Introduction
Comment fonctionne la profondeur de champ ?
Comment varie la profondeur de champ ?
Comment contrôler la profondeur de champ sur votre appareil ?
Influence du capteur
Le cas particulier de la macrophotographie
L’hyperfocale
Calculer une profondeur de champ précise
Un tableur sous Excel pour vous aider
Introduction
En photographie, la profondeur de champ (Pdc) est une zone de netteté qui se situe quelque part entre l’appareil photo et l’infini. Sa longueur peut être très faible, quelques millimètres ou très importante, plusieurs dizaines kilomètres.
C’est un élément fondamental de la prise de vue car elle donne à une photographie une grande force expressive. Elle permet d’orienter le regard sur un détail précis d’une scène ou, au contraire, mettre en valeur toute l’étendue d’un sujet.
Comme le montre la série de photos ci-dessous, bien maîtriser cette fonction est primordial pour donner un sens à une photo. Ici les profondeurs de champ sont classées par ordre de grandeur.
*Cliquez sur les images pour les visualiser en haute résolution
Photo n°1
Ici la profondeur de champ ne mesure que quelques millimètres. Cela permet d’orienter le regard vers les gouttes d’eau situées au centre de la toile d’araignée.
Photo N°2
Sur cette photo, elle mesure quelques centimètres afin d’avoir net à la fois les pétales et le pistil de la fleur.
Photo N°3
Dans ce sous bois, elle mesure environ 1,50 mètre. De cette manière, on a un fond un peu moins flou, ce qui permet de placer le sujet dans son environnement.
Photo N°4
Ici, on a l’impression que le viaduc de Millau est parfaitement net. En fait non, un zoom sur la photo montre que seul le premier plan l’est. La profondeur de champ doit mesurer environ 10 mètres.
Photo N°5
Sur cette photo d’architecture intérieure, il était très important que l’ensemble soit parfaitement net, aussi bien l’escalier du premier plan que le fond de la salle situé à environ 30 mètres.
Photo N°6
Dernier exemple avec cette photo classique de paysage ou la zone de netteté est très importante. Elle démarre à quelques mètres jusqu’à l’infini.
Généralement on s’intéresse à la profondeur de champ lorsqu’on veut apporter à une photo une certaine originalité via un arrière plan plus ou moins flou. Mais il est difficile de savoir quelle longueur va mesurer la profondeur de champ. Pour gérer correctement cette technique, il est nécessaire de bien comprendre son fonctionnement.
Comment fonctionne la profondeur de champ ?
Si l’on fait par exemple la mise au point à 3 mètres avec un objectif de 50 mm dont l’ouverture est réglée à f/5.6, ce n’est pas seulement la partie du sujet située à 3 m qui est nette mais toutes les parties situées entre 2m50 et 3m80.
La Pdc est donc une zone de netteté qui se situe entre deux points précis :
- Le PPN c’est à dire le Premier Plan Net.
- Le DPN qui correspond au Dernier Plan Net.
Par rapport à la distance de mise au point (ligne rouge), la profondeur de champ va se diviser en deux parties :
- Une zone avant qui correspond à environ 30% de la Pdc.
- Une zone arrière à environ 70%.
Au moment de la prise de vue, il est donc essentiel de faire la mise au point sur le premier tiers de la scène. afin d’exploiter au mieux la Pdc.
* Une mise au point sur l’infini ou proche de l’infini ne répond à cette règle.
Note technique :
Les Ppn et Dpn ne sont que des notions relatives car elles dépendent du degré de netteté exigé : en effet, dans ces zones, le sujet va passer progressivement du net au flou. Définir un plan net (Ppn ou Dpn) fait appel à un autre critère : le pouvoir séparateur autrement dit la résolution. en autre de l’œil. En photographie, cette donnée s’appelle le « Cercle de confusion » et doit être prise en compte dans les calculs de la Pdc : voir le dernier paragraphe sur ces modes de calcul.
Comment varie la profondeur de champ ?
Divers facteurs la font varier. On en retiendra trois :
- La distance focale de l’objectif.
- L’ouverture du diaphragme.
- La distance de mise au point c’est à dire la distance entre l’appareil et le sujet.
Le temps de pose, lui, n’a aucune influence.
Note technique :
Il existe un quatrième facteur qui fait évoluer la profondeur de champ. Elle se modifie aussi en fonction de la couverture (plus ou moins large) du capteur par l’objectif. On ne parle pas de cet élément car l’utilisateur ne peut pas le contrôler. Il peut éventuellement influencer un professionnel qui consultera les tests techniques, avant l’acquisition due son équipement.
Elle varie avec la distance focale de l’objectif
la profondeur de champs passe de 3.90 m (50 mm) à 12 cm (250 mm)
Elle varie avec l’ouverture du diaphragme
la profondeur de champ passe de 1,25 m (f/2) à 12 m (f/11).
Pour les ouvertures f/16 et f/22, on passe en hyperfocale, fonction expliquée plus bas.
Elle varie avec la distance de mise au point
la profondeur de champ passe de 15 cm (1 m) à 130 cm (3 m)
La profondeur de champ à évoluée 3 fois plus vite que la distance de mise au point.
Note technique :
C’est la distance de mise au point qui offre la plus grande précision et la plus grande amplitude. Elle se modifie très rapidement car elle évolue comme le carré de la distance.
En conclusion :
- Pour avoir la zone de netteté la plus courte possible, il faudra :
- Etre le plus près possible du sujet
- Utiliser la plus grande ouverture (c’est à dire la valeur la plus petit comme f/2.8)
- Utiliser la focale la plus longue (**sauf dans certain cas, voir la note technique)
- Pour avoir la zone de netteté la plus longue possible, il faudra :
- Etre le plus loin possible du sujet
- Utiliser la plus petite ouverture (c’est à dire la valeur la plus grande comme f/16)
- Utiliser la focale la plus courte.
Note technique :
En pratique, il n’est pas possible de faire une prise de vue à une très courte distance avec un téléobjectif. Dans ce cas, on préférera une optique avec une focale plus courte qui permettra une prise de vue rapprochée, ce qui contredit cette explication**.
En fait , le simple fait de s’approcher réduit considérablement la zone de netteté, bien plus qu’en agissant la focale.
Comment contrôler la Pdc sur votre appareil photo ?
En principe, le diagramme de la profondeur de champ apparaît sur les écrans des appareils numériques. Il s’affiche en permanence avec le mode de mise au point manuel ou juste après la mesure de l’autofocus.
Voici un exemple avec le Fuji X100. L’écran affiche :
- L’échelle des distances.
- Le plan de mise au point : trait rouge. (distance appareil – sujet)
- Le PPN : Premier Plan Net qui correspond à la limite gauche du rectangle blanc.
- Le DPN : Dernier Plan Net, limite située à droite.
- La longueur approximative de la profondeur de champ : rectangle blanc
- Le ratio 1/3 – 2/3 par rapport au plan de mise au point.
Note technique :
En comparant les deux graphique ci-dessous, vous remarquerez que pour un modification du plan de mise au point de 2,30 mètres, la profondeur de champ évolue elle de 3 mètres. C’est bien la confirmation que c’est la distance de mise au point qui gère la plus grande partie de la Pdc car elle évolue comme le carré de la distance.
Le diagramme permet de contrôler la profondeur de champ car il est difficile de la visualiser sur un écran sauf s’il dispose d’une très bonne résolution. Dans ce cas là, vous pouvez vous aider d’une loupe pour contrôler le Ppn et le Dpn. La méthode est très efficace.
Note de l’auteur :
Dans le passé (année 90), on utilisait des oculaires pour contrôler la profondeur de champ sur le verre dépoli des chambres photographiques
Influence du capteur
Le contrôle de la Pdc sera facile pour certain, difficile ou totalement impossible pour d’autre. Tout dépend du type d’équipement numérique.
Sur le visuel N° 8, on voit que plus la focale est courte, plus la Pdc est importante. On peut même dire que son évolution est exponentielle puisque entre un 90 mm et un 50 mm, elle passe de 1,20 m à 3,65 m.
Avec les APN, le problème provient de la dimension du capteur car plus celui-ci est petit, plus la focale est courte, plus la gestion de la Pdc est difficile.
Si on se réfère à l’article que j’ai écris sur les dimensions des capteurs, on peut évaluer les performances suivantes :
- Avec une optique de 7 mm (capteur 1/2.3), la profondeur de champ sera tellement grande qu’il est pratiquement impossible d’avoir un arrière plan flou.
- Avec une optique de 31 mm (capteur Aps C), les possibilités sont beaucoup importantes, sans toutefois atteindre la précision des formats 24 x 36 mm (capteur ou argentique).
Note de l’auteur :
Ce dernier point est une des raisons pour lesquelles les professionnels sont arrivés tardivement sur le numérique. Les premiers appareils numériques ayant de petit capteur, le réglage de la profondeur de champ était très difficile. Or cette fonction est fondamentale pour les pro qui ont du attendre l’arrivée des capteurs 24 x 36 mm.
Le cas particulier de la macrophotographie
En macrophotographie, la profondeur de champ est très très faible. Sur la table fournie par Olympus pour son optique macro de 60 mm, on voit toutes les contraintes de ce type prise de vue
Quelques commentaires sur ce tableau :
- Prise de vue à 19 cm (1ère colonne) : on voit que la profondeur de champ est de 2mm, mais surtout qu’elle n’évolue pas avec l’ouverture. En fait, son évolution est tellement faible que l’on considère qu’elle n’évolue pas.
- Prise de vue à 30 cm (2ème colonne) : la profondeur de champ est de 2 mm à f/2.8 mais et de 12 mm à f/22 . On gagne 10 mm.
En fonction du sujet que vous photographiez, vous aurez peut-être intérêt de reculer votre appareil de quelques cm afin de gagner Pdc. Vous pouvez ensuite rattraper la perte de grossissement via un agrandissement de l’image.
L’hyperfocale
L’hyperfocale est une particularité de la profondeur de champ bien connu des professionnels. Il s’agit d’un réglage précis de la mise au point qui permet d’étendre la profondeur de champ jusqu’à l’infini.
Pour mettre votre profondeur de champ en hyperfocale, il suffit de placer le DPN sur l’infini et non pas la distance de mise au point :
- Si vous placez le plan de mise au point (trait rouge) sur l’infini, vous n’aurez que 30 % de marge sur la zone avant c’est à dire trèspeu de Pdc
- Au contraire, si vous placez le Dpn sur l’infini vous augmentez de manière considérable votre mise au point. Faites le test sur votre diagramme
Sur le visuel N°9, on voit que pour une ouverture de f/16 la zone de netteté est de 2,50 à l’infini.
Nous sommes alors en Hyperfocale et si le sujet se trouve entre le PPN et DPN, il sera automatiquement net. Dans ces conditions, ce n’est plus la peine de faire votre mise au point, ni utiliser votre autofocus.
Vous gagnez alors en vitesse de prise de vue, c’est une situation parfaite pour les photos de sport, de nuit, de constellation, derrière une vitre, etc.
Calculer une profondeur de champ précise.
Pour ceux qui veulent allez plus loin et calculer de manière précise une profondeur de champ en fonction de leur matériel, je vous livre ici les formules et la méthode*.
*Au paragraphe suivant vous trouverez un fichier Excel pour automatiser vos calculs.
Préalable
Pour calculer soi-même la profondeur de champ de son équipement, il faut prendre en compte 4 critères :
- La focale de l’objectif.
- L’ouverture.
- La distance de mise au point.
- Le cercle de confusion.
Si les 3 premiers critères ne posent pas question, il n’en n’est pas de même pour le cercle de confusion.
Calculer une Pdc consiste à mesurer la distance en deux points le premier plan net (Ppn) et le dernier plan net (Dpn). Mais comment définir ces deux points lorsque le sujet passe progressivement du net au flou ? C’est la fonction du « Cercle de confusion » que l’on va trouver dans les formules. Sans lui impossible de trouver les 2 points et de calculer la Pdc.
Pour schématiser, le cercle de confusion comprend l’ensemble des résolutions (ou pouvoir séparateur) de la chaîne comme l’objectif, le capteur, l’œil, etc.
Pour plus de simplicité dans nos calculs, on va prendre la valeur standard du 24×36 mm soit 0.03 mm. Cette valeur correspond à la dimension que doit avoir un point afin qu’il corresponde au pouvoir séparateur de l’œil.
Cette valeur étant très proche des valeurs correspondantes aux capteurs, l’incidence sur les résultats sera donc très limités.
La méthode
Le calcul d’une profondeur de champ se fera en 4 étapes :
- Calcul de l’hyperfocale dont la formule est :
- Calcul du Ppn :
- Calcul du Dpn :
- Calcul de la profondeur de champs :
- H = Hyperfocale
- F = Focale de l’objectif
- n = Ouverture de l’objectif
- e = Cercle de confusion (valeur standard : 0.03 mm)
- Ppn = Premier Plan Net
- Dpn = Dernier plan Net
- p = Distance de Mise au point
- PDC = Profondeur de champ
Un exemple
Imaginons une prise de vue réalisée avec un appareil Fuji X100 équipé d’une optique fixe de 38 mm. Je souhaite connaitre la profondeur de champ d’une prise de vue réalisée à 3 mètres à f/8.
Le résultat étant exprimé en mètre, il est nécessaire de tout convertir à cette mesure :
Optique 38 mm = 0.038 m
Distance de mise au point = 3 m
Ouverture f/8
Cercle de confusion 0.03 = 0.0003 m
Etape 1
Calcul de l’hyperfocale
(0.038 x 0.038) / (8 x 0.00003)
soit : 0.00144 / 0.00024 = 6
La distance de l’hyperfocale est donc de 6 mètres
Note technique :
Si dans ces conditions (38 mm à f/8), nous faisons la mise au point à 6 mètres, l’image sera nette de 3 mètres (6 /2) à l’infini.
Etape 2
Calcul du PPN
(6 x 3) / 6 + (3 – 0.038)
soit : 18 / (6 + 2.962)
soit : 18 / 8.96 =2.01
Le premier plan net est à 2.01 mètres
Etape 3
Calcul du DPN
(6 x 3) / 6 -(3 – 0.038)
soit : 18 / (6 – 2.962)
soit : 18 /3.038 =5.91
Le dernier plan net est à 5,91 mètres
Etape 4
Calcul de la profondeur de champ
5.91 – 2.01 = 3.90 mètres
Un tableur sous Excel pour vous aider
Je comprend très bien que tous ces calculs soient fastidieux. Je vous ai donc préparé un fichier Excel contenant l’ensemble des formules. Il vous suffit d’entrez les paramètres de votre prise de vue pour avoir, immédiatement, la profondeur de champ exacte.
Il est important d’entrer des valeurs cohérentes*, correspondant au condition de votre prise de vue.
*Si vous entrez par exemple une prise de vue à 1 mètre avec un 300 mm, la profondeur de champ sera de 00 : cette prise de vue n’est pas réalisable.
Jean Claude ROMON
Copyright – Novembre 2017
Bonjour,
Merci beaucoup pour cette feuille de calcul très bien faite.
Je pratique la photo depuis une époque où la profondeur de champ pouvait se lire sur l’objectif, c’est malheureusement de plus en plus rare, mais en format 24×36 j’ai gardé les ordres de grandeur en tête.
Par contre, je viens de m’équiper d’un appareil de poche (Sony RX100) pour compléter mon matériel reflex et je n’ai pas de point de repère sur les profondeurs de champ que l’on peut obtenir avec cet appareil, et je serais très heureux d’avoir accès à une feuille de calcul qui me permettrait d’avoir cette information, que ce soit à partir de la focale réelle (10,4/37,1) ou équivalente en 24×36 (24/70) sachant que la taille du capteur est de 13,2 x8,8 mm.
Merci beaucoup de me mettre sur la voie si vous avez l’information.
Bien cordialement.
Bonjour Guy
Désolé pour le retard de la réponse, mais je souhaitais me pencher sur le problème avant.
Le tableau de calcul que j’ai mis en place ne vaut que pour les formats 24×36 mm et Aps.
En fait, en dessous de 24 mm, on est en limite de calcul et ceci pour deux raisons.
1/ Le cercle de confusion n’est plus le même. je rappelle que, plus le rapport d’agrandissement entre la taille du capteur et l’image finale est important, plus le cercle de confusion du capteur est faible. Pour votre capteur (13,2 x 8,8 mm)il faudrait passer de 0.03 à 0.003 (résolution – tableau de droite)
2/ Par ailleurs, pour une faible distance de mise au point, le DPN est toujours à l’infini. C’est la raison pour laquelle, la formule donne un résultat erroné. Je pense (mais c’est un avis personnel) qu’il ne faudrait prendre en compte que le PPN, le DPN étant à l’infini.
Cdt
Jean Claude
Bonjour.
Votre article prete à confusion au sujet de la profondeur de champ.
Vous dites que la longueur focale fait varier la profondeur de champ. C’est vrai et faux. En vous lisant les gens vont penser qu’un longue focale fait diminuer la PDC. Or à cadrage et diaph égal la PDC est la même quelque soit la focale utilisée. Une image prise à 5,6 avec un 100 mm et la même image evec un 50mm ( il aura donc fallu se rapprocher) auront la même profondeur de champ.
Il serait plus judicieux de préciser que la longue focale fait diminuer la PDC de part le fait qu’on se raproche du sujet. finalement c’est pas la focale mais la distance de prise de vue, et le diaph font varier la PDC.
Bonjour
Je vous remercie pour votre commentaire et surtout de poser le problème de cette manière.
Effectivement, à l’œil nu, il est très difficile de voir une différence de profondeur de champs entre deux focales (relativement proche) à même ouverture et à même distance de mise au point. Ceci est d’autant plus vrai en photo numérique puisque la dimension des capteurs est assez petite.
Mais en réalité, il y a bien une différence pour une raison très simple : La profondeur de champ est issue d’une formule mathématique dans le domaine de l’optique dans laquelle la focale est un des éléments de la formule. Le simple fait de changer sa valeur, change le résultat.
Cette différence se verra essentiellement dans les extrêmes : à même distance, photographier un match de foot avec une focale de 50 mm ou 1500 mm ne donnera absolument pas la même profondeur de champs.
Là où vous avez raison, c’est que la distance de mise au point et le diaphragme ont une influence beaucoup plus importante que la focale. Peut-être aurais-je du le spécifier plus clairement dans l’article. Pour cela je vous remercie de m’avoir permis de compléter l’information.
Bonjour, merci pour cet article très complet et très clair, vraiment une excellente référence. Je me permets de vous indiquer un petit logiciel pour IPhone : Simple DoF Calculator, de Dennis van den Berg, qui est lui aussi excellent et prend en compte un grand nombre de boîtiers et d’objectifs. J’imagine qu’il existe des équivalents pour d’autres types de mobile… très cordialement
Luc Nicol
Merci pour votre très gentil commentaire
Bonjour Jean-Claude,
L’article est particulièrement intéressant. Félicitations pour les précisions et la clarté du propos.
Comment adapter les calculs pour un zoom 18-135 d’un EOS 550D ?
Avec le réglage priorité à l’ouverture, je galère énormément !
Tout d’abord, je règle l’ouverture afin d’obtenir une PDC courte.
Je suis contraint à augmenter, par étape, la valeur en ISO jusqu’à être obligé d’augmenter l’ouverture afin de ne pas atteindre la vitesse provoquant le bougé. La vitesse provoquant le bougé, variant en fonction de la focale de l’objectif, s’invite et l’équation accueille quatre inconnues. En outre, entre une luminosité zénithale et celle de fin de journée, je ne sais pas déterminer une valeur globale de luminosité à l’instant présent. Un posemètre pourrait-il être utile avec l’usage du zoom ?
Bien sûr, ces questions émanent d’un novice qui souhaite mettre en valeur un premier plan avant vingt années d’expérience, trop longue au regard de mon âge !
Encore bravo.
Merci d’avance pour votre réponse.
Bonjour Michel
Grand merci pour votre commentaire : ca fait toujours plaisir – Je suis heureux que l’article ait pu vous apporter un certain nombre de réponses.
Pour en venir à votre question.
Il existe maintenant des applications de type Luxmètre pour les smartphones. Ils n’ont pas la fonction d’un posemètre et ne calculent pas un temps de pose, mais permettent de mesurer une luminosité.
On peut se demander si le nombre de lux affichés correspond bien à la réalité mais, dans la pratique, ce n’est pas très grave car ce qui compte c’est de pouvoir calculer un écart de lumière.
Rappelons ce qu’est un lux :
Le lux est l’unité d’intensité d’éclairement. Il correspond à l’éclairement d’une surface de 1 m² produit par une bougie nouvelle (ou Candela) située à 1 mètre. Mais bon, ça reste théorique et très peu utile.
Ce qu’il faut surtout savoir c’est qu’un éclairement diminue avec le carré de la distance. En clair si vous déplacez votre éclairage :
– De 1 à 2 mètres = diminution de l’éclairement de x 4 soit 2 diaphragmes
– De 1 à 3 mètres = diminution de l’éclairement de x 9 soit un peu plus de 3 diaphragmes
– De 1 à 4 mètres = diminution de l’éclairement de x 16 soit 4 diaphragmes
– etc.
Maintenant si on ramène toutes ces explications au luxmètre, on saura que chaque fois que la valeur est divisée ou multipliée par 2 on perd ou on gagne 1 EV.
Enfin, j’arrive à la réponse à votre question : Si vous faites une mesure au zenith de 2400 lux et en fin de journée de 320 lux vous aurez une différence de ??
Bon je vous donne la réponse :
2400 : 2 = 1200 = 1 EV
1200 : 2 = 600 = 1 EV
600 : 2 = 300 = 1 EV
Soit au total : 3 Diaphragmes ou 3 vitesses (je vous laisse calculer la dirrérence en ISO)
Bien à vous
Jean-Claude
Bonjour
Merci pour cet article très clair et, avec le tableur, même pas besoin de sortir la calculette
Je fais de la photo Macro (enfin, j’essaie…) avec un boîtier numérique et je voudrais savoir si les formules restent valides en mettant la focale de mon objectif Macro (60 mm en ce qui me concerne).
D’avance merci pour votre réponse.
Bonjour Odile
Les formules sont valides quelque soit le type de prise de vue, mais elle a ses limites. Le problème, pour la macrophotographie, est que le résultat de la formule donne une profondeur de champs extrêmement faible. La modification d’une composant de la formule entrainera une modification également très faible. De ce fait, en macro, la formule ne permet d’avoir qu’une idée générale de la Pdf. Jouer sur l’ouverture et/ou la distance ne permettra pas d’avoir des résultats très différents les uns des autres.
Jean Claude
Bonjour,
Merci pour cet article et les formules de calcul, mais je suis un peu perdu en lisant l’application au Fuji X100.
Avec les valeurs données, le PPN est à 2m, le DPN est à 5.9m (dernier plan NET) et avec l’hyperfocale à 6m, on dit que l’image est nette de 3m à l’infini, n’y a-t-il pas contradiction quelque part ?
Merci pour vos éclaircissements,
CS
Bonjour Claude,
Je n’ai pas refait les calculs, mais pour moi ce n’est pas contradictoire. Déplacer le PPN (Premier Plan Net) de 2 à 3m suffit pour passer d’un DPN de 5,9m à l’infini. En fait cela déplacerait le Dpn vers 10m, mais sur une optique 35mm, un réglage à 10m est très proche de l’infini.
Bonjour,
ayant pratiqué en laboratoire et en loisir la macrophotographie, j’utilise une mire (traits calibrés par rapport au pouvoir séparateur de l’oeil) pour positionner avec le vernier (vis micrométrique de réglage le Ppn et le Dpn, sachant que ces deux zones sont progressives. On peut se construire une mire avec l’impression d’une police de caractère très petite, jusqu’à la limite de la lecture de l’oeil. Vérifier avant tout calcul la dioptrie de votre viseur.(petite molette près du viseur).Jean