Diffraction dans les différents formats.

Bonjour à tous,
Après les diaphragmes optimums pour les différents formats argentiques,quels seraient les diaphragmes à ne pas dépasser sous peine de voir pointer le bout du nez de la diffraction ? Je parle bien sûr d'une moyenne, générale, sans obligatoirement entrer dans le domaine d'optiques spécifiques ou de grandissement importants. On voit passer des optiques qui s'arrêtent à f45 tandis que d'autres ferment allègrement 3 diaphragmes de plus.
Merci pour vos lumières, Robert

quels seraient les diaphragmes à ne pas dépasser sous peine de voir pointer le bout du nez de la diffraction ?
... ou de grandissement importants.

Effectivement, comme pour la profondeur de champ, le fait que la diffraction soit visible ou pas dépend de la dimension de l'image et de ses conditions d'observation.
Si on part de la limite physique de diffraction pour une optique parfaite en éclairage monochromatique avec une période de coupure égale à N λ où N est le nombre d'ouverture et λ la longueur d'onde, on peut donner une formule simple en prenant le pire cas λ=0,7 micron, limite du spectre humainement visible et limite de sensibilité de la plupart des films.
Ce qui nous donne une période limite p_c = 0,7 N micron correspondant à une fréquence de coupure f_c = 1/(0,7 N micron ) = 1400 /N cycles/mm, en abrégé cy/mm.

On considère qu'un beau tirage vu à 30cm de distance doit contenir dans les 5 à 7 cy/mm pour paraître bien net.
On voit donc que tout est dans le grandissement de l'image entre le format de prise de vue (film ou silicium, c'est pareil), et le tirage final.
Si les gens d'aujourd'hui se plaignent de la diffraction en prise de vue sur silicium, c'est parce qu'ils agrandissent des images depuis le format 24x36 mm ou inférieur, à des dimensions qui autrefois étaient interdites au 24x36 et réservées à la chambre grand format !
Donnons quelques exemples numériques, le calcul est vraiment très simple.
À f/16 la limite de diffraction pour λ=0,7 micron c'est 11 microns de période soit environ 90 cy/mm. Il faut déjà les passer ! Aucune optique de chambre n'en est capable.

Prenons un tirage 20x25 cm par contact observé à 30 cm de distance, donc il faut 5 à 7 cy/mm
5 à 7 cy/mm c'est la limite de diffraction d'une optique fermée à N = 200 à 280 !!
Donc quand Saint Ansel ferme à f/64 en format de prise de vue 20x25 cm, la diffraction n'est pas visible en tirage contact.
Prenons une prise de vue en format 24x36 mm à f/16 ; fréquence de coupure dans les 90 cy/mm, agrandi 10 fois on a 9 cy/mm sur le tirage 24x36 cm : ça reste très net ; mais agrandi 30 fois au format 72x108 cm il ne reste que 3 cym ; vu à 30 cm de distance cela apparaitra plutôt mou, mais est-il raisonnable de regarder une image 72x108 cm à 30 cm de distance ?

Comparons avec un sténopé optimal pour la distance de projection de 150 mm.
Un tel sténopé peut couvrir le 20x25 cm (ça fait 90° d'angle de champ) ; le diamètre de trou recommandé est de 0,45 mm environ (pour un éclairage enn lumière visible !). Aucun point de l'objet ne se projette plus finement que ce diamètre de trou, et la tache-image d'un point source sera plus grande, disons 0,5 mm ce qui nous donne dans les 2 cy/mm. C'est flou !

En résumé si vous utilisez une optique même très fermée, vous aurez des images bien plus nettes qu'avec un sténopé et vous ne verrez la diffraction que si vous agrandissez une image de 1 mètre carré de surface à partir d'un demi-format film ou silicium 18x24 mm !


... tandis que d'autres ferment allègrement 3 diaphragmes de plus.

Les optiques de banc de repro ferment parfois à f/128 ; comme expliqué régulièrement dans ces colonnes (** note 1) par l'archevêque de Moisenay, c'est fait pour un travail de photogravure sur film grand format avec des trames, pas pour de la prise de vue classique.



Le premier qui dit : « bien caché dans ces colonnes » aura un gage !

E.B.



Modifié 5 fois. Dernière modification le 04/12/23 13:12 par Emmanuel Bigler.

C'est cochon !
Merci Emmanuel pour votre gnose et l'art du contrepet

bellegarde écrivait:
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> Bonjour à tous,
> Après les diaphragmes optimums pour les
> différents formats argentiques,quels seraient les
> diaphragmes à ne pas dépasser sous peine de voir
> pointer le bout du nez de la diffraction ? Je
> parle bien sûr d'une moyenne, générale, sans
> obligatoirement entrer dans le domaine d'optiques
> spécifiques ou de grandissement importants. On
> voit passer des optiques qui s'arrêtent à f45
> tandis que d'autres ferment allègrement 3
> diaphragmes de plus.
> Merci pour vos lumières, Robert

La diffraction est incontournable, impossible d'y échapper ...

J'ai un petit tableau des limites que la diffraction nous impose :

Diaphragme à : F/360,00 Résolution théorique maxi du système 4 PL/mm
Diaphragme à : F/256,00 Résolution théorique maxi du système 6 PL/mm
Diaphragme à : F/180,00 Résolution théorique maxi du système 8 PL/mm
Diaphragme à : F/128,00 Résolution théorique maxi du système 12 PL/mm
Diaphragme à : F/90,00 Résolution théorique maxi du système 17 PL/mm
Diaphragme à : F/64,00 Résolution théorique maxi du système 23 PL/mm
Diaphragme à : F/45,00 Résolution théorique maxi du système 33 PL/mm
Diaphragme à : F/32,00 Résolution théorique maxi du système 47 PL/mm
Diaphragme à : F/22,00 Résolution théorique maxi du système 68 PL/mm
Diaphragme à : F/16,00 Résolution théorique maxi du système 94 PL/mm
Diaphragme à : F/11,00 Résolution théorique maxi du système 136 PL/mm
Diaphragme à : F/08,00 Résolution théorique maxi du système 188 PL/mm
Diaphragme à : F/05,60 Résolution théorique maxi du système 268 PL/mm
Diaphragme à : F/04,00 Résolution théorique maxi du système 375 PL/mm
Diaphragme à : F/02,80 Résolution théorique maxi du système 536 PL/mm
Diaphragme à : F/02,00 Résolution théorique maxi du système 750 PL/mm
Diaphragme à : F/01,40 Résolution théorique maxi du système 1 071 PL/mm
Diaphragme à : F/01,00 Résolution théorique maxi du système 1 500 PL/mm

Et n'oublions en proxi-macro-micro de recalculer le diaphragme réel, car c'est lui qui pilote la diffraction ...

Et n'oublions pas les limites techniques de nos systèmes optiques ...



Modifié 1 fois. Dernière modification le 04/12/23 14:34 par Nestor Burma.

bellegarde écrivait:
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> C'est cochon !
> Merci Emmanuel pour votre gnose et l'art du
> contrepet
oui, il aime décaler les sons

Hello
n'oublions pas le grandissement angulaire dans tout cela...
Certes la profondeur de champ est pilotée par la résolution visuelle de l'observateur mais aussi par sa distance de lecture qui varie avec l'âge...
Ensuite, la taille du tirage "devrait" respecter un grandissement angulaire proche de 1/1 si on ne veut pas avoir de "déformation" lié à l'angle de champ...
C'est à dire, que pour un 8x10 et 0.3m de distance de lecture, une vue faite avec un 600mm devrait être tirée en 4x5in et une vue au 150mm en 16x20in...
Donc les paysages en grand angle tirés en très grand format sont à réserver aux couloirs et les portraits aux longues focales aux dessus de cheminée et de crédences...
J.Ph.

Merci j.Ph pour le tableau et les renseignements.
Robert.

(suite)


Ce diagramme FTM précise la notion de fréquence de coupure de diffraction pour une optique parfaite.
C'est la fréquence spatiale, en cy/mm, au niveau de l'image, pour laquelle il ne passe vraiment plus aucun détail à travers l'objectif.
On remarque que la forme du diaphragme n'a pratiquement pas d'influence sur cette courbe qui ne représente que la FTM pour les images parfaitement focalisées d'une optique parfaite !
Bien entendu, dans les images défocalisées, la forme du diaphragme apparaît comme la projection d'un point source hors de la zone de profondeur de champ ... et la courbe FTM correspondante est, bien entendu, très différente pour une image défocalisée.

Prendre la fréquence de coupure ultime f_c = N λ est une estimation un peu trop optimiste qui correspond à zéro contraste de la courbe FTM.

De façon réaliste, on peut considérer une fréquence limite utilisable dans la pratique, qu'on notera f_L, pour laquelle le contraste de la courbe FTM tombe à 10% ; cela correspond à peu près à 80% de la fréquence de coupure ultime f_c (zéro contraste).
(voir la courbe FTM)

Ce qui nous donne, toujours pour λ = 0,7 micron : f_L = 0,8 f_c ~= 1100 / N cy/mm
On notera que la fréquence de coupure f_c = N λ ne dépend ni de la focale ni du format.

En se basant sur une limite pratique utile f_L ~= 1100/N cy/mm, on construit le tableau suivant qui donne la valeur du nombre d'ouverture limite à la prise de vue, N_Lt en fonction du rapport d'agrandissement G, pour que le tirage agrandi G fois présente les fréquences limites visuellement acceptables f_lt de 5 à 7 cy/mm.

N_Lt ~= 1100/(G f_Lt)

limite de diffraction fl prise égale à 1100/N cy/mm
G               nombre d'ouverture Nlt
du tirage       pour fLt de 5 à 7 cy/mm
1                 220     157,1                   
2	          110      78,6
5	           44  	   31,4
10	           22  	   15,7
20	           11       7,9
50	            4,4     3,1

Concernant la valeur de N lorsque la prise de vue s'effectue avec un grandissement entre l'objet photographié et l'image G₀, la valeur de N dans le tableau ci-dessus doit être remplacée par le nombre d'ouverture effectif N_eff = N (1 + G₀)
Par exemple pour une prise de vue au rapport 1:1 avec (1 + G₀) = 2, le tableau ci-dessus devient

limite de diffraction fl prise égale à 1100/N cy/mm
pour une prise de vue au rapport 1:1
G               nombre d'ouverture NLt 
du tirage       gravé sur l'objectif
                pour fLt de 5 à 7 cy/mm
1                 110      78,6
2	           55      39,3
5	           22  	   16
10	           11  	    8
20	            5,6     4
50	            2,2     1,7

En prise de vue à la chambre grand format, on n'a pratiquement pas à se préoccuper de la diffraction sauf peut-être en proxi-macro.
Lire ou relire à ce sujet l'excellent article de Jean-Marie Solichon
La diffraction : s’en soucier ou pas ?
https://www.galerie-photo.com/diffraction.html

E.B.



Modifié 1 fois. Dernière modification le 04/12/23 15:38 par Emmanuel Bigler.

Complément à propos de l'acuité visuelle

La légehde dit que cette question d'optique physiologique a été soigneusement étudiée pendant la 2e guerre mondiale, en particulier pour les pilotes de chasse.
L'évaluation de l'acuité visuelle dépend de beaucoup de paramètres ... bref, pour résumer, on dira que l'acuité pour le pilote de chasse c'est une période-limite de une minute d'arc, et que pour le photographe qui juge de la netteté de ses images on prendra 2 minutes d'arc.
2 minutes d'arc correspondent à 1/1720, ce qui est déjà beaucoup : placez une règle millimétrée à 1m70 devant vous ; discernez-vous les graduations ?

Vu à 300 mm de distance, 1/1720 c'est une période de 0,17 mm soit 5,7 cy/mm sur le tirage.

La valeur de 1/1720 intervient dans le modèle géométrique de la profondeur de champ  ; on prend comme base de calcul un cercle de confusion de diamètre angulaire 1/1720.
Ensuite on se base sur l'examen d'un tirage de format autour de 20x25 cm vu à 30cm de distance.
Donc un cercle de confusion c = 300/1720 = 0,17 mm pour un 20x25 cm par contact et un cercle c = 85 microns pour un 4x5 pouces agrandi 2X.

E.B.

À propos du modèle des cercles de confusion (CdC) pour la profondeur de champ (PdC)

J'entends déjà les lectrices et les lecteurs scrupuleux protester : Eh ! Un diamètre de cercle ce n'est pas une période !

Quel est le lien entre un diamètre de cercle de confusion et une période ?

La question est un peu délicate.

Pour la diffraction, la période-limite a une expression simple : p_c= N λ donc on n'a plus à parler de diamètre de tache de diffraction comme à l'époque de Lord Rayleigh.
Pour le modèle géométrique de la PdC, au contraire, tout est basé sur la projection de la pupille de sortie de l'objectif qui forme l'image défocalisée ; c'est, sauf bascule d'enfer, un petit cercle bien rond si cette pupille est circulaire ; c'est à dire ... jamais le cas avec mes optiques montées sur compur ou prontor dont le diaphragme est un pentagone  ;-)

Il se trouve qu'on peut assez facilement calculer la FTM d'une optique parfaite défocalisée  ; cette FTM passe par un premier zéro pour une fréquence qui vaut 1,2/c où "c" est le diamètre de tache. Donc à 20% près, à un cercle de confusion de diamètre "c" correspond une fréquence-limite "1/c" (le premier zéro de la courbe FTM défocalisée) et une période-limite "c" (plus précisément : ~ 0,8 c).

Voir ce diagramme explicatif
qui compare la FTM d'une optique parfaite limitée par la diffraction avec celle d'une optique défocalisée avec un CdC de 100 microns (premier zéro de FTM à 12 cy/mm) ou de 200 micron (premier zéro de FTM à 6 cy/mm).

La limite ultime de diffraction, c'est bien : mais le défaut de mise au point, ça bouffe très vite les paires de lignes. Donc mieux vaut fermer un peu le diaph pour avoir de la PdC quand on peut, comme c'est le cas sur pied à la chambre et qu'on ne court pas après l'instant décisif d'un mouvement rapide.

E.B.

bonsoir
amansjeanphilippe écrivait:
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> Hello
> n'oublions pas le grandissement angulaire dans
> tout cela...
> Certes la profondeur de champ est pilotée par la
> résolution visuelle de l'observateur mais aussi
> par sa distance de lecture qui varie avec
> l'âge...
> Ensuite, la taille du tirage "devrait" respecter
> un grandissement angulaire proche de 1/1 si on ne
> veut pas avoir de "déformation" lié à l'angle
> de champ...
> C'est à dire, que pour un 8x10 et 0.3m de
> distance de lecture, une vue faite avec un 600mm
> devrait être tirée en 4x5in et une vue au 150mm
> en 16x20in...
> Donc les paysages en grand angle tirés en très
> grand format sont à réserver aux couloirs et les
> portraits aux longues focales aux dessus de
> cheminée et de crédences...
> J.Ph.

mais pour les reproductions non orthoscopiques,
pour un tirage ( ex 30x30 cm ) de photo prise au fisheye , il n'y a pas obligation de regarder le tirage avec l'oeil à 1 cm du papier pour reproduire les 180°.
il sera bien difficile de trouver une règle pour faire coller une expérience papier ( face à un objet bien spécial ) avec une expérience "réelle à 180°" dans l'espace ( sauf appareillage technique de mise en scène dans une expérience didactique scientifique ).

et il y aura un peu de ça également pour les hyper grand-angles et les très longues focales.
pour le portrait au télé de la star de foot au fond du terrain, du vautour en chasse ou de la diva aux arènes de Vérone, on est habitué à ne plus être dans la restitution de l'angle réel de vision dans la réalité.

danmrb écrivait:
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> mais pour les reproductions non orthoscopiques,

L'orthoscopie nécessite des angles de champ cohérents avec une vision "classique", tant sur le plan physiologique que culturel,
Il est clair que les longues focales et les super grands angles sont hors jeu dans cette affaire.