Comment l'ouverture fonctionne-t-elle sans «rogner» l'image sur le capteur?

Je me suis enseigné les différents réglages des appareils photo et je comprends maintenant beaucoup mieux comment utiliser efficacement mon appareil photo, mais une chose me gêne toujours.

Lorsque la taille d'ouverture est modifiée, y a-t-il d'autres lentilles qui se déplacent pour recentrer les faisceaux de rayons sur la taille de l'image complète?

Ce que je veux dire par là, c’est que pour moi, l’ouverture semblerait «recadrer» l’image en un cercle de plus en plus petit (ou plutôt une forme à n côtés). Bien que je comprenne que cela signifie évidemment moins de lumière, y a-t-il autre chose qui réoriente le faisceau de lumière pour qu’il s'adapte à l’ensemble du capteur lorsqu’il est ajusté?

Les objectifs ne font pas passer la lumière directement à travers, ils la focalisent, si vous pardonnez le traçage des rayons moche:

Les lignes vertes représentent le cône de lumière qui frappe l'objectif avec une ouverture étroite, le rouge est le cône de lumière autorisé par une large ouverture. Dans ce cas, vous pouvez imaginer l'ouverture juste devant ou juste derrière l'objectif (il n'y a pas beaucoup de différence avec un objectif simple). Quelle que soit l'ouverture, la lumière est toujours focalisée au même point.

C'est un objectif simple, mais il en va de même pour les plus complexes. C'est là que votre intuition à propos du recadrage (généralement appelée vignettage dans ce contexte) intervient dans l'image: dans un objectif complexe, l'ouverture doit être à un emplacement approprié. Des obstructions dans d'autres parties de l'objectif provoqueront un vignettage.

J'essayais récemment de comprendre cela moi-même et j'ai trouvé cette question. Je ne pensais pas que la réponse acceptée était assez complète, alors voici mon coup (sans jeu de mots!) :

La première chose à comprendre est que la lumière qui se réfléchit sur un point de la surface n’est pas un faisceau de lumière, mais beaucoup, venant à de multiples angles différents et réfléchie à de nombreux angles différents. La plupart de ces faisceaux ne heurteront jamais l'objectif de la caméra. Cependant, certains le font et seront concentrés sur un seul point sur le capteur d'image (en supposant que ce point est net) .

Lumière d'un point de mise au point passant à travers une lentille

Alors que se passe-t-il si nous mettons une ouverture derrière (ou devant) l'objectif?

Ouverture derrière l'objectif

La lumière du point frappe toujours le capteur d'image, elle sera donc toujours visible dans l'image. Cependant, à partir de ce moment , nous avons simplement moins de lumière qui frappe le capteur. C'est pourquoi l'utilisation d'une ouverture plus petite (ou d'un objectif plus petit) nécessite un temps d'exposition plus long. le capteur a besoin de plus de temps pour absorber la même quantité de lumière.

Donc, si réduire l'ouverture vous oblige à utiliser des temps d'exposition plus longs, à quoi sert-il d'avoir une ouverture? Réduire la lumière exposée peut parfois être utile (par exemple, c'est le but de la pupille d'un œil, ce qui est exactement analogue à une ouverture) , mais la raison principale pour laquelle une ouverture est appliquée à un appareil photo est en fait liée aux points de mise au point.

Point de mise au point - trop loin

Point de mise au point - trop proche

Notez que, dans les deux cas, les faisceaux lumineux proviennent tous d' un seul point, mais ils ne frappent pas tous le capteur d'image en un seul point. Ils sont plutôt répartis en cercle. C’est la raison pour laquelle les points flous apparaissent flous sur une photo.

(Ce cercle est parfois appelé le cercle de confusion . Cela explique d'ailleurs pourquoi les points flous qui sont plus brillants que les points environnants apparaissent sous forme de disques circulaires )

Alors, que se passe-t-il lorsque nous plaçons une ouverture derrière (ou devant) l'objectif dans ce cas?

Point de mise au point avec ouverture

Nous voyons encore une fois que moins de lumière frappe le capteur, ce qui signifie que nous aurons à nouveau besoin d’une exposition plus longue. Cependant, quelque chose d'autre s'est passé: le cercle de lumière (de notre point de vue) qui frappe le capteur est devenu plus petit. Cela fera apparaître le point plus net dans l'image finale! Par conséquent, une ouverture plus petite augmentera la plage de profondeur à laquelle les objets apparaissent nets, c'est-à-dire. cela augmente la profondeur de champ.

Ainsi, plus l'ouverture (ou l'objectif) est grande, moins vous aurez besoin de temps d'exposition (du fait qu'il y ait plus de lumière) , mais plus votre profondeur de champ sera faible (en raison de la lumière provenant de la mise au point insuffisante points frappant une zone plus grande) . Inversement, plus votre ouverture (ou votre objectif) est petit, plus votre profondeur de champ sera grande, mais plus vous aurez besoin de temps d'exposition.

Si nous pouvions obtenir une ouverture infiniment petite †, nous pourrions tout faire en un seul geste ... mais nous aurions besoin d'un temps de pose extrêmement long ou d'un capteur extrêmement sensible! C’est essentiellement ainsi qu’un appareil photo à sténopé fonctionne.

^{† Eh bien, l'ouverture devrait toujours être plus grande que la longueur d'onde de la lumière, mais c'est un tout autre sujet ...}

J'ai généré les images ci-dessus en utilisant cet outil génial .

Cela pourrait aider de penser à votre œil. Votre œil est essentiellement une caméra et l'iris fonctionne. Il a la même fonction que l'iris de l'objectif de votre appareil photo. Lorsque vous sortez par une journée ensoleillée, votre iris se contracte pour réduire la quantité de lumière qui frappe votre rétine, mais vous conservez le même champ de vision: l’image n’est pas recadrée. La même chose se passe évidemment avec l'objectif de votre appareil photo.

La raison pour laquelle l'image n'est pas recadrée est que les rayons de toute l'image tombent sur toute la surface de l'objectif (que ce soit votre appareil photo ou vos yeux). Vous pouvez imaginer un cône de rayons quittant chaque point du champ de vision, où la pointe du cône est le point et la base du cône est la lentille. L'iris réduit le diamètre de la base de ce cône, il y a donc moins de lumière, mais une partie du cône traverse néanmoins l'iris et est focalisée par la lentille sur un seul point du capteur (ou de la rétine).

Non, il n'est pas nécessaire de faire une nouvelle mise au point lorsque vous modifiez l'ouverture et celle-ci ne recadre pas l'image.

Comme vous le savez peut-être, l'image est reflétée et à l'envers lorsqu'elle frappe le capteur. L'image est focalisée sur un seul point à l'intérieur de l'objectif et ressort inversée. Ce point où tous les rayons lumineux se rencontrent est l'ouverture, c'est pourquoi l'image peut passer à travers un si petit trou sans être recadrée.

Les éléments de l'objectif d'un objectif ne sont en réalité pas nécessaires pour produire l'image, seule l'ouverture est nécessaire. Un appareil photo à sténopé n'a pas d'objectif du tout, il n'a qu'un petit trou d'épingle qui fonctionne comme une ouverture et projette l'image sur le film.

L'effet s'appelle camera obscura et c'est là que la caméra tire son nom.