Objectifs très ouverts et capteurs numériques pleins de pixels : hum?

[PierreT]

A la réflexion, je pense que l'augmentation de la profondeur de champ induite par cette affaire de rayons marginaux non utilisés doit être assez proche de zéro. Car si un point image est formé par un seul photo site, le fait que ce photo site ne capte pas les rayons marginaux ne rend pas le pixel correspondant plus net pour autant. Et pour un point image formé par plus d'un photo site, le fait que ces photos sites ne captent pas les rayons marginaux n'a aucune influence sur la profondeur de champ, puisque c'est alors l'élément de surface formé par les photos sites concernés qui est déterminant.

[FX-Bucher]

A la réflexion, je pense que l'augmentation de la profondeur de champ induite par cette affaire de rayons marginaux non utilisés doit être assez proche de zéro. Car si un point image est formé par un seul photo site, le fait que ce photo site ne capte pas les rayons marginaux ne rend pas le pixel correspondant plus net pour autant. Et pour un point image formé par plus d'un photo site, le fait que ces photos sites ne captent pas les rayons marginaux n'a aucune influence sur la profondeur de champ, puisque c'est alors l'élément de surface formé par les photos sites concernés qui est déterminant.

Non, je pense que si les microlentilles ne laissaient passer les rayons que dans un angle très fermé, il y aurait effectivement une augmentation de la profondeur de champ car les rayons formant les bords de la tache seraient trop inclinés pour être perçus. Un moyen de vérifier cela serait à mon avis par exemple de photographier une source lumineuse ponctuelle fortement défocalisée et de vérifier que le diamètre de la tache floue est bien proportionnel dans ce cas à l'ouverture (enfin inversement proportionnel). Mais je doute qu'on ait une observation très franche en faveur d'une augmentation de la profondeur de champs (tout au plus à pleine ouverture, on pourrait observer que celle-ci n'est pas totalement cohérente avec les autres ouvertures).

[Caton]

FX, pour ta dernière remarque, c'est en gros ce qu'a fait très gentiment et plutôt sérieusement Jesson, non? Les taches formées par les fleurs à l'arrière plan correspondent assez à ta demande.
pour le reste, je suis surpris que tu puisses formuler une remarque pertinente d'un côté et que de l'autre tu persistes à trouver un lien avec le vignetage optique, alors qu'il n'y en a strictement aucun.
Tu as lu de travers et compris de travers (hypothèse haute) ou tu ne piges strictement rien au problème optique en jeu (hypothèse basse).

[PierreT]

Bonjour,

Non, je pense que si les microlentilles ne laissaient passer les rayons que dans un angle très fermé, il y aurait effectivement une augmentation de la profondeur de champ car les rayons formant les bords de la tache seraient trop inclinés pour être perçus. Un moyen de vérifier cela serait à mon avis par exemple de photographier une source lumineuse ponctuelle fortement défocalisée et de vérifier que le diamètre de la tache floue est bien proportionnel dans ce cas à l'ouverture (enfin inversement proportionnel). Mais je doute qu'on ait une observation très franche en faveur d'une augmentation de la profondeur de champs (tout au plus à pleine ouverture, on pourrait observer que celle-ci n'est pas totalement cohérente avec les autres ouvertures).

Voilà comment je vois les choses...

La profondeur de champ dépend de la profondeur de foyer. Celle-ci est déterminée par :

-   l'angle au sommet du cône utile émergent (fixé par l'ouverture géométrique de l'objectif) ,
-   le diamètre du cercle de confusion (fixé par le photographe).

La profondeur de foyer ainsi délimitée, détermine l'aire maximum des éléments de surface qui seront considérés comme assimilables à un point image net.
Sur le capteur cette aire correspond à un nombre maximum de photosites.

Le fait que, pour quelque raison que ce soit, chacun de ces photosites ne captent pas la totalité du flux qui les éclaire (en pointillés sur le dessin) n'a aucune influence sur les paramètres qui détermine la profondeur de foyer, et par voie de conséquence sur la profondeur de champ.

Amicalement,
Pierre T.

[titisteph]

Vous avez de l'aspirine?

[GBo]

Bonjour,
Voilà comment je vois les choses...
[...]

Merci pour l'explication illustrée, c'est très clair (si on a compris la notion de cercle de confusion en prérequis).

Et pour les cercles de flou (issus de points lumineux hors de la zone de confusion), verrais-tu une raison pour laquelle ils ne seraient pas proportionnels à l'ouverture géométrique sur un reflex numérique CMOS à petit pitch ?!?

cordialement,
GBo

[PierreT]

Je ne vois aucune raison. Les faisceaux lumineux issus des objets situés en dehors de la zone de profondeur de champ convergent en dehors des limites de la profondeur de foyer (en avant ou en arrière, peu importe). Sur le capteur, l'image de ces objets est donc constituée de taches dont l'aire est supérieure à la surface limitée par le cercle de confusion. Chaque point objet ne créé donc plus un point image sur le capteur, mais une tache image. L'angle au sommet du cône utile émergent (donc l'ouverture géométrique de l'objectif) et l'écart entre le capteur et le point de convergence du faisceau détermine le nombre de photosites éclairés par la tache. Là encore, le fait que chacun des photosites concerné par la tache ne capte pas la totalité du flux ne change rien au nombre de photosites éclairés, donc à l'apparence du flou.

[PierreT]

Non, je pense que si les microlentilles ne laissaient passer les rayons que dans un angle très fermé, il y aurait effectivement une augmentation de la profondeur de champ car les rayons formant les bords de la tache seraient trop inclinés pour être perçus...

C'est aussi ce que je pensais au départ, d'où mon hésitation. Mais ce raisonnement ne tient pas car les photosites situés au bord de la tache ne sont pas uniquement éclairés par des rayons plus inclinés que ceux qui éclairent le centre de la tache. Car toute la surface apparente de la pupille de sortie les éclaire dès lors qu'ils sont inclus dans la tache ; et le rayon de la tache est toujours très inférieur à la distance entre la pupille de sortie et le capteur.

[GBo]

Merci PierreT, excellentes explications !

[GBo]

Je me suis permis de passer aux mesures à partir d'images trouvées sur le net, il s'agit de flou d'arrière-plan généré par des guirlandes lumineuses de sapin de Noel, les voici :
http://www.pentaxforums.com/forums/pentax-slr-lens-discussion/85864-out-focus-highlight-demo-focal-length-aperture.html
Courtesy of Jim Ashcraft Photography
L'image du haut est faite avec un SMC Pentax-A 50mm F1.2 à PO
L'image du juste en dessous est faite avec un SMC Takumar 50mm F1.4 à PO
L'appareil est un Pentax K-7 (un CMOS APS à 15 Mpx)

Voici les mesures effectuées par mes soins avec l'outil "measure tool" de photoshop sur une des taches de flou à F1.2 et à F1.4, libre à vous de les refaire:


Diamètre du cercle de flou de l'objectif  [at] F1.2 : 106 pixels
Diamètre du cercle de flou de l'objectif  [at] F1.4 : 91 pixels
Or on calcule que l'on a : 91*(1.4/1.2) = 106.1
La théorie classique est respectée, le flou suit l'ouverture géométrique de façon linéaire.

cdlt,
GBo

[Emile]

Le fait que, pour quelque raison que ce soit, chacun de ces photosites ne captent pas la totalité du flux qui les éclaire (en pointillés sur le dessin) n'a aucune influence sur les paramètres qui détermine la profondeur de foyer, et par voie de conséquence sur la profondeur de champ.

La PdC plus faible est due UNIQUEMENT aux rayons lumineux les plus inclinés.
Si on supprime les rayons lumineux les plus inclinés la PdC augmente.

[PierreT]

Oui, mais qu'est ce qui supprime les rayons les plus inclinés, à part le diaphragme ?
Le fait que les photosites ne captent pas ces rayons les plus inclinés ne fait que diminuer le signal qu'ils restituent (car ils continuent d'accepter les autres rayons) et donc il continuent de participer à la création de l'image et à déterminer la profondeur de champ.

[PierreT]

Fausse manip. Encore !!

[Emile]

Oui, mais qu'est ce qui supprime les rayons les plus inclinés, à part le diaphragme ?
Le fait que les photosites ne captent pas ces rayons les plus inclinés ne fait que diminuer le signal qu'ils restituent (car ils continuent d'accepter les autres rayons) et donc il continuent de participer à la création de l'image et à déterminer la profondeur de champ.

Ce sont les photosites du capteur qui ne captent pas les rayons les plus inclinés,
et ce sont precisement les rayons les plus inclinés qui correspondent aux rayons que laisse passer un objectif très ouvert.
Ce sont ces rayons qui diminuent la PdC (ou la profondeur de foyer) car il forment des taches floues partout en dehors de leur plan de focalisation.
C'st tellement vraie que si on pouvait diminuer le diaphragme, sans avoir les problèmes de diffraction, on pourrait obtenir une PdC infinie.
C'est un peu le cas avec une sténopé.

[Verso92]

C'st tellement vraie que si on pouvait diminuer le diaphragme, sans avoir les problèmes de diffraction, on pourrait obtenir une PdC infinie.

La diffraction est liée à la nature ondulatoire de la lumière, non ?

Quel rapport avec le problème qui nous préoccupe ici ?

[Emile]

La diffraction est liée à la nature ondulatoire de la lumière, non ?

Quel rapport avec le problème qui nous préoccupe ici ?

Si on diminue l'ouverture du diaphragme , les rayons ont de plus en plus proches de l'axe et la PdC est de plus en plus grande.
On ne peut pas diminuer indéfiniment l'ouverture du diaphragme à cause de la diffraction .

[Verso92]

Si on diminue l'ouverture du diaphragme , les rayons ont de plus en plus proches de l'axe et la PdC est de plus en plus grande.
On ne peut pas diminuer indéfiniment l'ouverture du diaphragme à cause de la diffraction .

Je ne dis pas le contraire... mais le phénomène qui limite l'accroissement de la PdC (la diffraction) n'a strictement rien à voir avec le capteur*.
*ou du moins, pas avec le phénomène qui nous occupe dans ce fil...

[Emile]

Je ne dis pas le contraire... mais le phénomène qui limite l'accroissement de la PdC (la diffraction) n'a strictement rien à voir avec le capteur*.
*ou du moins, pas avec le phénomène qui nous occupe dans ce fil...

Oui bien sur.

[NORSOREX]

Je me suis permis de passer aux mesures à partir d'images trouvées sur le net, il s'agit de flou d'arrière-plan généré par des guirlandes lumineuses de sapin de Noel, les voici :
http://www.pentaxforums.com/forums/pentax-slr-lens-discussion/85864-out-focus-highlight-demo-focal-length-aperture.html
Courtesy of Jim Ashcraft Photography
L'image du haut est faite avec un SMC Pentax-A 50mm F1.2 à PO
L'image du juste en dessous est faite avec un SMC Takumar 50mm F1.4 à PO
L'appareil est un Pentax K-7 (un CMOS APS à 15 Mpx)
Voici les mesures effectuées par mes soins avec l'outil "measure tool" de photoshop sur une des taches de flou à F1.2 et à F1.4, libre à vous de les refaire:

Diamètre du cercle de flou de l'objectif  [at] F1.2 : 106 pixels
Diamètre du cercle de flou de l'objectif  [at] F1.4 : 91 pixels
Or on calcule que l'on a : 91*(1.4/1.2) = 106.1
La théorie classique est respectée, le flou suit l'ouverture géométrique de façon linéaire.

cdlt,
GBo

C'est pour cela que j'en ai fait avec les NEFs et plusieurs boitiers.
Pour que d'autres aillent en chercher sur le Web 

[PierreT]

Bonjour,

Ce sont les photosites du capteur qui ne captent pas les rayons les plus inclinés,
et ce sont precisement les rayons les plus inclinés qui correspondent aux rayons que laisse passer un objectif très ouvert.
Ce sont ces rayons qui diminuent la PdC (ou la profondeur de foyer) car il forment des taches floues partout en dehors de leur plan de focalisation.
C'st tellement vraie que si on pouvait diminuer le diaphragme, sans avoir les problèmes de diffraction, on pourrait obtenir une PdC infinie.
C'est un peu le cas avec une sténopé.

Je ne suis pas sûr de bien comprendre ce que vous voulez dire...

Vous semblez considérer que les photosites situés à la périphérie de la tache de flou ne sont éclairés que par les rayons très inclinés provenant de la périphérie de la pupille de sortie. Dès lors, étant incapables de capter ces rayons, les photosites situés à la périphérie de la tache de flou ne délivreraient plus de signal, ce qui réduirait implicitement le diamètre de la tache de flou et donc augmenterait la profondeur de champ.

Ce raisonnement serait bon, si l'hypothèse de départ était correcte... Ce qui n'est pas le cas.

Le dessin ci-dessous illustre une tache de flou créée par un point image situé au-delà du capteur. L'angle au sommet du cône correspond à celui d'un objectif ouvert à f/1.4. Les photosites n'acceptent que la lumière leur arrivant sous un angle correspondant à une ouverture de f/2. Le photosite rouge, en bordure de la tache, donnera-t-il un signal plus faible que le bleu situé au centre de la tache ? Non.

Tous deux reçoivent le même éclairage. Le signal qu'ils délivrent correspond à celui d'un objectif ouvert à f/2, mais la tache de flou (donc la profondeur de champ) correspond bien à celle d'un objectif ouvert à F/1.4.

Amicalement,
Pierre T.

[seba]

Il y a quand même un truc qui me choque dans le schéma, c'est que normalement tous les rayons devraient se croiser au même endroit.

[PierreT]

Oooups ! Vous avez parfaitement raison Seba (merci), évidemment les rayons doivent converger au même foyer. A force de vouloir simplifier les choses c'est moi qui me suis planté dans mon raisonnement, et mon schéma est faux ! Ne tenez pas compte de mon intervention. Et toutes mes excuses à Emile et FX-Bucher !

Amicalement,
Pierre T.

[Michel K]

Sur photozone, on peut observer l'évolution des taches de flou en fonction de l'ouverture.

Par exemple, le Nikkor 50/1.4 AFS :
http://www.photozone.de/nikon_ff/441-nikkor_afs_50_14_ff?start=1

Pour cet objectif, en faisant le rapport des tailles d'une tache de flou, j'ai obtenu (au lieu du 1.41 théorique) :
1.10 entre f/1.4 et f/2
1.37 entre f/2.8 et f/2
1.44 entre f/4 et f/2.8

[Mistral75]

Ce serait malhonnête de la part du constructeur Mistral75, car 1.2 est sensé être l'arrondi de sqrt(2)^(1/2) = 1.1892
Et 1.4 l'arrondi de sqrt(2)=1.4142.
(avec sqrt signifiant racine carrée, ^ exposant).

Non, pas malhonnête, simplement un "arrondi commercial". Seuls les brevets des formules optiques stipulent les focales et les ouvertures exactes.

Premier exemple qui me tombe sous l'œil : un brevet Canon.

Commercialement, l'objectif est un 24-105 mm f/3,5-5,6. Quand tu lis le brevet, c'est un 24,90 - 102,02 mm f/3,62-5,82.

Donc un 25-102 mm (range plus court qu'annoncé, à chaque bout) f/3,6-5,8 (moins lumineux qu'annoncé).

[GBo]

Merci pour ta précision Mistral