PCSI 2 – Lycée Carnot - Dijon Appareil photographique
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Appareil photographique
I Description
Un appareil photographique est un objet permettant la capture de vues d'objets réels.
Nicéphore Niépce, né le 7 mars 1765 à Chalon-sur-Saône est connu comme étant l'inventeur de la photographie.
Le Point de vue du Gras est la première photographie (ou héliographie : littéralement « écriture par le soleil ») permanente réussie et connue de l'histoire de la photographie, prise par cet inventeur français en 1827 dans sa maison de Saint-Loup-de-Varennes près de Chalon-sur-Saône. Elle a été réalisée à l'aide d'une chambre noire et d'une plaque d'étain polie recouverte de bitume de Judée. Le temps de pose a probablement dû être de plusieurs jours.
Nicéphore Niépce Point de vue du Gras (1827) Appareil photographique
Un appareil photographique se compose au moins d'une chambre noire avec d'un côté une ouverture pour faire entrer la lumière émise par la scène à photographier et de l'autre une surface sensible pour enregistrer cette lumière.
Dans le cas le plus fréquent, un objectif est positionné au niveau de l'ouverture (il existe aussi des appareils qui n'utilisent pas d'objectif : les sténopés).
L'objectif photographique est un système optique convergent formé de plusieurs lentilles. Un objectif de très haute qualité comprend une vingtaine de lentilles, en plusieurs groupes mobiles et incluant souvent maintenant un moteur de mise au point automatique (exploitant l'autofocus de l'appareil).
Les objectifs à focale fixe sont les plus simples conceptuellement mais si le preneur de vue souhaite ajuster le cadrage, il doit s'éloigner ou s'approcher du sujet ou changer d'objectif. Le plus courant est celui de 50 mm.
On peut aussi utiliser un zoom qui est un objectif à focale variable. Une commande déplace un ou plusieurs groupes de lentilles à l'intérieur de l'objectif, ce qui modifie de manière continue la focale.
Objectif Nikon 50 mm Objectif Leica 50 mm Diaphragme à iris
L’objectif contient un diaphragme qui conditionne l'ouverture du système. Un diaphragme à iris est constitué d'un ensemble de lamelles métalliques dont la tranche décrit un polygone régulier
Un obturateur, sorte de rideau, permet de contrôler le temps d'exposition en laissant passer temporairement la lumière.
Les surfaces sensibles utilisées procèdent de deux grandes familles : l'argentique et le numérique. Dans le premier cas, on utilise une émulsion de gélatine et de sels d'argent couchée sur une plaque de verre ou une pellicule, dans le deuxième un capteur électronique CCD (« Charge Coupled Device » pour dispositif à transfert de charges). Les images sont alors enregistrées sur un support électronique distinct du capteur, le plus souvent une carte mémoire.
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2/4 II Ouverture
L'ouverture d'un objectif photographique désigne le rapport entre la distance focale f’ de cet objectif et le diamètre D de sa pupille d'entrée : N = f’/D.
C'est un nombre sans unité noté N ou f/#. L'ouverture relative est aussi appelée « Nombre d'Ouverture (N.O.) » ou « F-number » en anglais.
La modification de ce paramètre agit sur :
* la régulation de l’illumination du capteur,
* la modification de la profondeur de champ de l’image,
* la limitation des aberrations optiques de l’objectif.
L'ouverture de base dite « pleine ouverture » d'un objectif dépend du diamètre des lentilles (lentille frontale pour un téléobjectif) et de la focale ; le diaphragme est l'élément mécanique permettant de réduire cette ouverture.
Par convention et praticité il a été défini d’utiliser une suite d’indices pour laquelle l’éclairement serait divisé (multiplié) par 2 pour le passage d’une valeur de N à celle supérieure (inférieure).
L’éclairement étant proportionnel à la surface du diaphragme, les valeurs de N forment donc une suite géométrique de raison √2.
Les valeurs gravées sur les objectifs sont des approximations, mais tout à fait applicables en usage courant. Elles correspondent aux crans des objectifs qui en sont pourvus.
Une ouverture f/1,4 correspond donc à une grande ouverture, f/16 à une petite ouverture qui laisse entrer peu de lumière. D'un cran de diaphragme au suivant, on divise ou multiplie par deux la quantité de lumière reçue. En passant de f/8 à f/11, on divise par deux la quantité de lumière reçue. En passant de f/11 à f/8, on laisse passer deux fois plus de lumière.
III Angle de champ
L'angle de champ est l'angle que va pouvoir capter un dispositif optique.
Il est lié à la valeur de la distance focale utilisée et à la taille de la surface sensible. Une courte focale (objectif grand angle) fournira un grand angle de champ, alors qu'une longue focale (téléobjectif) donnera au contraire un angle de champ faible.
L'angle de champ α couvert par un appareil de prise de vue peut être calculé par la relation suivante :
𝛼 = 2𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 𝑑 2𝑓′
où d est la longueur de la diagonale de l'image optique (supposée de forme rectangulaire), c'est-à-dire de la pellicule ou du capteur de l'appareil, et f’ est la focale de l'objectif.
Pour un objectif de focale f’ = =50 mm et un format d’image 24×36, 24 mm de haut et 36 mm de large soit une diagonale d = 43 mm, on a a = 47 °.
Diminution de l’angle de champ lorsqu’on augmente la focale
d f
α
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3/4 IV Profondeur de champ
La profondeur de champ correspond à la zone de prise de vue dans laquelle doit se trouver le sujet à photographier pour que l'on puisse en obtenir une image nette.
La profondeur de champ BC est définie par le cercle de confusion de diamètre d (schéma ci-dessous).
Ce cercle est délimité par les rayons extrêmes passant au bord d’un pixel. On sait qu’alors il n’y a pas de différence significative entre ce stigmatisme approché donnant une tache de la taille d’un pixel au maximum et un stigmatisme rigoureux.
On montre que la profondeur de champ augmente quand le nombre d’ouverture augmente : 𝑝 =!"#&'!!$%.
La profondeur de champ augmente donc quand la taille de l’ouverture diminue : on plisse les yeux pour voir plus net quand on est myope.
Mais si le nombre d’ouverture augmente, le temps de pose doit être plus long et il y a alors un risque de flou s’il y a mouvement.
f/2,8 f/16
V Exposition
L'exposition est, avec la composition, une notion fondamentale en photographie.
Une photographie correctement exposée est obtenue lorsque la surface sensible l'appareil photo (le film argentique ou le capteur numérique) a reçu une quantité de lumière appropriée par rapport à la luminosité de la scène que l'on a photographiée.
Concrètement, la photo se sera donc ni trop claire, ni trop sombre, mais bien équilibrée du point de vue de la quantité de lumière.
Sous-exposition Exposition correcte Sur-exposition
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4/4 Cette quantité de lumière dépend des trois paramètres suivants :
* La vitesse de l'obturateur. L'obturateur est une sorte de rideau devant le capteur ou le film de l'appareil photo, rideau qui se
"lève" plus ou moins longtemps, déterminant ainsi la vitesse d'exposition ou temps de pose. En d'autres termes, la vitesse détermine combien de temps la surface sensible de l'appareil photo (qui enregistre l'image) va être soumise à la lumière.
1/100 s 1/10 s 1 s
Pour un objet en mouvement, un temps d’exposition trop long induit une image floue.
* L'ouverture du diaphragme de l'objectif. Le diaphragme est constitué de plusieurs lamelles en métal qui, ensemble, constituent une ouverture circulaire dans l'objectif.
L'ouverture correspond ainsi à la taille du trou par lequel va passer la lumière pour être enregistrée par l'appareil ; une grande ouverture correspond à un grand trou qui laisse passer beaucoup de lumière, et une petite ouverture à un petit trou qui en laisse passer peu (l'ouverture du diaphragme a également un impact important sur la profondeur de champ.) Ainsi, pour qu'une photo soit bien exposée, il faut choisir une certaine combinaison vitesse/ouverture qui soit appropriée à la luminosité de la scène que l'on veut photographier. Par exemple, pour une scène avec très peu de lumière on choisira plutôt une grande ouverture et un temps de pose long.
* Enfin, il existe un troisième paramètre qui a une influence sur l'exposition : la sensibilité du film ou du capteur. La sensibilité indique si le film (argentique) ou le capteur (numérique) aura besoin de beaucoup ou peu de lumière pour être correctement exposé. Un film ou un capteur est dit sensible s'il a besoin de peu de lumière pour être correctement exposé. A l'inverse, un film ou un capteur est dit peu sensible s'il a besoin de beaucoup de lumière pour être correctement exposé. Notez que sur les appareils numérique la sensibilité peut être modifiée à loisir, d'une image à l'autre, selon les besoins et la quantité de lumière disponible (ce qui n'est pas le cas avec les films argentiques, qui ont une sensibilité donnée).
Une bonne photographie résulte donc d’un compromis entre tous ces paramètres.
A l'heure actuelle, tous les appareils numériques contiennent une cellule intégrée qui permet de mesurer la quantité de lumière perçue par l'appareil (soit la luminance, en terme physique, ou la luminosité, en terme de perception humaine).
On peut donc, jusqu'à un certain point, s'en remettre aux automatismes de l'appareil et le laisser régler les paramètres vitesse, ouverture, et sensibilité en sorte d'obtenir une exposition correcte. Toutefois, en faisant cela, on ne contrôle pas les choix fait par l'appareil – choix qui ont, à bien des égards, une grande importance sur le rendu final de la photo. De plus, il existe de nombreux cas particulier (par exemple le contre-jour), qui peuvent biaiser la mesure automatique de l'appareil et par conséquent mener à une mauvaise exposition.
On peut aussi souhaiter dans le cadre de photographies artistiques obtenir certains effets particuliers.
