Grande profondeur de champ : les valeurs et la méthode

Cette page donne des profondeurs de champ en mètres, la distance hyperfocale par focale et par ouverture, et l’ouverture au delà de laquelle fermer dégrade l’image. Les formules sont écrites, leur source est citée, chaque valeur est recalculable.

Le paramètre qui commande tout est le cercle de confusion. Il n’est presque jamais affiché, et deux calculateurs qui donnent des hyperfocales différentes pour le même objectif ne se contredisent pas : ils en ont retenu deux valeurs différentes. Le choix fait ici est justifié plus bas.

Partage de sujet avec la page voisine : ce qui se mesure en mètres de netteté est traité ici, ce qui se mesure en taille de tache de flou l’est dans notre page sur le flou d’arrière-plan et le bokeh.

Le paramètre qui décide de tous les chiffres

Un objectif ne rend net qu’un plan. Un point situé ailleurs se projette en disque, et la profondeur de champ est l’intervalle de distances où ce disque reste assez petit pour passer pour un point. Assez petit est un choix de confort : c’est le cercle de confusion, noté c, exprimé en millimètres sur le capteur.

La convention retenue ici fixe c à la diagonale du capteur divisée par 1 500. Sur un tirage regardé à une distance égale à sa propre diagonale, la tache sous-tend alors 2,3 minutes d’arc. Jeff Conrad situe le seuil de reconnaissance de Snellen à 2,0 minutes d’arc et la valeur retenue en contraste réel à 2,75 minutes : le critère se place entre les deux. Si vous recadrez fortement ou jugez la netteté à 100 % sur écran, divisez c par deux et toutes les distances de cette page changent.

Trois formules suffisent, toutes tirées du même document. L’hyperfocale H vaut f² divisé par (N × c), plus f. La limite avant vaut u × f² divisé par (f² + N × c × (u moins f)). La limite arrière vaut u × f² divisé par (f² moins N × c × (u moins f)), et elle part à l’infini quand ce dénominateur s’annule. Ici f est la focale, N la valeur f, u la distance de mise au point, et toutes les longueurs sont dans l’unité de c.

La taille du capteur n’intervient que par c, ce qui corrige un raccourci fréquent : à focale et ouverture identiques, un petit capteur donne moins de profondeur de champ, puisqu’il exige un flou plus fin. Il reprend l’avantage dès qu’on adapte la focale pour retrouver le cadrage, comme le détaille notre page sur les appareils photo numériques.

Le cercle de confusion retenu, par format

La distance hyperfocale, focale par focale

L’hyperfocale est la distance de mise au point à partir de laquelle la limite arrière part à l’infini. Réglée sur elle, la zone nette s’étend de la moitié de cette distance jusqu’à l’infini : c’est la plus grande profondeur de champ atteignable à focale et ouverture données.

Une propriété voisine sert quand l’infini n’intéresse pas : point sur H divisé par 2, la netteté couvre de H/3 à H ; point sur H/3, elle couvre de H/4 à H/2.

Distance hyperfocale en plein format, en mètres (c = 0,0288 mm)

Les mêmes valeurs en APS-C

Ce tableau vaut pour les capteurs de 23,5 × 15,7 mm, dimensions relevées dans les caractéristiques du Nikon Z50II et du Fujifilm X-T5. Le format Canon donne des hyperfocales supérieures d’environ 5 %, écart sans effet pratique.

Un exemple mesure ce que pèse le cercle de confusion. Le 24 mm à f/11 en plein format donne 1,85 m avec la convention retenue ici, et 3,67 m si l’on divise c par deux. Les deux valeurs sont justes : elles supposent un lecteur plus ou moins exigeant.

Distance hyperfocale en APS-C Nikon et Fujifilm, en mètres (c = 0,0188 mm)

Le paysage : où faire le point, et ce que coûte l’infini

Réglage de départ en plein format : 24 mm, f/11, mise au point à 1,85 m, 100 ISO, appareil stable. La netteté court alors de 0,92 m à l’infini. Le tableau donne ce que devient la même prise de vue si le point est fait ailleurs. En APS-C, le réglage équivalent est un 16 mm à f/8, dont l’hyperfocale vaut 1,71 m.

La leçon tient dans la dernière ligne. Faire le point sur le lointain, geste réflexe devant un paysage, ne rapporte rien à l’arrière-plan et coûte 62 cm de premier plan.

La mise au point manuelle avec affichage agrandi reste le moyen le plus sûr d’atteindre une distance choisie. À défaut, visez un élément situé à peu près à cette distance, mémorisez la mise au point, puis recadrez sans bouger.

Une règle répandue veut qu’un tiers de la zone nette se trouve devant le point. Elle n’est exacte qu’à une distance, égale à f² divisé par (3 × N × c), plus f, soit 63 cm pour ce 24 mm à f/11. À 1 m, la part avant est tombée à 23 %, et au delà de l’hyperfocale elle n’a plus de sens.

24 mm à f/11 en plein format : limites de netteté selon la mise au point

Photo de groupe : combien de rangs tiennent

Deux rangs de personnes debout occupent environ 60 cm de profondeur, trois rangs environ 1,20 m. La question n’est donc pas d’avoir une profondeur de champ énorme, mais d’en avoir assez et de la placer au bon endroit.

Le placement fait la moitié du travail. La zone nette étant plus épaisse derrière le plan de mise au point que devant, faites le point sur le deuxième rang : à 5 m avec un 50 mm à f/5.6, elle couvre 1,21 m devant et 2,34 m derrière, soit trois rangs largement. Un 35 mm en APS-C fait de même à 4 m. Nos objectifs 50 mm comparent les optiques les plus commodes pour cet usage.

La contrainte réelle en intérieur est la lumière. Passer de f/2.8 à f/5.6 coûte deux diaphragmes, à reprendre sur la vitesse ou la sensibilité, et sous 1/60 s les mouvements des personnes annulent le bénéfice du diaphragme fermé.

Limites de netteté pour une photo de groupe

Macro : la profondeur de champ se compte en millimètres

Aux courtes distances, la profondeur de champ ne dépend plus de la focale : elle ne tient qu’au grandissement, à l’ouverture et au cercle de confusion. Elle vaut 2 × N × c × (1 + m) divisé par m², où m est le grandissement, égal à 1 quand le sujet se projette à sa taille réelle. L’écart avec le calcul exact reste inférieur au millième aux valeurs du tableau.

Au rapport 1:1, un plein format à f/11 dispose de 1,3 mm de zone nette : un insecte de 8 mm d’épaisseur n’y tient pas, quel que soit le soin apporté à la mise au point.

Deux réflexes en découlent. Reculer d’abord : passer de 1:1 à 1:2 multiplie la zone nette par trois, et un sujet pris moins gros puis recadré est souvent plus net qu’un sujet pris au rapport maximal. Placer ensuite le capteur parallèle au sujet. Au delà, il n’existe pas de réglage, et la seule sortie est le bracketing de mise au point.

Profondeur de champ totale en macro, en millimètres

Pourquoi fermer indéfiniment ne marche pas

Les formules de profondeur de champ ignorent la diffraction, et laissent donc croire que f/32 vaut mieux que f/16. La diffraction impose une taille minimale à l’image d’un point, même avec un objectif parfait : c’est la tache d’Airy, dont le diamètre vaut 2,44 × λ × N × (1 + m). À 546 nm, longueur d’onde jaune-vert d’usage courant, cela donne 0,00133 × N × (1 + m) millimètres.

Le mur est atteint quand cette tache atteint à elle seule le cercle de confusion : la diffraction épuise alors tout le budget d’erreur, et plus rien ne peut être net au sens du critère retenu. En plein format il tombe à f/22, en APS-C à f/14, et le facteur (1 + m) le rapproche en macro, jusqu’à f/11 au rapport 1:1 en plein format.

Le manuel du Nikon Z50II le confirme du côté du constructeur : pour le décalage de la mise au point, il recommande des ouvertures supérieures, c’est-à-dire des chiffres inférieurs, à f/8 ou f/11, au motif que les photos prises à très petite ouverture peuvent manquer de définition.

Ce mur porte sur la netteté perçue au tirage. Au niveau du photosite, la diffraction se manifeste bien plus tôt : sur le Z50II, dont le manuel donne 23,5 mm de large pour 5 568 pixels, le pas vaut 4,22 µm et la tache d’Airy l’atteint dès f/3.2. L’image n’est pas floue pour autant ; chaque diaphragme fermé au delà rend simplement un peu moins de détail enregistré.

Reste le coût en lumière, qui frappe avant la diffraction dans la plupart des scènes. De f/8 à f/22, la vitesse est divisée par près de huit ou la sensibilité multipliée d’autant, et sur un paysage venteux le flou de mouvement abîme plus l’image que la profondeur gagnée ne l’améliore.

Ouverture au delà de laquelle la diffraction dépasse le cercle de confusion

Le bracketing de mise au point, boîtier par boîtier

Quand la profondeur de champ nécessaire dépasse ce qu’une prise de vue unique peut donner, les quatre boîtiers dont nous avons lu le manuel enchaînent des vues en décalant la mise au point vers l’infini. L’assemblage se fait dans un logiciel, ou dans le boîtier pour le Canon.

La procédure suppose un appareil immobile : le manuel Canon indique que la fonction est conçue pour la prise de photos sur trépied, et le guide Sony qu’un déplacement de l’appareil pendant la séquence peut rendre l’assemblage impossible.

Deux différences méritent d’être connues. Chez Canon, le palier se règle automatiquement selon l’ouverture, et une valeur d’ouverture plus grande couvre une plage plus large à nombre de vues égal. Chez Fujifilm, le mode AUTO calcule le nombre de vues et le pas à partir du point le plus proche puis du point le plus lointain que vous lui désignez.

Trois points d’attention communs. La prise de vue s’arrête quand la mise au point atteint l’infini, donc le point de départ doit être légèrement en avant du point le plus proche du sujet. Le nombre de vues n’a rien d’intuitif : le manuel Nikon indique que plus de cent vues peuvent être nécessaires pour des insectes, alors que quelques vues suffisent pour un paysage au grand-angle. Un pas trop large laisse des zones molles à l’assemblage, ce qui conduit Nikon à recommander une largeur de décalage inférieure ou égale à 5.

Chemins de menu relevés dans les manuels constructeurs

1. Posez l’appareil sur un support stable et ne le déplacez plus.
2. Choisissez une ouverture en deçà du mur de diffraction, f/8 ou f/11 en APS-C, f/11 ou f/16 en plein format.
3. Faites le point légèrement en avant du point le plus proche que vous voulez net.
4. Réglez le nombre de vues et le pas généreusement, puis vérifiez sur une séquence d’essai.
5. Déclenchez sans toucher l’appareil, puis assemblez les vues dans le boîtier ou dans un logiciel d’empilement.

Ce que cette page ne dit pas

Les valeurs publiées reposent sur l’optique de Gauss et supposent un objectif symétrique, approximation commune à tous les calculateurs et à toutes les échelles gravées sur les objectifs. Elle devient discutable sur les objectifs macro à mise au point interne aux forts grandissements.

La page ne donne aucune taille de tache de flou ni aucune indication sur la qualité de ce flou : ces questions relèvent de notre page sur le flou d’arrière-plan.

Elle ne couvre que les quatre boîtiers dont le manuel a été lu, et ne devine pas les chemins de menu des autres modèles. Elle laisse de côté les compacts et les téléphones, dont les petits capteurs donnent une profondeur de champ si grande qu’elle cesse d’être un problème ; nos conseils pour la photo de voyage abordent le matériel léger sous cet angle.

Questions fréquentes

Quelle ouverture choisir pour une grande profondeur de champ ?

f/8 à f/11 en APS-C, f/11 à f/16 en plein format. Au delà, la diffraction dépasse le critère de netteté retenu ici : le mur se situe à f/14 en APS-C et f/22 en plein format, et la perte de lumière frappe plus tôt encore.

Où faire la mise au point pour un paysage net du premier plan à l’infini ?

Sur la distance hyperfocale, égale à la focale au carré divisée par le produit de la valeur f et du cercle de confusion. Pour un 24 mm à f/11 en plein format, elle vaut 1,85 m et la netteté court de 0,92 m à l’infini. Le point sur l’horizon ne la fait commencer qu’à 1,54 m.

Pourquoi deux calculateurs ne donnent-ils pas la même profondeur de champ ?

Parce qu’ils ne retiennent pas le même cercle de confusion, paramètre qu’ils affichent rarement. Diviser ce cercle par deux double l’hyperfocale : pour un 24 mm à f/11 en plein format, elle passe de 1,85 m à 3,67 m.

Un tiers de la zone nette se trouve-t-il devant le sujet ?

Seulement à une distance précise, égale à la focale au carré divisée par le triple du produit de la valeur f et du cercle de confusion, soit 63 cm pour un 24 mm à f/11 en plein format. À 1 m, la part avant n’est plus que de 23 %.

Comment obtenir une grande profondeur de champ en macro ?

Pas en fermant le diaphragme, qui plafonne vers f/11 au rapport 1:1 en plein format et n’offre alors que 1,3 mm de zone nette. Les deux moyens réels sont de photographier à un grandissement plus faible puis de recadrer, et d’enchaîner des vues à mises au point échelonnées.

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