La profondeur de champ

Vous avez certainement déjà remarqué que certaines photos présentent un arrière plan flou, mettant en valeur le sujet présent au premier plan. Ce flou d’arrière plan est parfois voulu (cas d’un portrait), parfois subi (un paysage avec un élément plus proche que les autres). Découlant des lois de la physique optique, il est parfois impossible d’obtenir exactement ce que l’on souhaite. Cependant, en jouant sur plusieurs paramètres, il est possible de fortement influencer cette expression du flou, permettant de réaliser des effets artistiques indispensables à la créativité.

Le flou

Commençons par définir le flou. On pourrait dire qu’il s’agit tout simplement de l’inverse du net, ce qui est déjà un bon début. Mais en y regardant de plus près, le net n’est pas si simple à définir. Reprenons donc depuis le début, une source de lumière émet des rayons qui viennent traverser les différentes lentilles composant l’objectif, avant d’illuminer le capteur. Dans un cas parfait, l’image d’une source ponctuelle devrait donner un point. C’est sans compter sur les lois physiques régissant la lumière, qui font que la projection d’un point donne une tâche aux abords diffus, généralement accompagnée de cercles de diffraction concentriques.

On parlera de netteté lorsque deux points distincts se projetteront sur le capteur en deux points qui pourront être distingués.

Si les deux tâches de projection n’en forment plus qu’une, on parlera de flou. Dans le numérique, ca se complique un peu en raison de la segmentation du capteur numérique. Le capteur est divisé en millions de petites cellules (les photosites) réagissant à la lumière, séparées par des espaces non réactifs. Ainsi, même si deux points se projettent distinctement à une distance inférieure à la taille d’un photosite, ils ne formeront qu’un seul point sur l’image finale. Cette distance est appelée cercle de convolution.

Les causes du flou

Si on exclut les défauts des objectifs et que l’on se place dans un cadre parfait, le flou sera alors uniquement lié au fait que deux rayons issus d’une même source ne se projetteront pas au même endroit sur le capteur. Cela rejoint la définition de la mise au point. En effet, faire la mise au point sur un sujet, c’est en fait régler le jeu de lentilles de l’objectif afin de faire converger tous les rayons lumineux d’un point du sujet vers un point unique sur le capteur. Pour tous les objets qui se situeront en avant ou en arrière du sujet visé, les rayons ne convergeront plus en un point unique. Ils apparaitront donc flous :

Dans l’exemple ci-dessus, on voit bien que tous les rayons de la source ponctuelle jaune, sur laquelle on a réalisé la mise au point, convergent en un point unique. Pour la source ponctuelle rouge, les rayons ne convergent plus, et on obtient une projection plus diffuse.

La profondeur de champ

La profondeur de champ (DOF en anglais, comme Depth Of Field) exprime la zone de netteté d’une photo. Lorsque l’on réalise la mise au point sur un plan précis de la composition, en théorie, seuls les objets appartenant à ce plan seront nets (puisque seuls les rayons issus de ce plan convergeront). Cependant, plus les objets seront proches de ce plan, plus leurs rayons auront tendance à converger vers un cercle de petit diamètre. Or, le capteur numérique étant segmenté, si le diamètre de ce cercle est inférieur à la taille de cette segmentation, le résultat sera tout aussi net que si l’objet était dans le plan de mise au point :

Sur l’exemple ci-contre, on constate que les rayons issus des deux points verts se projettent chacun sur deux segments du capteur, et peuvent donc être distinguées sur l’image produite. Pour les points jaunes, bien qu’issus d’objets plus lointain du plan de mise au point, ils se projettent toujours sur deux segments distincts et sont donc eux aussi discernables sur l’image. Pour les points rouges, ils se projettent tous les deux sur les mêmes segments du capteur : ils sont donc indiscernables. Les objets dont proviennent ces rayons lumineux apparaitront donc flous : ils sont en dehors de la zone de netteté. On obtient donc sur une photo une zone dans laquelle tous les objets présents resteront nets, il s’agit de la profondeur de champ :

On dit souvent que la zone de netteté s’étend pour un tiers devant la zone de mise au point, et de deux tiers derrière la zone de mise au point. C’est effectivement le cas pour les photos de type portrait, mais peut celà peut se révéler inexact dans d’autres situations. En effet, sur une photo de paysage, la netteté s’étend jusqu’à l’infini, et en macrophotographie, elle se répartit moitié en avant du sujet et moitié en arrière. Tout ceci se calcule facilement, mais ce n’est pas le but de cet article…

Comment influencer la profondeur de champ

En posant les calculs, ce que je ne ferai pas ici, on constate que la profondeur de champ varie en fonction des points suivants :

• La distance à laquelle se fait la mise au point : plus la distance de mise au point sera courte, plus la profondeur de champ va diminuer.
• La taille du capteur : plus le capteur sera grand, plus la profondeur de champ sera courte. En effet, pour avoir le même cadrage, on sera plus proche avec un appareil grand format qu’avec un petit capteur, et donc la distance de mise au point sera courte.
• L’ouverture du diaphragme : ce phénomène est lié aux rayons lumineux à forte incidence, qui vont être plus ou moins bloqués par le diaphragme, et qui vont arriver sur les parties extérieures du cercle de projection sur le capteur. L’animation flash ci-dessous en montre le principe. Cliquez sur les flèches bleues pour ouvrir ou fermer le diaphragme.

Si l’on souhaite flouter au maximum l’arrière plan, il faut donc d’un côté se rapprocher du sujet, de l’autre prendre l’ouverture la plus petite. Cependant, réduire l’ouverture (càd ouvrir le diaphragme) a ses limites, car les objectifs produisent souvent des images de moins bonne qualité à leurs ouvertures minimales. Il faut donc faire des compromis.

A titre d’exemple, voici deux photos montrant la différence de profondeur de champ en fonction de l’ouverture :

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