la profondeur de champ en photographie numérique

Profondeur de champ

La profondeur de champ est la zone de netteté que l’on obtient sur une photo.  Elle se caractérise par une distance minimale et une distance maximale de netteté.

profondeur_de_champ

Plusieurs paramètres influent sur la profondeur de champ : diaphragme, distance de mise au point, distance focale de l’objectif et le cercle de confusion.

Calcul de la profondeur de champ

 

 

Le calcul de la profondeur de champ est relativement simple.
Lorsque la distance de mise au point est très supérieure à la distance focale, on utilise les formules suivantes :

H = f x f/(N x c)         Dmin = H x Dmap/(H + Dmap)         Dmax = H x Dmap/(H – Dmap)      PdC = Dmax – Dmin

f : distance focale de l’objectif
N : diaphragme
c : cercle de confusion
H : hyperfocale (distance du premier plan net lorsque l’objectif est réglé pour une distance infinie)
Dmap : distance de mise au point
Dmin : distance du premier plan net
Dmax : distance du dernier plan net
PdC : profondeur de champ

Toutes les longueurs sont exprimées dans la même unité.

 

Cercle de confusion

Historiquement, en photographie argentique, le cercle de confusion  est sur une image, le diamètre des plus petits points juxtaposés discernables à l’œil nu à une distance normale de vision.

cercle de confusion

d’après Wikipedia

Les deux points idéaux sont séparés en A.
Ils sont encore bien définis en B et ne le sont plus en D.
Le cercle de confusion est proche du diamètre des points en C

L’oeil humain doté d’une bonne acuité visuelle (10/10) est capable de séparer des détails distants de 0,2 mm et situés sur une feuille à 25 cm. Le champ de vision  correspond à un cercle de 29 cm de diamètre à cette distance . Ramenée à un capteur 24X36 mm (6,7 fois moins large), la résolution passe à 0,030 mm.
C’est la définition du cercle de confusion pour un film 24X36. Pour un film APS (18X24) on aura un cercle de confusion de 0,020 mm.

Cette définition est très couramment utilisée en photographie numérique, encore actuellement : ici et
Il est pourtant facile de faire un agrandissement de l’image numérique sur un écran et de se rendre compte qu’on peut discerner des détails plus fins que 0,020 mm sur un capteur de taille « APS-C ».

Christophe Métairie a montré par expérimentation que le cercle de confusion est d’environ 1,5 fois la largeur d’un pixel que ce soit pour un Pentax 645D moyen format de 40 M pixels ( un pixel fait 0,0066  mm de large) ou pour un compact Canon S80 (pixel de 0,0047 mm).

J’ai pu vérifier cette mesure en photographiant une mire inclinée à 20° et graduée en cm dans les plans verticaux.
Ce type de mire est utilisé pour vérifier et régler le calage de la mise au point ( voir Lensalign ou SpyderLenscal)

Conditions de prises de vue :
Appareil : Canon 5D Mk3
Objectif : Canon 50mm F1,4 ouvert à F1,4
Mise au point à 2,5 m

5D3 _C50mm 1,4 MPC-6005

 

 

On constate que la zone de netteté s’étend de 4 cm en avant et 4 cm en arrière par rapport à la cible de mise au point.
La profondeur de champ fait environ 8 cm.
En utilisant le calculateur ci-dessus configuré avec un cercle de confusion de 1,5 pixels ( 9,4 microns pour le Canon 5D Mk3) , on arrive à une profondeur de champ calculée de 6,7 cm
Avec la méthode de l’acuité visuelle, utilisant un cercle de confusion de 30 microns, la profondeur de champ serait de 21 cm.
Or on voit nettement que la zone de netteté sur ma mire est bien plus réduite.

 

Exemples de profondeur de champ

 

Exemple 1 :
Canon 600 D (APC-C) avec un objectif de 35 mm ouvert à F:5,6 et  une mise au point à 5 m.
On prendra comme  cercle de confusion :
– acuité visuelle 0,030 mm en 24 x 36 et 0,019 mm en APS-C (mettre une définition de 2,2 millions de pixels dans le calculateur)
– 1,5 pixels (0,0065 mm)
on obtient :

cercle de confusion (mm) 0,019 0,0065
hyperfocale (m) 11,5 33,7
distance premier plan net (m) 3,5 4,4
distance dernier plan net (m) 8,8 5,9
profondeur de champ (m) 5,3 1,5

On voit que la zone de netteté est plus réduite en utilisant une valeur de cercle de confusion de 1,5 pixels.
Les tables anciennes de profondeur de champ, calculées avec la méthode de l’acuité visuelle, ne sont pas adaptées aux appareils numériques actuels pour tirer le maximum de résolution dans la zone considérée comme nette autour de la distance de mise au point.

Exemple 2 :

Profondeur de champ gravée sur l’objectif Canon FD 50 mm F 1,8 d’un reflex argentique.

150318 Canon FD 50 mm PdC-2921Pour une mise au point de 2 m, avec une ouverture de F 22, la profondeur de champ s’étend d’environ 1,3 m à 4,5 m soit une profondeur de champ de l’ordre de 3,2 m

En reprenant le calculateur ci dessous, avec les mêmes données, Canon est parti d’un cercle de confusion de 30 microns pour trouver cette profondeur de champ.

 

Cas de la macrophotographie

Le sujet est proche de l’appareil et on travaille avec des grandissements voisins de 1 ou plus. Le grandissement G est le rapport entre la taille du sujet et celle de son image sur le capteur.
La profondeur de champ est égale à :
PdC = 2 x N x c x (G+1) /( G x G)

Cette formule est à utiliser lorsque le grandissement est supérieur à 0,1


voir aussi

4 réflexions sur « la profondeur de champ en photographie numérique »

  1. Excellent article, bien que très technique.
    Il y a un bug dans les règles de calcul. On ne devrait pas pouvoir sélectionner deux types de boitier en même temps.
    Ça donne des résultats qui additionnent , et qui évidemment sont faux .
    Merci Germain

  2. Bonsoir,
    Je fais de la photo depuis de nombreuses années et je viens de lire ton article sur la profondeur de champ
    qui d’après toi se calculerait d’après la définition du capteur en nombres de pixels,ce qui changerait le
    chiffre du cercle de confusion. Le 24- 36 en plein format numérique serait différent de l’argentique .je
    possède un nikon d810 et jusqu’à aujourd’hui quand je faisais des photos en hyperfocale avec une focale
    de 24mm avec une ouverture de f/16 la distance était de 1.20m ,d’après ton calculateur la différence est
    énorme ,alors je reste perplexe .Je me pose la question si c’est réellement exact .De tous les articles que j’ai
    lu personne n’a signalé ce cas de figure ,tu es le premier et pourquoi personne d’autre n’en parle.Merci.

  3. Bonjour Iwan,
    Merci pour ta contribution.
    En fait c’est une question de définition : soit on part
    – d’un point de vue photographique avec une image imprimée sur du papier et comme point de départ l’acuité visuelle d’une personne qui observe l’image imprimée. Cette approche de la profondeur de champ est utilisée depuis la photographie argentique et se retrouve encore dans presque tous les articles qui traitent de la profondeur de champ en photographie numérique. Avec ce type de raisonnement on aurait la même profondeur de champ que le capteur fasse 10 ou 50 millions de pixels.
    – d’un point de physique. Là on mesure la profondeur de champ en photographiant une mire graduée pour déterminer la zone de netteté dans l’image prise par le capteur et agrandie sur l’écran du PC (voir aussi mon article sur la mesure du front ou back focus). Cette approche est beaucoup plus exigeante avec une profondeur de champ qui est aussi fonction de la définition du capteur. Christophe Métairie ( http://www.cmp-color.fr/pdc.html ) utilise la même approche et m’a inspiré pour cet article.

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