Une simple lentille bi-convexe est capable de former une image dans son plan focal. On peut expérimenter ce fait avec une simple loupe que l'on approchera plus ou moins d'une feuille blanche, loupe dirigée vers une lampe par exemple. Lorsque la distance loupe/papier sera proche de la distance focale de la loupe, l'image inversée de la lampe apparaîtra sur la feuille. C'est ainsi que nous nous sommes tous amusés à brûler une feuille de papier en focalisant l'image du soleil sur une feuille.
Mais cette image est fortement dégradée en qualité par diverses aberrations liées à la géométrie de la lentille de la loupe elle même.
Les objectifs utilisés en photo ne peuvent s'accommoder des ces défauts. Les opticiens doivent donc ajouter d'autres lentilles destinées à corriger les défauts d'une lentille simple. C'est la raison de la complexité et du coût de nos objectifs.
D'autre part l'optique est toujours un compromis (qualité/poids, prix...). Corriger certains défauts peut en amener d'autres, mais heureusement ils sont bien inférieurs aux défauts corrigés!
Dans la théorie les objectifs ont leur plus grande résolution optique à pleine ouverture. Mais dans la théorie seulement, car nos objectifs complexes n'obtiennent cette qualité maximale qu'un peu diaphragmés...mais pas trop, car à l'opposé un autre phénomène vient perturber la qualité des objectifs, la diffraction.
La diffraction est un phénomène optique lié à la nature ondulatoire de la lumière. Sans entrer dans des détails complexes on pourrait dire, en simplifiant fortement, que la trajectoire des rayons lumineux qui passent au contact des arrêtes des lamelles du diaphragme est perturbée et ils n'aboutissent donc plus tout à fait au point prévu sur le capteur. Un point de l'image est alors diffus au lieu d'avoir des contours bien nets.
Une explication un peu plus réaliste est que les ondes lumineuses qui passent au contact des tranches des lamelles de diaphragmes voient leurs caractéristiques modifiées, dès lors il se produit des interférences entre les ondes modifiées et celles qui n'ont pas subit ces transformations ce qui crée des images parasites autour de chaque point focalisé sur le capteur. Plus le diaphragme est fermé plus la proportion de surface formée par les arrêtes du diaphragme perturbant la lumière prend de l'importance par rapport à la surface du trou laissant passer la lumière librement, et plus l'image est dégradée.
À cause de la géométrie régulière des photosites des capteurs, cette aberration apparaît plus tôt en numérique, c'est donc une donnée importante dont il faut tenir compte, car on pourrait soupçonner à tort l'appareil d'être la cause d'une qualité d'image inférieure à celle que l'on obtenait avec le même objectif en argentique. Avec l'arrivée des appareils très denses en photosites (D7000, D800...) la diffraction devient un paramètre de plus en plus critique, il serait prudent de ne pas dépasser f/11 en 24/36 et f/8 en aps-c si l'on désire profiter de la meilleure résolution du capteur.
De manière générale autant un objectif qui donne satisfaction sur un D700 donnera la même satisfaction sur des tirages de même taille avec un D800, autant les images du D800 visionnées à 100% à l'écran risquent de décevoir si l'objectif ne peut exploiter le gain en résolution permis par le capteur du D800.
Les dernières générations de zooms amateur/expert sont au top de 6,3 à 8. Les zoom pro sont au top dès le premier diaphragme après la pleine ouverture!
Pour plus de précision:
La formule simplifiée mais suffisante (donnée par R Bouillot) permettant d'avoir une idée plus précise du seuil à ne pas dépasser:
f = p X 2,12
ou f est l'ouverture, p le coté du pixel en micromètre
Soit:
- Pour le D100: 7,5 x 2,12= 15,9 donc f/16
- Pour le D200, D600: 5,8 X 2,12= 12,3 donc f/11 max
- Pour le D300, D90: 5,5 X 2,12=11,6 donc f/11
- Pour le D7000, D7100, D800: 4,8 X 2,12=10,1 donc f/11 max
- Pour le D700: 8,4 X 2,12 = 17,6 donc f/16
Cette valeur de diaphragme est le seuil au delà duquel la qualité chute fortement, mais la diffraction apparaît avant! Donc, surtout en aps-c, évitez de diaphragmer au delà de f:8 si vous voulez tirer le meilleur de vos objectifs, à f:11 avec ce type de capteur la résolution des objectifs chute de 20% minimum*.
*exception pour les zooms télé amateurs à leur focale extrêmes (type 70/300 par exemple où à 300mm le meilleur est atteint à f11, car la perte par la diffraction est compensée par le gain en résolution par élimination des aberrations.
Pour voir démonstration de l'effet de la diffraction sur le piqué de l'image
Au moins partielle car on ne peut rien contre la cause (phénomène lié à la physique). La diffraction a un effet assez proche (même si pas absolument identique) au flare qui agit sur l'image comme lorsque une forte lumière tombe sur un écran de téléviseur ou d'ordinateur, le contraste est fortement affecté, l'image devient fade et perd beaucoup de piqué. Si on doit utiliser un diaphragme très fermé (comme f/16 ou f22) pour obtenir beaucoup de profondeur de champ, on ne pourra éviter ce problème.
Mais comme il s'agit, pour une part au moins, d'une perte de contraste, on pourra avec bénéfice agir en post traitement en augmentant le contraste général, et aussi le contraste local avec un réglage d'accentuation bien dosé. Par exemple avec le script photoshop que je propose ici. Ceci redonnera à l'ensemble de l'image quasiment le même aspect qualitatif que si elle avait été prise avec un diaphragme moins fermé. Mais on ne pourra rattraper la perte de résolution pour les plus fins détails qui se situaient déjà à la limite extrême de la résolution de l'objectif. Mais ceci est vraiment très minime devant le gain de PDC obtenu à f/16.
Donc considérez la caractéristique la plus utile dans l'image que vous réalisez: pour du paysage c'est souvent la profondeur de champ maximale, dans ce cas n'hésitez pas à utiliser f/16. En macro c'est encore plus simple car par principe on est alors très près du sujet et contrairement au paysage, les détails du sujet sont finalement assez gros en fait. Donc la petite perte sera invisible même à f/22 à condition de réaliser un bon post-traitement.
Ci-dessous un exemple de l'effet de la diffraction et la correction possible. Image de gauche réalisée à f/5,6, image de droite réalisée à f/16 avec un D800E, extraits d'image à 100%, on voit bien la perte de contraste/netteté.
Passez la souris du l'image de droite vous pourrez voir la correction effectuée dans un logiciel de traitement d'image.
Vous pourrez constater que l'image a repris toute sa vigueur! La limite se trouve dans les plus fins détails comme le grain du crépis du mur ou les branchages plaqués au mur qui ne sont presque pas améliorés car ils sont déjà à la limite de la résolution de l'objectif dans l'image de gauche.
Mais si on regarde l'image entière on ne voit plus du tout de différence entre l'image à f/5,6 et l'image à f/16 même en tirage A1. Ce n'est visible qu'à 100% à l'écran.
Mise à jour le 17/10/2014
Il est aussi possible si l'on veut vraiment aller au maximum de l'amélioration, d'agir sur les détails de faible contraste comme la plante grimpante et le relief du crépis du mur, en créant une courbe de contraste avec l'outil courbe de PS ou autre. Cette courbe sera très étroite pour n'agir, en augmentant le contraste, que sur les valeurs situées entre le mur et le ton de la plante au mur.
Ainsi on annulera plus de 50% de l'effet de la diffraction amenée par le diaphragme f:16
La meilleure résolution des objectifs se trouve de manière générale autour de f/5,6 à f/6,3 au centre.
Ceci est particulièrement vrai avec les zooms modernes. Par exemple le récent 24-120 f/4 VRII a son pic de piqué au centre à f/5,6, et le meilleur compromis centre/bords à f:8. Donc avec ce type d'objectif dans les positions "télé" de 85 à 120, il est intéressant d'utiliser F/5,6 lorsque l'on désire le piqué maxi au centre, ou f/4 pour la plus faible profondeur de champ possible avec une légère dégradation du piqué (visible en tirage à partir de A3).
En grand angle on pourra privilégier l'homogénéité à f:8 Mais dans tous les cas de f:4 à 6,3 le piqué va de très bon à f4 à excellent à f/5,6 et f/8.
Exemples d'images au D700 à F/4 et f/5,6 à 120mm avec le 24-120 f/4 VRII. Les images ci-dessous sont des extraits de l'image ci-contre agrandie au format d'un tirage de 1,40m de base.
Les objectifs sont souvent affectés de plusieurs aberrations, déformations géométriques, aberrations chromatiques, vignettage...Plusieurs de ces défauts sont corrigés ou corrigeables dans Capture NX2 (l’aberration chromatique est corrigée automatiquement dans l’appareil en jpg et dans Capture NX2 en RAW). Le vignettage et les déformations géométriques sont corrigeables manuellement dans NX2 ou automatiquement avec certains logiciels comme DxO. Les dernières générations d’appareils nikon peuvent corriger le vignettage dès la prise de vue (D3/D700/D7000/D800...)
Reste l’aberration chromatique longitudinale qui est plus délicate à corriger. Elle se traduit par des liserés rouges et bleus en bordure des contours des objets qui sont hors mise au point et principalement en contre jour (arrière plan sur exposé) et sur l’ensemble de l’image aux grandes ouvertures. Ce type d’aberration est corrigé par l’utilisation de verres spéciaux et lentilles asphériques, absents dans beaucoup d’anciens objectifs. Et partiellement corrigeable dans Capture NX2 et DxO.
Attention: Avec les appareils DX récents(D7100 par exemple) leur densité en pixels étant très importante ils sont très exigeants en niveau de qualité optique. L'utilisation de multiplicateurs est donc peu conseillée. D'autant que le format de capteur permet par principe un angle de champ plus faible donc une focale équivalente plus longue qu'avec un appareil DX (24/36).
Ces compléments optiques permettent de simuler l'utilisation d'une focale plus longue que celle utilisée. Ils agissent (en quelque sorte) en agrandissant l'image projetée sur le capteur par l'objectif. Ces accessoires existent en différentes puissances:
- Le TC-14E-II multiplie par 1,4 la focale apparente de l'objectif utilisé
- Le TC-17E-II par 1,7 fois
- ¬e TC-20E-III par 2.
Ainsi avec un D800 et un 200mm équipé d'un TC-20E-III on aura la même taille du sujet dans l'image que si on avait utilisé un 400 mm. Autre avantage, la mise au point minimale de l'objectif reste identique, permettant des agrandissements plus importants. De plus le prix d'un doubleur reste bien sûr inférieur à un objectif de plus longue focale...
Ces avantages ne sont pas pourtant miraculeux; ils s'accompagnent d'une perte de lumière équivalente à 2 diaphragmes pour le TC-20 (1,5 pour le TC-17 et 1 pour le TC-14). Par exemple avec le TC-20E-III le 70/200 f:2,8 devient un 140/400 f:5,6.
Il y a aussi une perte de résolution due à cet agrandissement de l'image, mais, si on utilise un très bon objectif, et comme on sélectionne la partie centrale de l'image qui a toujours la meilleure résolution, la perte réelle dans la pratique est acceptable compte tenu de la simplicité et du coût/encombrement du système.
De plus si l'on compare l'image obtenue avec le doubleur à l'image fournie par l'objectif seul mais agrandie pour être d'une taille équivalente, il y a un gain notable avec le doubleur.
Ci-contre, détails d'images réalisées avec le D700 et le 70/200 2,8 VRII avec doubleur TC-20E-III puis avec l'objectif seul (et agrandie à la même taille pour comparaison), images vues à 100%. A taille de sujet égale, le gain en résolution et en finesse de grain est évident. Il faut bien sûr mettre en balance le gain en focale, le prix inférieur, le poids et encombrement bien plus faibles, avec la perte de luminosité qui peut rendre certaines prises de vues difficiles en lumière faible. D'autre part, le fonctionnement de système AF n'étant garanti que jus qu'à f/5,6 (f/8 maintenant avec les D800 et D600 et suivants), un multiplicateur ne pourra être utilisé en AF que si l'objectif + multiplicateur est équivalent à f/5,6 au maximum (f/8 avec D800-D600).
Donc au moins objectif f: 4 avec 1,4x, f:3,5 avec 1,7x et f:2,8 avec 2x.
Et f/5,6 avec 1,4x, 4,5 avec 1,7x et 4 avec 2x avec les D800/D600. Néanmoins le prix d'un doubleur de haute qualité comme le TC-20E-III n'est pas négligeable.
D'autre part il faut tenir compte du fait que l'utilisation d'un téléobjectif + multiplicateur conservant une taille et un poids souvent inférieurs à ceux d'une focale équivalente, peut faire oublier qu'une très longue focale nécessite des précautions particulières de prise de vue.
Un 400mm, par exemple, ne s'utilise pas à la main facilement...Même sur pied il nécessite des précautions. Et même si cela peut paraître surprenant, force est de constater que quelques soient les qualités optiques d'un ensemble Objectif + multi, le taux de flous de bougés sera bien supérieur à celui que l'on obtiendrait avec un 400mm. On devra dont être encore plus attentif à bien utiliser le VR et à s'entraîner afin d'optimiser sa propre stabilité.
Conseils:Si vous souhaitez utiliser un multiplicateur de focale et rester dans un bon niveau de qualité, compte tenu de la dégradation obligatoire du piqué et/ou du bruit, il est impératif que le sujet ait une taille importante dans le cadrage final au moins 30% de la surface de l'image avec le multi monté. Au dessous passez votre chemin.D'autre part la perte de qualité de l'image lors de l'utilisation d'un multiplicateur sera faible en cas d'ambiance lumineuse importante qui permettra à la fois d'utiliser une faible sensibilité, un diaphragme au moins fermé d'une valeur, tout en utilisant une vitesse compatible avec le sujet.Lorsque l'ambiance devient moins lumineuse la perte de luminosité induite par le multiplicateur obligera d'utiliser la pleine ouverture et une sensibilité plus élevée pour maintenir une vitesse compatible avec la mobilité du sujet et la qualité finale de l'image sera moins bonne. Ceci est encore plus sensible avec les zoom peu lumineux dont l'ouverture équivalente sera ramenée à f/8 avec le multiplicateur. |
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