La profondeur de champ

Le terme Profondeur de champ définit la zone dans laquelle tous les éléments sont nets. La profondeur de champ d’une image est contrôlée par trois facteurs: la distance du sujet, la focale de l’objectif et l’ouverture employée pour capturer l’image.

Le terme de Profondeur de champ couvre une notion assez « élastique »: la netteté acceptable. La perception de la netteté peut être différente d’un individu à l’autre. Il n’est pas nécessaire que les objets — ou les gens — soient absolument nets mais bien identifiables.

Pour les utilisateurs d’appareils numériques, cette profondeur de champ est un sujet plus sensible car elle est plus difficile à contrôler qu’avec un appareil compact à film. Les dimensions réduites des capteurs entraîne l’usage de focales très courtes et cela confère aux images une profondeur de champ bien supérieure à celles obtenues avec un appareil 35mm.

L’influence de la distance du sujet sur la profondeur de champ:

La profondeur de champ s’amoindrit avec la proximité du sujet. Cela veut dire que si la distance sujet/objectif diminue, la profondeur de champ fait de même pour une ouverture constante. De même, si la mise au point est faite sur l’infini, la zone de netteté devant le sujet devient faible alors que tout ce qui se trouve derrière reste net.

Longueur focale et plan focal:
La Longueur Focale décrit la distance, mesurée en millimètres, depuis le point focal de l’objectif au plan focal.

Le plan focal est la surface — dans ce cas celle du capteur — qui doit être uniformément couverte par le cercle de lumière créé par l’objectif.

Les dimensions physiques de l’objectif sont dictées par la surface du plan focal. Vu que la diagonale du plan focal représente sa plus grande dimension, le diamètre du cercle de lumière créé par l’objectif doit excédé cette mesure.
Donc, dans le cas d’un capteur ayant une diagonale de 1/2 pouce, pour assurer une couverture complète du capteur, le cercle créé par l’objectif doit avoir un diamètre supérieur à 1/2 pouce au niveau du plan focal. Avec un appareil 35mm, cette couverture doit être encore plus grande — ceci explique les objectifs plus gros et plus longs.
Cela entraîne que plus l’objectif est long, plus la profondeur de champ sera réduite. Du moment que la distance entre l’objectif et le sujet reste identique et à ouverture constante, plus la focale est longue, plus la profondeur de champ est réduite. Du coup, si la focale est courte, la profondeur de champ augmente.

 

La relation entre l’ouverture et la profondeur de champ :

 

Non seulement la longueur de la focale employé agit sur la profondeur de champ, mais aussi l’ouverture ou diaphragme choisi. Ce diaphragme contrôle la quantité de lumière qui passe au travers de l’objectif avant d’arriver sur le capteur. Les appareils équipés d’un diaphragme variable ont un tel dispositif qui fonctionne comme un iris. Le diaphragme donne un contrôle de l’exposition dans le même temps car il est lié à la vitesse d’obturation.
Les différentes ouvertures — ou diaphragmes — sont obtenues par un jeu de lamelles qui s’ouvrent et se ferment.

L’illustration ci-dessous montre la relation entre l’ouverture et la profondeur de champ:

(Notez que les valeurs de diaphragme sont indicatives afin d’illustrer la relation ouverture/profondeur de champ et ne correspondent pas précisément à des diaphragmes.)

 

Au fur et à mesure que la valeur du diaphragme augmente, par exemple de f2 à f11, la profondeur de champ s’agrandit — ce qui donne un bon moyen mnémotechnique de se souvenir de la relation:

petite valeur de diaphragme = faible profondeur de champ,

grande valeur de diaphragme = plus de profondeur de champ.

L’influence de la focale sur la profondeur de champ

Comme nous l’avons dit précédemment, les focales courtes ont par définition une profondeur de champ élevée. Du fait que les appareils numériques compacts utilisent des focales très courtes, obtenir une grande profondeur de champ — avec des objets en avant et arrières plans bien reconnaissables — n’est pas un problème, mais avoir une profondeur de champ faible est plu difficile. En fait, en grand angle (focales courtes) et avec une mise au point à 3 ou 4 mètres (9 à 12 pieds) la profondeur de champ donnée par un appareil numérique compact est très grande et la variation de l’ouverture du diaphragme agit sur plus l’exposition que sur la profondeur de champ. A la différence des appareils utilisant du film 35mm, ces appareils demandent d’avoir le sujet très proche pour que les changements de profondeur de champ deviennent visibles.

Ceci est démontré par les images ci-dessous, toutes deux du même sujet, photographié  à f2.8. Le cadrage est le même, comme cela est souligné par une largeur de champ constante.

CALCULONS LA PROFONDEUR DE CHAMP

Pour info: – la taille du capteur d’un EOS 40D CANON est: 22,2 X 14,8 mm
– Objectifs Canon EF (y compris les objectifs EF-S) (La longueur focale équivalant à 35 mm est environ 1,6 fois la longueur focale de l’objectif)
Pour calculer automatiquement la profondeurde champ ,utiliser le logiciel téléchargeable ici : ../zip/ProfChamp.zip

TABLEAU POUR EOS 40D CANON

 

EXPLICATION DES CALCULS

Avant de définir la profondeur de champ, il faut définir quelques notions comme le « flou » et les « cercles de confusion » ainsi que « l’hyperfocale ».

Qu’est ce que le flou ?
En physique (mais ne vous effrayez pas !), par rapport à une lentille, on ne parle pas d’image mais de point. En simplifiant considérablement les choses, on se contentera du cas où l’objet (point O) à photographier est sur l’axe de l’objectif. Son image à travers la lentille (qui est biconvexe) sera aussi sur l’axe et sera matérialisée par un point parfaitement net (point I). Si on se place, ou plutôt si l’on place le film un peu avant ou un peu après, l’image I de l’objet O sera floue…

Heureusement, notre œil accepte une petite marge d’erreur sans que l’on y voie de différence, c’est ainsi que nous allons définir les cercles de confusion.

Cercles de confusion

Les cercles de confusion sont deux points (deux minuscules cercles) placés l’un à côté de l’autre sur un négatif de manière à ce que leurs bords se touchent sans se chevaucher ni présenter un écart entre eux. Le diamètre de ces points a été mesuré sur le négatif dès que les points sont apparus nets et distincts sur le papier.

Le diamètre (e) de ces cercles est appelé diamètre de confusion. Il est variable en fonction de la taille d’un négatif et aussi variable en fonction de l’observateur. Suivant les individus, on voit plus ou moins bien et la notion de netteté est légèrement différente pour chaque humain.
En règle générale, on accepte :
un diamètre de 0.02mm pour un négatif 24*36
un diamètre de 0.05mm pour un négatif 6*6
un diamètre de 0.1mm pour un négatif 4*5 inch.

Avant de calculer la profondeur de champ, il faut déterminer l’hyperfocale.

Distance hyperfocale, définition et calcul

La distance hyperfocale (H) c’est la distance minimum au delà de laquelle tout est net. En mettant au point à l’hyperfocale, on est net depuis la moitié de l’hyperfocale jusqu’à l’infini.

La distance hyperfocale se calcule pour chaque objectif. Elle répond à la formule

avec
F = la focale de l’objectif en mm
N = ouverture (diaphragme)
e = diamètre du cercle de confusion en mm

Exemple : un objectif de 50mm à f 2 avec un négatif 24*36 cela donne

à f 8 cela donne 15,6m
avec un objectif de 100mm à f 2 on a 250m
Conclusion, l’hyperfocale est directement influencée par la focale de l’optique et inversement est influencée par l’ouverture de cette optique.

On a vu que lorsque l’on fait la mise au point sur un objet situé à l’hyperfocale, on est net de la mi – distance de l’hyperfocale jusque l’infini; dans le premier cas calculé, on sera net de 31.25m jusque l’infini.

Si on fait la mise au point sur un objet situé à une distance plus courte que l’hyperfocale, on remarque que l’infini devient flou et que l’avant plan devant l’objet est flou aussi.

Cette zone de netteté entre les deux limites de netteté c’est la profondeur de champ.

Calcul de la profondeur de champ

Comme on considère nettes les images se trouvant entre les plans contenant les cercles de confusion on peut alors retrouver les objets de ces images.

Pour la facilité du dessin on remplace les cercles de confusion par des points (A’ et C’) et on recherche les objets de ces points.

Tous les points contenus entre A et C sont considérés comme nets sur la pellicule. On constate que le plan où se trouve le point B s’appelle plan de netteté. Que le plan ou se trouve le point A s’appelle DPN (dernier plan net) et que le plan où se trouve le point C s’appelle PPN (premier plan net).

L’espace entre les points A et C s’appelle  » profondeur de champ « . La profondeur de champ c’est une zone de netteté qui s’étend en deçà et au delà du plan de netteté. Elle se repartit 1/3 devant et 2/3 derrière. Les objets situés en dehors de la profondeur de champ seront flous sur l’image.

Les formules

La profondeur de champ PDC = PPN – DPN
H = Hyperfocale et d = distance de mise au point
avec

Exemple : un objectif de 50mm ouvert à f 2 a une hyperfocale à 62.5m. La distance de mise au point est de 10m ; Quel est la profondeur de champ ?

La distance de mise au point est de 10m et la profondeur de champ de 11.9 – 8.6 = 3.3m avec 1.4m entre l’objet et le PPN et 1.9m entre l’objet et le DPN.

EN CONCLUSION
Sur le terrain, il est difficile de calculer la profondeur de champ avec exactitude surtout en reportage où l’on doit prendre rapidement des photos. Ce qu’il faut retenir pour une application pratique et rapide de ce réglage de la profondeur de champ, c’est qu’il y a trois facteurs qui influencent la profondeur. Dans les formules nous voyons que la distance de mise au point (d), la focale (F) qui se trouve dans la formule de H et l’ouverture du diaphragme (N) qui se trouve aussi dans la formule de H sont les trois facteurs que l’on dispose sur le terrain et qui nous permettent de régler la profondeur sans calculer.

IL FAUT RETENIR QUE :
– Si le diaphragme augmente (c’est-à-dire passer de f 2 à f 16) la profondeur de champ augmente.

– Si la focale diminue (c’est-à-dire passer de 50mm à 24mm) la profondeur de champ augmente.

– Si la distance de mise au point augmente (passer de 3m à l’infini) la profondeur de champ augmente.