Suite à des discussion sur la distance focale équivalente d'un objectif monté
sur des appareil photo numériques équipés de capteurs de différentes tailles
et sur des notions exotiques comme l'ouverture équivalent et la sensibilité
équivalente évoquées par Richard Butler sur dpreview.com, je me suis penché
sur la question de la pertinence de ces concepts. Les articles suivants
publiés précédemment sur mon blog présentent les résultats de mes réflexions.
- L'angle de champ
- La profondeur de champ
- La perspective
- La sensibilité
- Le temps de pose
- L'affichage d'une photo
Je ne m'intéresse à la photo que sous l'angle de l'optique, et comme je ne
suis pas photographe pour deux sous, j'ai peut-être écrit des énormités ; si
c'est le cas, on peut poster des commentaires sous les articles et tenter de
me convaincre que je me suis trompé.
Caractériser une photo
Une photo est souvent caractérisée par le modèle d'appareil ayant servi, ainsi
que par la distance focale de l'objectif utilisé, le nombre d'ouverture et le
temps de pose. Étant donné la confusion créée par la notion de distance focale
équivalente, je me suis demandé si la distance focale était vraiment pertinente
pour caractériser une photo. Mais caractériser quoi, exactement ? Et
caractériser dans quel but ?
Je fais l'hypothèse que caractériser une photo sert à reproduire la photo,
autant que possible à l'identique, avec le même appareil ou avec un autre
appareil. Ce qu'on peut chercher alors à reproduire c'est l'angle de champ,
les distances limites de la profondeur de champ (c'est à dire la distance du
premier plan net et du dernier plan net) et le cas échéant un effet voulu de
sur- ou sous-exposition, ou de flou de mouvement. On peut décrire ces
caractéristiques par des paramètres ayant davantage de sens que le trio
focale, diaphragme et temps de pose ?
L'angle de champ est une combinaison de la distance focale et la taille du
capteur, donc indiquer seulement la distance focale en laissant le soin au
lecteur de deviner la taille du capteur en fonction du modèle de l'appareil
est possible, mais on peut faire mieux en indiquant directement la valeur de
l'angle de champ au moment de la prise de vue. Il est ensuite possible de
recréer cet angle de champ avec n'importe quelle combinaison judicieuse de
capteur et d'objectif.
De même, la profondeur de champ dépend de la distance focale, de
l'ouverture du diaphragme, de la taille des pixels du capteur et de la
distance de mise au point. Au lieu de détailler les trois premières valeurs,
on peut les combiner sous la forme de la distance hyperfocale. Les distances
des premier et dernier plans nets sont alors deux fonctions simples de la
distance de mise au point et de la distance hyperfocale. Reproduire la
profondeur de champ devient alors simplement une question de prendre la
même distance hyperfocale et de faire la mise au point sur la distance donnée.
Si le photographe ne cherche pas d'effet d'exposition particulier, la
sensibilité du capteur est une fonction des autres paramètres pour une
valeur d'exposition idéale, standard. En revanche si la photo a été
volontairement sur- ou sous-exposée, il faut indiquer la sensibilité utilisée
au moment de la prise de vue.
Le flou de mouvement enfin est particulier car il dépend du temps, et le temps
de pose est le seul paramètre qui en dépende également. Dans de cas d'une
exposition standard, le temps de pose a une valeur minimale qui dépend de
la distance focale, et on peut supposer que cette valeur sera choisie car elle
permet d'utiliser la sensibilité la plus faible possible et ainsi réduire le
bruit. En revanche si un flou de mouvement est voulu par le photographe, ou au
contraire si l'objet se déplace rapidement et que le but est de le « figer »,
il faut alors indiquer le temps de pose.
En conclusion, au lieu de caractériser une photo par le modèle d'appareil,
la distance focale, le nombre d'ouverture et éventuellement le temps de pose
et la sensibilité, on peut caractériser une image de manière plus générique et
descriptive en indiquant l'angle de champ, la distance hyperfocale, la
distance de mise au point et éventuellement la sensibilité et le temps de
pose. Bien que ces nouvelles caractéristiques soient moins connues que celles
utilisées jusqu'à présent, calculer leurs valeurs ne pose pas de problème
aux appareils photos numériques et pourraient donc être incluses dans les
métadonnées des images. Et je suis certain que la signification des
caractéristiques « classiques » n'est pas mieux comprise par la plupart des
photographes que les caractéristiques proposées ici, remplacer en ensemble de
valeurs hermétique par un autre ensemble de valeurs hermétiques ne devrait donc
pas poser de problème une fois vaincue la résistance naturelle de l'être
humain au changement.
Applications numériques
Pour se faire une idée des valeurs numériques des caractéristiques décrites
plus haut, voici des applications numériques de diverses formules pour trois
appareils photos de référence : un compact, un boitier APS-C et un plein
format avec 3 objectifs.
Appareils photo de référence
| Appareil |
Pixels |
Capteur |
Objectifs |
| A |
21,1 Mpix |
6,17×4,55 mm
(1/2,3) |
4,3-172,0 mm, f/3,3-f/6,9 |
| B |
25,0 Mpix |
23,5×15,6 mm
(APS-C) |
16 mm, f/2,8 ;
18-135 mm, f3,5-5,6 |
| C |
27,1 Mpix |
36×24 mm
(plein format) |
16-35 mm, f/4 ;
35-70mm, f/2,8;
70-200mm, f/2,8 |
Dimensions d'un pixel
| Appareil |
ε |
Surface |
Densité |
| A |
1,15 μm |
1,33 pm2 |
752 000 px/mm2 |
| B |
3,83 μm |
14,7 pm2 |
68 200 px/mm2 |
| C |
5,65 μm |
31,9 pm2 |
31 400 px/mm2 |
Angles de champ
| Appareil |
θ (rad) |
θ (°) |
| A |
1,45-0,446 |
83-2,55 |
| B |
1,45
1,33-0,208 |
83
76,2-11,9 |
| C |
1,86-1,11
1,11-0,599
0,599-0,215 |
107-63,4
63,4-34,4
34,4-12,4 |
Distances hyperfocales
| Appareil |
F (m) |
f/N (mm) |
| A |
2,01-3730 |
4,3/8-172/6,9 |
| B |
3,04-23,9
3,85-850 |
16/22-16/2,8
18/22-135/5.6 |
| C |
2,06-54,2
9,86-310
39,4-2530 |
16/22-35/4
35/22-70/2,8
70/22-200/2,8 |
Sensibilité
En admettant que les capteurs des appareils A, B et C ne diffèrent que par la
taille de leurs pixels (ce qui est loin d'être évident) et en fixant un niveau
de bruit à ne pas dépasser dans l'image obtenue, on peut comparer leur
« sensibilités » relatives.
- A est 11 fois moins sensible que B et 24 fois moins sensible que C.
- B est 11 fois plus sensible que B et 2,2 fois moins sensible que C.
- C est 24 fois plus sensible que A et 2,2 fois plus sensible que B.
On peut aussi comparer, à distance focale et temps de pose égaux, de combien
de crans il faut ouvrir ou fermer le diaphragme pour obtenir la même
exposition et le même niveau de bruit.
- A doit ouvrir de 3,5 crans par rapport à B et de 4,6 crans par rapport à C.
- B doit fermer de 3,5 crans par rapport A et ouvrir de 1,1 crans par rapport
à C.
- C doit fermer de 4,6 crans par rapport à A et de 1,1 crans par rapport à B.
Affichage
- Moniteur 16:10 24" FullHD : 2,30 Mpx ; taille d'un pixel : 405 μm
- Moniteur 16:9 32" 4k : 8,29 Mpx ; taille d'un pixel : 265 μm
- Moniteur 16:9 27" 5k : 14,8 Mpx ; taille d'un pixel : 167 μm
- Télévision 16:9 40" FullHD : 2,07 Mpx ; taille d'un pixel : 661 μm
- Télévision 16:9 55" 4k : 8,29 Mpx ; taille d'un pixel : 455 μm
- Télévision 16:9 85" 8k ; 33,2 Mpx ; taille d'un pixel : 351 μm
- Impression papier à 300 dpi :taille d'un pixel : 84,7 μm
- Impression à 300 dpi en 10×13 cm : 1,81 Mpix
- Impression à 300 dpi en 10×15 cm : 2,09 Mpix
- Impression à 300 dpi en 20×30 cm : 8,37 Mpix
- Impression à 300 dpi en 40×60 cm : 33,5 Mpix
- Impression à 300 dpi en 76×115 cm : 122 Mpix
