Performances des objectifs en usage photo et en usage visuel

[GLR30]

Bonjour,

Je me livre souvent, en amateur, mais non sans quelque rigueur, à des tests et des comparatifs de mes longues focales ; ces expériences m'ont amené à des questionnements concernant les aptitudes des téléobjectifs associés à des appareils numériques à montrer -ou non- certains détails des objets visés, donc sur le fichier-image développé et traité, et lorsque ces même optiques sont utilisées « visuellement » avec un accessoire adéquat...
Voici tout d'abord le détail à 100 % d'une inscription gravée au dos d'un rétroviseur de tracteur appartenant à une personne que je connais et souvent stationné à proximité de mon habitation.
Voyez-vous les 2 astérisques ?

[GLR30]

Ce rétroviseur mesure 30cmx25, l'inscription en tenant compte des ( ) fait 55mmx15 ; en fonction de la distance, de l'incidence lumineuse, ce sujet peut constituer un test assez sévère.
Ici la distance était de env. 25 mètres, la pdv en plongée assez marquée puisque l'appareil était plus haut de 3 à 4 mètres que la cible ; Objectif Leica 4/400 Apo-module, boîtier D7200, 1/1000ème, 100 isos, pleine ouverture
Prise depuis mon appartement fenêtre ouverte avec une température intérieur/extérieur égalisée pour éviter un flux turbulent : ayant beaucoup pratiqué l'observation astronomique aux instruments, je connais très bien les problèmes de turbulences atmosphérique et avant de me livrer à un test, je contrôle toujours l'état de la turbulence en live view ou avec instrument optique grossissant ; toujours présente, la turbulence est toutefois très variable dans son intensité d'un jour à l'autre, d'un moment à l'autre, d'un instant à l'autre... pour contourner ses effets, il faut toujours, après que l'on ait décidé que son intensité était suffisamment modérée pour des tests, effectuer plusieurs images pour ensuite garder celle qui a été le moins dégradée par l'agitation de l'air
(je vais écrire en plusieurs fois pour éviter de trop longs posts)

[GLR30]

Ma procédure de test est la suivante :
Donc égalisation de la température de la pièce avec celle de l'extérieur, vérification que la turbulence générale est suffisamment « modérée », mise en température ambiante du matériel, celui-ci est monté sur trépied Gitzo série 3, ou, de préférence depuis que j'en ai fait l'acquisition, trépied bois Berlebach UNI 16C (la série UNI est la plus robuste des pieds photo Berlebach, ce modèle pèse env. 8,5kg, monte à 1,38m env. n'a pas de colonne centrale mais une base de mise à niveau formée d'une boule de 100mm (!) intégrée au trépied et inamovible ; elle est surmontée d'un plateau circulaire de 100mm sur lequel je visse l'étau Manfrotto 357 qui serre la plaque à glissière longue du même fabricant fixée au téléobjectif -mon système de serrage préféré depuis plus de 20 ans- ; les Leica Apo-modules sont équipés d'un socle pour trépied beaucoup plus rigide est stable que ceux des télés japonais ; bien entendu, j'utilise uniquement le live-view au grossissement maxi et j'observe l'image avec une loupe ; ici, c'est la définition de l'écran arrière qui est limitative, de même que la précision de la bague de map pourtant plus progressive et plus agréable au « ressenti » que celle des optiques modernes japonaises (sur les premières séries des téléobjectifs Apo-telyt modulaires, commercialisés en 1996, Leica avait intégrée 3 molettes de map micrométriques, abandonnées très vite pour cause de risque d'entrée de poussières et d'humidité d'après les gens de la firme) ce dispositif serait pourtant bien utile aujourd'hui en numérique... 
Ce genre d'exercice montre très bien à quel point « faire le point » est particulièrement... pointu ! ;-) car entre la turbulence, parfaitement perceptible en live-view, qui agite, en long, en large et en travers l'image, la déforme, parfois très très localement, le système optique qui « bouge » lui aussi mécaniquement et thermiquement, ce sont des ajustements infimes (1 ou 2mm de rotation de la bague) qui sont nécessaires pour essayer de parfaire la map et ce, pratiquement pour chaque image, comme on le fait couramment en observation astronomique visuelle avec un instrument.
Je fais donc toujours plusieurs vues afin d'en choisir celle qui est la moins impactée par la turbulence et dont la map est la meilleure ; j'ai oublié de mentionner qu'évidemment je déclenche par télécommande après relevage du miroir pendant plusieurs secondes.
Alors avez-vous vu les 2 astérisques ? Oui, sans doute, comme 2 amas de plastique et parce que j'en ai parlé... car sinon, je pense que vous ne les auriez pas remarqué sur cette image qui montre les limites du système 400mm+D7200+traitement (très perfectible sans doute car je suis probablement un modeste utilisateur de Photoshop, et des experts en post traitement en auraient certainement tiré une image plus fine).

[GLR30]

Alors voici une autre vue de ce magnifique rétroviseur prise cette fois avec une focale de 560mm, pas nécessairement au même moment, ni de la même distance, ni dans les mêmes conditions lumineuses ; 560mm Apo-module, D7200, 1/1250ème, 100isos, pleine ouverture
Bon, à présent vous les voyez les 2 astérisques, n'est-ce pas ? 
Évidemment que oui ! Diamètre des astérisques 1,9/2mm ! Pour compter les 8 bras qu'elles forment il m'a fallu m'en approcher à 50cm et utiliser une loupe ! (bon, d'accord, je suis un peu presbite, mais c'est vraiment minuscule !) Bien que le 560 soit moins contrasté et moins résolu que le 4/400 qui est le « meilleur » des Apo-modules (légèrement supérieur au 2,8/400VR non fluo), le sujet plus grossi par la combinaison, montre plus de détails.

[GLR30]

Ce long préambule parce que j'aime bien être précis mais aussi pour essayer d'éviter les commentaires du genre : «  tu sais, la mise au point manuelle... » ou :  « tu sais, la turbulence... » Oui, je sais : après beaucoup d'observation astronomiques visuelles avec divers instruments y compris un télescope Newton de 410mm f2500 de fabrication perso à une époque où cela était un diamètre rare, plus de 40 ans de photo, dont plus de 25 en prise de vues animalières -en manuel encore souvent aujourd'hui-, je peux prétendre, sans fanfaronnade, connaître assez bien les problèmes de turbulences, stabilité, mise au point, etc.
J'en viens enfin à l'objet de ce fil :

Je possède un adaptateur Kenko permettant de transformer un objectif en système d'observation visuelle ; oculaire de 10mm de focale et prisme redresseur « terrestre » (l'image est droite et dans le bon sens) ; quand on reçoit l'objet on est assez ...surpris : houlà, c'est du « tout plastoc » ! A part la monture et les lentilles, quand même... mais lorsqu'on observe le résultat sur un bon téléobjectif on est surpris également et dans le bon sens; pas mal, pas mal du tout ! Je possédais un tel adaptateur monoculaire le « TO-R » quand j'étais en monture Leica ; pas très cher pour un produit de la marque, incomparablement mieux fabriqué que le Kenko, mais affecté d'une courbure de champ si prononcée que les deux tiers de l'image étaient inexploitables ; pas brillant pour la firme renommée...le Kenko, fabriqué à l'économie a pourtant un champ bien plus plan et se défend bougrement bien : monté sur mon 560 et comparé à une excellente lunette astro apo de 600mm et 80 de diamètre, mon télé donnait de meilleures images ; belle performance pour un téléobjectif pas vraiment conçu pour un usage lunette terrestre ! (ou en astro : sur le 400mm gross 40x, je vois la division de Cassini de Saturne sans problème)
Et sur le rétroviseur ?
Et bien les astérisques commencent à montrer leurs 8 branches avec le 280mm qui donne un grossissement de 28x, quand je dois utiliser le 560mm pour que ces mêmes branches commencent à apparaître en photo à 100 % écran !?

[GLR30]

Pour faire un peu court : je vois beaucoup, beaucoup plus de détails en utilisant mes objectifs en lunettes d'observation en collant à leurs fesses un oculaire -à 3 lentilles si je me souviens bien, fabriqué en grande série à la machine- que ce que j'obtiens après passage dans le D7200, traitement compris !? Pourtant le D7200 -dont le capteur a une densité de photosites plus élevée que le futur D850- est plutôt connu pour sa haute définition...
Alors, avant de disposer de cet adaptateur, je pouvais me dire, m'inspirant de ce qu'on lit ici ou là : « bon, ton 400 ou 560 est arrivé à ses limites et ne peut sans doute pas exploiter tout le potentiel du capteur du D7200 »
Oui, mais alors, pourquoi avec un oculaire à 3 petites lentilles très simple (des oculaires astro de qualité en ont parfois 3 ou 4x fois et... coûtent x fois le Kenko), je vois une foultitude de détails, inaccessibles lorsque je veux les enregistrer photographiquement ? Et ce, même avec une focale plus longue ? Si l'optique seule donne accès à ces détails et qu'on ne les retrouve pas sur le fichier, c'est bien que dans le processus d'acquisition de l'image il y a des failles (probablement à plusieurs niveaux : capteur, traitement du signal, développement du raw, etc.)
On va peut être me parler de grossissement/taille de l'image... le 560mm avec l'oculaire de 10mm donne 560/10= 56x, d'accord ; mais la même image obtenu avec cet objectif sur D7200 et observée à 100 % écran (sur un 24 pouces de 1920pixels) mesure 1,6mètres, soit un agrandissement de 68x du fichier APS de 23,5mm (1600/23,5) ; certes la résolution de l'écran est elle aussi limitée...
Alors ?
Voilà le raisonnement tout simple qui m'est venu : pourquoi un fichier obtenu dans des conditions de pdv très soignées reste très en deça en matière de fins détails que lorsque l'on utilise ce même objectif en observation directe ? Pourquoi tous ces détails vus visuellement passent à la trappe ? n'y at-il pas des progrès important à faire dans la chaine graphique d'obtention d'une image numérique ?

[GLR30]

J'ai pensé que mes expériences pouvaient intéresser certaines personnes, car peu de photographes connaissent cette possibilité d'utilisation de leurs optiques (majoritairement téléobjectifs) en lunettes d'observation; et les résultats ont de quoi surprendre...
Ce post ne se veut ni polémique, pas plus que l'éloge des optiques modulaires Leica -dont l'utilisation sur le terrain est particulièrement délicate en numérique- et dont je situe bien les qualités et défauts par rapport aux optiques japonaises...
Je suis ouvert aux suggestions et remarques intéressantes, notamment de la part de ceux qui ont des connaissances optiques plus approfondies que moi.
Et si JMS, par exemple ;-), dont je respecte les tests, se donne la peine de lire et d'intervenir, c'est avec plaisir...
Allez, un autre exemple de la supériorité de l'observation sur l'image photographique :
Batterie sous un hangar, distance 39mètres env.
Les lettres et chiffres à côté du code barre sont très difficilement lisibles, et sous E2 standard équip. on peut (sur l'original) déchiffrer « according » puis la suite se perd, mais en observation directe avec ce même objectif cela est d'une facilité déconcertante et quantité de plus petits détails sont visibles ; totalement absents ici...
560mm, D7200, 1/200ème, pleine ouverture ; ah oui, au fait les observations visuelles sont également faites à pleine ouverture ; les Leica sont dotés de bague de diaphragme, mais on ne gagne généralement rien à fermer, sauf pour atténuer la turbulence éventuellement (la turbulence augmentant avec le diamètre frontal)

[GLR30]

Pour égayer ce long post technique : Grèbe castagneux, Leica 560, D750, 1/1600ème, pleine ouverture, affût dans l'eau

[seba]

Petits calculs.
L'oculaire fait 10mm, grossissement 56x avec le 560mm, l'oeil doit pouvoir déparer deux points distants de 1' d'angle environ.
Le diamètre de l'objectif (140mm) est théoriquement capable d'une telle résolution.
Sur le D7200, un pixel fait 4 microns ce qui représente déjà 1,5" d'angle avec le 560mm. Disons que pour séparer deux points il faille un écart de 3 pixels ce qui représente 4,5" d'angle.
Apparemment la résolution du capteur est insuffisante.
Et il y a le filtre passe-bas aussi.

[GLR30]

Merci Seba pour ton apport.
Oui, je me doute que ce genre de calculs peut aider à comprendre de telles différences.
Toutefois, le capteur du D7200 ne possède pas de filtre passe-bas, non ?
Mais si je conçois que des pertes semblent inévitables, ce sont ces différences assez énormes qui m'interpellent ici.
Ainsi, en suivant ton raisonnement, l'optique gagnerait encore avec un capteur plus défini ? J'ai un peu de mal à le croire, les Apo-modules, conçus pour l'argentique et dans la tradition Leica, travaillés plus en terme de "rendu" que de piqué pur, n'étant pas forcément les plus "acérés des téléobjectifs aujourd'hui... (sauf le 4/400, vraiment très piqué/contrasté)

[Verso92]

Voilà le raisonnement tout simple qui m'est venu : pourquoi un fichier obtenu dans des conditions de pdv très soignées reste très en deça en matière de fins détails que lorsque l'on utilise ce même objectif en observation directe ? Pourquoi tous ces détails vus visuellement passent à la trappe ?

La chaine d'acquisition n'est pas transparente... déjà, la matrice bouffe pas mal de détails.

[GLR30]

Donc des objectifs de qualité -y compris anciens- pourraient encore "exploiter" des capteurs à densité de pixels (bien) plus importante ?
Ce n'est pas ce qu'on lit souvent: des testeurs parlant fréquemment d'objectifs qui sont en deçà des capteurs...
Et les tests montrent quasi systématiquement une baisse lorsque un objectif passe d'un FF (même de 36mpx, voire de 50mpx), à un APS de 24mpx qui pourtant n'exploite pas tout le cercle image d'un objectif prévu pour le 24x36

[jaric]

Le pouvoir résolvant calculé par seba est purement théorique et basé sur le diamètre de la lentille frontale. Il ne présume en rien des qualités intrinsèques de l'objectif, entaché de défauts (courbure de champ, astigmatisme, AC, etc). Il doit simplement être considéré comme une limite haute...

Et je suis prêt à parier que la finesse du polissage des lentilles doit aussi intervenir sur le pouvoir séparateur. Comment d'ailleurs ce paramètre est-il pris en compte pour établir les FTM calculées ?

[seba]

Je ne sais pas si le D7200 a un filtre passe-bas ou non.
Mes calculs théoriques supposent que l'objectif est très bien corrigé et dans ce cas effectivement ce serait le capteur qui limiterait la résolution.
Mais qu'en est-il en réalité ? Je n'en sais rien.
Pour le polissage des lentilles, à mon avis la précision est suffisante pour qu'il n'y ait pas d'influence sur les performances. C'est plutôt le montage qui pourrait jouer. Mais sur des objectifs de ce genre, je pense que le montage est suffisamment soigné.

[Bernard2]

Comme l'a indiqué Verso la matrice de bayer implique la perte d'environ 25 à 30% de la résolution de l'image fournie par l'optique par la nécessité de l'interpolation entre photosites voisins pour la reconstruction couleur...( et pas seulement) les plus proches. C'était aussi la raison des capteurs N&B de Leica.
C'est pour cette raison que les capteurs fovéon ont un piqué remarquable car chaque photosite contient les trois informations couleurs.
Mais, à taille de tirage égale, la visibilité de cette perte s'atténue à avec la montée en densité des capteurs. Mais bien sûr à 100% écran la perte est identique.

[titisteph]

Très intéressant, ce fil. Au début, je ne voyais pas trop où l'auteur voulais nous emmener, mais au final, sont interrogation est très pertinente.

Je peux comprendre que la matrice de bayer fasse perdre des détails, mais comme le souligne bien GLR30, comment expliquer la perte quand on passe d'un capteur FX à un DX, alors que l'optique en observation visuelle est capable du meilleur?

Au passage, ça me donne envie d'acheter cet accessoire Kenko!

[Bernard2]

Très intéressant, ce fil. Au début, je ne voyais pas trop où l'auteur voulais nous emmener, mais au final, sont interrogation est très pertinente.

Je peux comprendre que la matrice de bayer fasse perdre des détails, mais comme le souligne bien GLR30, comment expliquer la perte quand on passe d'un capteur FX à un DX, alors que l'optique en observation visuelle est capable du meilleur?

Au passage, ça me donne envie d'acheter cet accessoire Kenko!

Je crois me rappeler que ces accessoires procurent un grossissement non négligeable. Dans ces conditions une amélioration de 25 ou 30% de la résolution suffit déjà à expliquer le gain en netteté perçu. Mais il y a certainement d'autres paramètres liés à la diffusion par exemple dans l'épaisseur des filtres de bayer et dans l'épaisseur du capteur lui-même qui peuvent encore "manger" un peu de résolution.

[titisteph]

Et n'oublions pas que le Kenko doit certainement introduire lui-même des pertes importantes. Du coup, l'optique seule est capable de résoudre encore plus que ce que l'on voit à travers le Kenko.

[GLR30]

Évidemment, en tant qu'ancien astronome amateur, je connaissais le calcul du pouvoir séparateur théorique : œil humain 1' d'arc et 120/diam en mm pour un instrument, soit dans le cas du 560/4 (143mm) entre 0,8/0,9 seconde d'arc ; nous sommes bien d'accord qu'il s'agit d'une limite théorique obtenue avec un système optique très peu entaché d'abbérations diverses ; par ailleurs, l'observation astronomique, montre que pour atteindre ce pouvoir résolvant il faut « pousser » le grossissement de 1,5 à 2x le diam. de l'instrument, ce que l'on appelle parfois le « grossissement résolvant » ; une excellente lunette peut quelquefois très bien supporter une amplification de 2,5/3x son diamètre en mm... soit dans le cas du 560mmf4 (diamètre 143mm) plus de 420x... nous en sommes loin avec l'oculaire très simple de 10mm (peut être même pas orthoscopique) puisque le grossissement est de 56
Je connaissais par contre beaucoup moins les limitations mentionnées par Seba au niveau du capteur.
Encore une fois, c'est cette différence considérable entre l'image observée visuellement et l'image enregistrée photographiquement avec un même objectif, qui me surprend beaucoup ; et me laisse à penser que c'est l'optique qui est sous-employée plutôt que l'inverse comme on le lit souvent ; et ce sur un des capteurs les plus définis du marché et considéré comme très exigeant pour les objectifs.

Pour ce qui est des courbes FTM, elles ne sont valables comparativement, qu'à l'intérieur d'une même marque : si je prends celles de Nikon concernant le 400VR G (non fluo) et celles de Leica concernant le 4/400 Apo-module, je crois (de mémoire car je n'ai pas sous les yeux celle du Nikkor) que la fréquence 30pl/mm du Nikkor est au dessus de la fréquence 20pl/mm du Leica, et que dernier est moins homogène et a plus d'astigmatisme ; pourtant, d'après mes tests il s'avère (très) légèrement meilleur (à PO tout les deux).
Je sais que l'on parle de nos jours de « FTM calculées », mais celles de Leica publiées en même temps que la commercialisation de leur système de téléobjectifs modulaires au milieu des années 1990, étaient-elles « calculées »  ou mesurées à cette époque ?
Oui, titisteph, si tu apprécies l'observation visuelle, je te recommande cet accessoire qui en donne beaucoup pour une somme très raisonnable
Voici les courbes FTM du Leica 4/400 sur 5/10/20/40 pl/mm

[GLR30]

Ici, une Cigale, Leica 4/400, D750, 1/1250ème, 100isos, Pleine ouverture (proche de sa distance mini de map 2,15m) crop 100%

[GLR30]

L'image entière (prévue pour venir en premier...)

[jlpYS]

Petite remarque dont j'ignore la pertinence réelle :
- la prise de vue effectue une sommation temporelle sur une durée égale au temps de pose
- l'observation visuelle traite un flux continu à l'aide d'un système perceptif complexe potentiellement capable de faire émerger plus d'information que n'en contient une "image unique", notamment grâce à la détection des invariants (une spécialité du système perceptif visuel).

[titisteph]

C'est très bien dit!

[Jean-Claude]

A condition que l'image soit faite depuis la gare de Perpignan, dirait Dali 😭

[jlpYS]

A condition que l'image soit faite depuis la gare de Perpignan, dirait Dali 😭

Essaie de déduire les performances de la vision humaine à partir du nombre de pixels produits par la rétine (et de leurs caractéristiques) et tu auras une idée de la différence entre l'analyse d'une image fixe et le traitement d'un flux continu.