Qu'est-ce que la profondeur de champ et comment se produit-elle?

Beaucoup de choses contribuent à la qualité esthétique d'une image. Une chose, en particulier, est la profondeur de champ. Les photographes expérimentés savent comment manipuler cet aspect pour obtenir le look qu'ils recherchent.

Mais, il y a beaucoup de désinformation sur la profondeur de champ et ce qui la cause.

Cet article vous expliquera tout ce que vous devez savoir sur la physique de la profondeur de champ.

Qu'est-ce que la profondeur de champ?

La profondeur de champ fait référence à la zone de mise au point dans une image. Il s'agit de la zone de l'image dont le niveau de netteté est acceptable. Les zones devant et derrière cette zone apparaîtront floues ou floues.

Une faible profondeur de champ fait référence au moment où cette zone de mise au point est très fine, tandis qu'une profondeur de champ plus profonde peut avoir la majeure partie de l'image au point.

Une faible profondeur de champ, comme le montre l'image de deux fleurs sur les touches du piano, a une petite bande de la photographie au point, tandis que le reste de l'image est floue. Plus la zone de mise au point est éloignée, plus l'image devient floue ou floue.

En revanche, une profondeur de champ plus profonde, comme indiqué dans le paysage ci-dessous, a plus ou moins toutes les parties de l'image au point.

La science de la profondeur de champ

La physique qui explique pourquoi les caméras produisent la profondeur de champ est relativement compliquée. Cela peut être expliqué en utilisant le concept de cercles de confusion.

En optique, un cercle de confusion est le point qui se forme lorsque la lumière n’est pas parfaitement focalisée.

Dans une caméra, la lumière pénètre dans un objectif qui focalise la lumière sur le capteur de la caméra. Pensez à être un enfant et à utiliser une loupe pour concentrer la lumière sur le papier, le faisant prendre feu.

Dans l'image ci-dessus, le diagramme central montre un cône de lumière parfaitement focalisé résultant en un très petit cercle. C'est là que les deux rayons extérieurs de lumière se rejoignent et signifie que cette lumière est focalisée - tout comme avec la loupe.

Les diagrammes ci-dessus et ci-dessous représentent une lumière qui a été mal focalisée, ce qui entraîne de plus grands cercles de confusion, qui sembleraient flous.

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L'objectif est que l'objectif focalise la lumière sur le capteur dans des cercles plus petits que la taille du pixel car ce serait la partie la plus nette de l'image. Mais les caméras ne peuvent faire la mise au point qu'à un moment donné. Tout ce qui se trouve devant ou derrière ce point produira de plus grands cercles de confusion et rendra ces parties de l'image floues.

Ainsi, la profondeur de champ est la zone où les rayons lumineux produisent des cercles sur le capteur qui sont plus petits que les pixels.

Quelles sont les causes de la profondeur de champ?

La profondeur de champ est déterminée par quatre choses: le diamètre de l'ouverture, la distance au sujet, la distance focale et la taille des pixels.

Taille de pixel

Étant donné que quelque chose est net dans une image si la lumière focalisée rend un cercle plus petit que la taille du pixel, il s'ensuit que des pixels plus grands signifieront que la mise au point est plus grande. Ainsi, l'augmentation de la taille des pixels augmente la profondeur de champ et vice versa.

Ouverture

Comme expliqué ci-dessus, l'ouverture, ou F-stop, est la largeur de l'objectif qui laisse passer la lumière vers le capteur.

L'ouverture d'un objectif peut être élargie ou rétrécie pour laisser entrer plus ou moins de lumière. Lorsque l'ouverture devient plus petite (nombre F-stop plus élevé), une plus grande partie de l'image sera mise au point. En d'autres termes, une ouverture plus petite entraîne une profondeur de champ plus profonde, et vice versa.

Ceci est illustré dans les deux images suivantes. À f1.4 (une très grande ouverture, en haut), très peu de l'image est nette:

Pendant ce temps à f22 (une ouverture très fermée, en bas) une grande partie de l'image est nette:

Cela se produit parce que, à des ouvertures plus grandes, plus de lumière est laissée dans l'objectif. Par définition, moins de cette lumière sera alignée avec l'objectif. La lumière doit se plier davantage pour toucher le capteur, et à cause de cela, une grande partie des rayons lumineux se rencontrera avant ou après le capteur, ce qui signifie qu'il est flou.

Distance de l'objectif

Plus vous êtes proche de votre sujet, plus la profondeur de champ est faible. Plus vous vous éloignez, plus la profondeur de champ est profonde. À un moment donné, tout ce qui dépasse un point particulier sera mis au point - c'est ce qu'on appelle la distance hyperfocale.

Cela se produit de la même manière qu'avec l'ouverture. Plus vous êtes proche d'un sujet, plus les rayons de lumière qui pénètrent dans l'objectif sont inclinés. Comme ci-dessus, cela signifie que la lumière doit se plier davantage avant de se rencontrer, ce qui signifie que la profondeur de champ sera plus étroite.

Distance focale

La distance focale est la distance entre le point nodal arrière (une partie complexe de l'objectif qui réfracte la lumière) et le capteur d'image. La distance focale est importante car c'est la longueur nécessaire pour plier les rayons lumineux en un point AF. Plus la distance focale est courte, plus les rayons de lumière sont courbés. Cela signifie que les sections floues sont plus proches du plan image (le capteur) et moins floues.

Les distances focales plus courtes ont une plus grande profondeur de champ, et les distances focales plus longues ont une profondeur de champ plus étroite. Donc, si vous avez un objectif 50 mm et un objectif 600 mm tous deux à la même distance du sujet, l'objectif 600 mm aura une profondeur de champ plus faible.

Smartphones et photographie numérique

Même si les smartphones ont de très grandes ouvertures, ils ont du mal à créer la même profondeur de champ que les reflex numériques dotés de super objectifs. Mais, comme ils ont une distance focale si minuscule, ils ont une profondeur de champ vraiment large, ce qui signifie qu'une grande partie de l'image sera nette.

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Entrez dans la photographie computationnelle. Le logiciel a atteint le point où il peut simuler la profondeur de champ en traitant l'image.

Contrairement à la photographie traditionnelle, la photographie computationnelle crée une «carte de profondeur» de l'image qui tente de déterminer où se trouvent tous les objets de la scène. Ensuite, il utilise des algorithmes sophistiqués pour créer des arrière-plans flous convaincants, ce qui est plus difficile qu'il n'y paraît!

Sur quoi se concentrer

En fin de compte, l'optique qui fait exister la profondeur de champ est un sujet relativement compliqué. Espérons que cet article vous a aidé à comprendre ce qu'est la profondeur de champ, comment elle est causée et comment la manipuler.

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