Optique et photographie

Séminaire de physique 2012 : Optique et photographie

I] Révisions de 4^ième année

1. Formules de conjugaison

   Ces formules algébriques fonctionnent dans tous les cas de figues, que l’objet ou l’image soit réel(le) ou virtuel(le).

   a) formule de position

   

   b) grandissement

   Le grandissement est par définition le rapport de la taille de l’image sur la taille de l’objet.

   c) Exercice

   
   Retrouver la relation de Snell-Descartes en mesures algébriques à l’aide du schéma ci-dessus.

2. Défauts des lentilles

   a) aberrations géométriques
   La forme sphérique n’est malheureusement pas la forme d’une lentille parfaite. Dessiner une lentille plan-convexe de 2 cm d’épaisseur au centre et de rayon de courbure 10cm (indice du verre n = 1,5). Dessiner le trajet des rayons lumineux parallèles à l’axe à 1cm et 5cm de l’axe optique, puis mesurer la distance entre F₁ et F₅ des foyers obtenus.
   
   
   
   
   Pour les paresseux, un fichier géogébra est attaché...

   b) milieux dispersifs

   En réalité l’indice de réfraction des différents milieux transparents varie avec la longueur d’onde. Pour un objectif photographique (convergent), on utilise des verres peu dispersifs mais il faut quand même corriger les aberrations chromatiques. C’est pour cela qu’on réalise un système trop convergent mais peu dispersif auquel on ajoute des lentilles peu divergentes mais très dispersives.

II] Constitution d’un objectif

1. Schéma

   
   
   

   Même pour un objectif de focale fixe (ici un ultra grand angle professionnel) on retrouve beaucoup de lentilles pour tenter de corriger tous les défauts des lentilles. En plus de faire la mise au point ou de changer la distance focale en déplaçant les lentilles, il faut pouvoir limiter la quantité de lumière qui entre avec le diaphragme.

    

2. Défauts et qualités

   L’objectif parfait n’existe pas ! Les objectifs à tout faire sont TRES MAUVAIS et PAS ASSEZ CHERS, mais ils font quand même d’assez bonnes photos et sont super-pratiques, alors...

   Pour un réflex, le plus gros défaut sont le poids et la taille (personnellement, je refuse de dépasser les 650g pour l’objectif). Ce qui est appréciable est la mise au point en continu (pas besoin d’enlever l’autofocus), la bague avant qui ne tourne pas (pour les filtres polarisants) et la stabilisation optique.

   Les réflexes numériques ayant un capteur plus petit qu’un film 24x36 mm², n’utilisent que la partie centrale de l’objectif (la meilleure). Le coefficient (1,6 en général) d’équivalence n’est valable que pour le champ de vision : un 55mm reste un 55mm mais l’image obtenue (comme découpée du centre) a le même cadrage qu’un 55x1,6 = 88 mm.

III] Réglages de l’appareil photographique

1. Le mode P (programme)

   L’appareil choisi seul un couple de valeurs Vitesse/Ouverture pour obtenir l’exposition choisie sur l’indicateur d’exposition :

   
   Si vous le laissez sur 0, alors même les photos en soirée auront l’air d’avoir été prise en plein jour (si elles ne sont pas ratées à cause du flou de bougé).

2. Le mode Tv (Time Value = Priorité vitesse)

   L’appareil choisit l’ouverture en fonction de la vitesse choisie. On peut éviter un flou de bougé de l’appareil et du sujet avec une grande vitesse.

3. Le mode Av (Apeture Value = Priorité ouverture)

   On choisit ici la profondeur de champ pour un cadrage donné. Une petite ouverture du diaphragme (f/8 ou f/16) donne une grande zone nette pour un paysage, alors qu’une petite ouverture (f/2,8 ou f1,4) peut isoler un visage pour un portrait.

   Les nombres d’ouverture classiques sont une suite de  : 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11 16 22 32. En passant de l’un à l’autre on multiplie ou on divise la surface du diaphragme par 2.

   Un objectif donne la meilleure résolution pour une ouverture 2 crans (2 stops) en dessous de l’ouverture maximale : Mon 17-55mm f/2,8 serait donc plus net fermé à 5,6.

4. Le mode M (Manuel)

   C’est le plus difficile car il faut rapidement modifier les deux paramètres, en contrôlant l’exposition. Avec un peu d’habitude et assez de temps pour faire les réglages, il permet de faire la photo que l’on veut au lieu d’une photo standard.

5. La correction d’exposition et la mesure de la lumière

   Cela ne sert pas seulement pour les contre-jours : la neige est d’un blanc éclatant (+2) et une photo prise dans la pénombre est... sombre (-2). En fait la lumière est mesurée par l’appareil de différentes manières :

   
   La mesure peut être automatique (évaluative), seulement sur le centre (spot = 3% du capteur), entre les deux (partial = 10 % du capteur) ou à moyenne pondérée (voir schéma ci-dessus).

6. La balance des couleurs

   On peut préciser à l’appareil le type d’éclairage de la scène photographie pour respecter les couleurs réelles. Mais ce réglage peut être fait sur l’écran d’un ordinateur s’il est (à peu près) calibré et permet d’ajouter un peu de chaleur aux lumières trop froide (comme si on utilisait un filtre jaune).

7. Le format RAW et la compression à perte JPEG

   Les cartes mémoires n’étant plus le facteur limitant, il vaut mieux enregistrer en RAW car c’est le négatif numérique et en plus il contient un aperçu JPEG de bonne qualité que l’on peut extraire.

   Le format JPEG est limité à 3x8bits = 16 Millions de couleurs contre 3x14bits = 4400 Milliards de teintes possibles. De plus, la compression JPEG perd volontairement des détails pour gagner de la place.

   Utiliser le format RAW permet donc de faire une meilleure post-production avant l’impression des photos (correction des aberrations chromatiques, plus de détails dans les zones sombres ou très lumineuses...).

IV] Prises de vue

1. Cadrage et perspective

   Le même cadrage du sujet principal peut être obtenu à des distances différentes en utilisant des longueurs focales différentes, mais :

   a) Il faut s’approcher avec une distance focale courte comme 17mm (équivalent à 27mm en argentique) ce qui fait apparaître des distorsions et donne un gros nez peu flatteur aux portraits...

   b) En s’éloignant et en utilisant une plus grande distance focale comme 55mm (équivalent à 88mm en argentique) on peut garder le même cadrage du sujet principal mais changer les distances relatives des objets en avant et en arrière plan du sujet.
   Remarque : C’est en se déplaçant par rapport au sujet qu’on change la perspective. Recadrer une photo prise de loin pour avoir un effet de zoom ne change pas les distances entre le sujet principal et le reste.

2. Profondeur de champ

   Pour isoler un sujet (portrait) du fond, il faut avoir une faible profondeur de champ donc une grande ouverture (petit nombre d’ouverture). A l’inverse pour un paysage on veut avoir le maximum de netteté donc on choisit de laisser passer peu de lumière (grand nombre d’ouverture).

   On peut calculer la profondeur de champ sur cette page mais en fait la diffraction de l’objectif limite les détails dès le nombre d’ouverture f11 ou f16 suivant les appareils.

   On trouve également sur ce site une programme pour calculer la distance dite hyperfocale (en fonction de l’ouverture et de la focale de l’objectif), c’est-à-dire la distance à laquelle on peut faire la mise au point pour avoir la plus grande profondeur de champ possible.

3. Quels filtres utiliser ?

a) Les filtres ND (neutral density) qui limitent la lumière entrant dans l’objectif pour faire des poses très longues en plein jour.

b) Le filtre polarisant permet d’éliminer la lumière polarisée par les réflexions sur des objets non-métalliques, d’avoir la peau plus bronzée, un ciel plus bleu et plus contrasté et de fait de changer la mesure de lumière de l’appareil : En haut sans filtre, en bas avec le filtre polarisant.