qui se passerait avec un capteur cylindrique centré sur le centre de perspective : les deux images sont des cercles de même taille. Là aussi on a juste changé la projection.

[seba]

Et finalement une superposition des mes images du soleil avec le cercle et l'ellipse issus du deuxième cas : la correspondance est quasiment parfaite.

[Miaz3]

Effectivement en me relisant j'ai eu du mal...bref, c'était ce type de réponse que j'attendais.

Chaque objectif est un cas particulier et il n'y a pas de "principe" qui lie distorsion et aberration chromatique latérale.

merci,

Au final, si on reprend votre exercice plus haut mais ce coup si avec une feuille (cadriée) courbée au bonnes résolutions, on devrais retomber sur nos pattes ?

[seba]

Au final, si on reprend votre exercice plus haut mais ce coup si avec une feuille (cadriée) courbée au bonnes résolutions, on devrais retomber sur nos pattes ?

Une feuille courbée aux bonnes résolutions ? C'est-à-dire ?

[Miaz3]

En gros voici à quoi ça ressemblerai : (votre exemple soleil2.jpeg)

[Miaz3]

Oui quoi de plus logique en fait,

[seba]

En gros voici à quoi ça ressemblerai : (votre exemple soleil2.jpeg)

Je n'y comprends rien.
La feuille quadrillée c'est le sujet ou le capteur ?

[Miaz3]

J'ai repris exactement votre schéma (soleil2.jpeg) et mis ça en 3D.
A gauche on voit bien le sujet (la feuille cadriée) incurvée + la camera. A droite le résultat de la prise de vue.

[seba]

J'ai repris exactement votre schéma (soleil2.jpeg) et mis ça en 3D.
A gauche on voit bien le sujet (la feuille cadriée) incurvée + la camera. A droite le résultat de la prise de vue.

Sur mon dessin le centre de courbure de la "feuille" correspond au centre de perspective (c'est-à-dire l'objectif).
Au lieu d'une surface cylindrique il faudrait une surface sphérique.
Le fait d'assimiler le soleil à un cercle au lieu d'une sphère OK car il est suffisament petit pour que les rayons tangents à la sphère soient assimilables à des rayons passant par le diamètre.
Sinon je trouve que le quadrillage donne une bonne vision de la projection.

[Miaz3]

Oui bien sur, la feuille est un poil trop incurvée...ceci dit ce n'est qu'une représentation graphique. Je voulais surtout mettre en application ce que vous expliquiez plus haut.

[seba]

C'est quoi comme logiciel ?

[Miaz3]

C'est un logiciel de vfx (effet visuel, animations graphique), la version gratuite suffit amplement pour ce genre de test - Fusion de Blackmagic

[Miaz3]

Avec les mêmes caractéristiques, il manque une map de distorsion de l'objectif (vecteur) en question pour s'y approcher au mieux.

[seba]

Avec les mêmes caractéristiques, il manque une map de distorsion de l'objectif (vecteur) en question pour s'y approcher au mieux.

De distorsion de l'objectif ? Non je ne crois pas.
J'avais utilisé un 20mm donc l'angle entre l'axe de prise de vue et le soleil était d'environ 45°, soit plus que sur ton image je pense.

[seba]

C'est un logiciel de vfx (effet visuel, animations graphique), la version gratuite suffit amplement pour ce genre de test - Fusion de Blackmagic

Merci.

[Miaz3]

De distorsion de l'objectif ? Non je ne crois pas. J'avais utilisé un 20mm donc l'angle entre l'axe de prise de vue et le soleil était d'environ 45°, soit plus que sur ton image je pense.

Plus que mon image oui c'est sur c'est afficher 61°, dans la théorie il devrait y avoir 84°.
Ça c'est le théorique, dans la pratique il faut l'analyser via des checkerBoard. L'on en extrait un fichier de vecteur (32 bits float) afin d'avoir un maximum de données.
Exemple ici avec un damier on récupère des infos de distorsion mais aussi dans une autre mesure le grain (pour le grain il faut une séquence d'image).

[seba]

Bon la question c'est de savoir d'où vient la forme elliptique du soleil.
La distorsion y joue un rôle négligeable.

[seba]

Le soleil au centre et dans l'angle du format 24x36mm, objectif 50mm.
La forme elliptique de l'image dans l'angle est déjà bien sensible.

[fred134]

Bon la question c'est de savoir d'où vient la forme elliptique du soleil.
La distorsion y joue un rôle négligeable.

Tiens je tombe sur ce fil, c'est vrai que c'est amusant comme exemple.

Même sans faire de schéma 3D, on peut aussi voir ça comme ça : l'objectif restitue correctement ce qui est parallèle au capteur - les fresques murales avec un soleil par exemple.

Donc on met une grande feuille de papier (ignifugé) parallèle au capteur devant le soleil, on dessine un disque jaune bien circulaire. Ce disque va être restitué comme un disque sur le capteur.
Mais si on regarde ce disque depuis la position du photographe, on voit une ellipse car on n'est pas en face de lui. Donc l'objectif va déformer cette partie de l'image en l'étirant. (L'ellipse apparente de la fresque redevient un disque, mais le disque apparent du soleil devient une ellipse dans l'autre sens.)

[seba]

Le soleil au centre et dans l'angle du format 24x36mm, objectif 50mm.
La forme elliptique de l'image dans l'angle est déjà bien sensible.

Là aussi, bonne correspondance entre les photos et ce qu'on obtient sur un dessin.