Comment un téléconvertisseur affecte-t-il la profondeur de champ?

Je suis conscient qu'un téléconvertisseur réduira la quantité de lumière atteignant le film ou le capteur dans un appareil photo, et en tant que tel, vous entendez des gens autour de choses comme "Avec un téléconvertisseur 2x, ce 300 mm f / 2,8 devient un 600 mm f / 5,6".

Étant donné que l'ouverture n'est pas physiquement différente, je me demande comment cela affecte la profondeur de champ (et les effets associés comme le bokeh). Il serait logique que la profondeur de champ reste la même et que l'image soit simplement recadrée.

Est-ce juste une autre de ces choses que les gens disent, qui peut être pratique pour les calculs d'exposition, ou y a-t-il réellement un changement dans l'image produite?

Version TL; DR: les téléconvertisseurs n'affectent pas la profondeur de champ à une distance donnée. Ils transforment littéralement votre objectif 300 f / 2,8 en un objectif 600 f / 5,6. Tout objectif 600 f / 5,6, téléconverti ou non, aura la même profondeur de champ qu'un objectif 300 f / 2,8.

Il y a beaucoup de confusion sur la relation entre la profondeur de champ, l'ouverture, le diaphragme et la distance focale. En réalité, tout est très simple:

La profondeur de champ est déterminée par la distance focale et la taille apparente de l'élément avant de l'objectif.

Par diamètre apparent , je veux dire la largeur de la zone de l'élément avant qui n'est pas bloquée par l'ouverture.

Vous pouvez réellement voir la taille de ce diamètre apparent en regardant l'avant d'une lentille lorsqu'elle est détachée et que l'ouverture est maintenue ouverte.

La relation entre f-stop, distance focale et diamètre apparent de la lentille est la suivante:

(Taille de l'ouverture en mm) = (Distance focale en mm) ÷ (f-stop)

Par exemple:

• Le diamètre apparent d'un objectif de 210 mm réglé sur f / 4,5 est de 47 mm,
• Le diamètre apparent d'un objectif de 70 mm réglé sur f / 4,5 est de 15,5 mm,
• Le diamètre apparent d'un objectif de 70 mm réglé sur f / 8 est de 8,75 mm,
• Et le diamètre apparent d'un objectif de 18 mm réglé sur f / 3,5 est un dérisoire de 5,1 mm.

Maintenant, revenons à la profondeur de champ. La profondeur de champ est la distance devant et derrière la distance focalisée qui est toujours "acceptable" au point. Étant donné que le niveau de flou acceptable diffère d'une personne à l'autre, une meilleure façon d'analyser la profondeur de champ passe par le cercle de confusion.

Voici une image pratique de la page Wikipedia sur Circle of Confusion:

Le cercle de confusion est la zone du capteur qui est touchée par la lumière à partir d'un seul point. Si vous êtes devant ou derrière le plan de mise au point, votre cercle de confusion s'agrandit. Au niveau du foyer, le cercle de confusion est (idéalement, mais jamais en pratique) nul.

La vitesse à laquelle votre cercle de confusion se développe lorsque vous vous éloignez du plan de mise au point est un facteur d'une seule chose: l'angle entre les lignes convergentes les plus larges (le bord de la taille apparente de votre objectif). Maintenant, cela signifie quelques choses:

• Si vous êtes focalisé 10 fois plus loin, vous devez vous éloigner environ 10 fois du plan de focalisation pour obtenir le même changement dans votre cercle de confusion
• Deux lentilles focalisées à la même distance, avec la même taille apparente, entraîneront le même changement dans votre cercle de confusion (et donc la même profondeur de champ.)

Inversement, cela démystifie également plusieurs croyances courantes sur la profondeur de champ:

• Deux objectifs au même f-stop n'ont pas nécessairement la même profondeur de champ. La lentille plus longue aura une profondeur de champ plus courte, car elle a une taille apparente plus grande. (Désolé, Matt.)
• Les téléconvertisseurs, le recadrage et les capteurs plus petits n'ont aucun effet sur la profondeur de champ à une taille apparente donnée (diaphragme et distance focale).

Prenez deux photos: une avec un 35 mm f / 1,8 et une avec un 210 mm f / 11. Maintenant, recadrez l'image 35 mm pour avoir le même champ de vision que l'autre image. Ils auront presque exactement la même profondeur de champ. Voici:

La profondeur de champ est celle d'un objectif F / 5.6 dans l'exemple que vous indiquez.

Oui, l'ouverture n'a pas changé physiquement. Cependant, le rapport entre l'ouverture et la distance focale a augmenté.

Par conséquent, les rayons lumineux atteignant le capteur seront moins obliques. Cela se traduit par une profondeur de champ accrue.

Je ne peux rien ajouter à l'excellente explication succincte d'Itai de ce qui se passe, mais je vais introduire une preuve de Reductio ad Absurdum :

Supposons que l'utilisation d'un téléconvertisseur prolonge la distance focale et par conséquent laisse entrer moins de lumière mais sans affecter la profondeur de champ . En plus de fabriquer un 600 f / 5,6, un fabricant pourrait prendre un design existant de 300 f / 2,8 et incorporer des optiques de téléconvertisseur mais dans le même corps. Ils seraient alors en mesure de proposer deux versions de l'objectif 600 mm qui se comportent exactement de la même manière en termes d'exposition, mais l'une aurait la DOF de 600 f / 5,6 et l'autre la DOF de 600 f / 2,8.

Ils pourraient également remplacer le 300 f / 2,8 par un 150 f / 1,4 avec télécoverter incorporé, et être en mesure de proposer 3 versions du 600 avec différents DOF ​​et cetera et cetera.

Finalement, vous arrivez à un objectif avec une profondeur de champ infimesimally petite mais se comportant toujours comme un 5.6, ce qui est clairement absurde, donc la proposition originale (que le DOF est inchangé par un télécoverter) doit être fausse.

La profondeur de champ est déterminée par la distance de mise au point et la taille de l'ouverture physique (bien expliqué par Evan Krall). L'ajout d'un téléconvertisseur ne modifie pas la taille de l'ouverture physique; vous agrandissez simplement l'image déjà projetée par l'objectif, et la distance focale et le nombre f augmentent ensemble proportionnellement.

La taille de l'ouverture physique étant inchangée, la profondeur de champ est inchangée pour une distance de mise au point donnée.

Un téléconvertisseur étale simplement l'image de l'objectif, comme une loupe. Il ne modifie le cadre qu'en recadrant (en simulant une distance de mise au point plus élevée) et le niveau d'éclairage en utilisant une quantité égale de lumière pour une plus grande quantité de pixels. Il ne modifie rien d'autre de la photo d'origine, par exemple le DoF ou la distance de mise au point.

Je répondrai à deux questions, celle que vous avez posée et celle que vous auriez également dû poser. Je couvrirai également différents scénarios (même distance du sujet sans recadrage, même distance du sujet avec recadrage et même cadrage).

Comment un téléconvertisseur affecte-t-il la profondeur de champ?

Jetons un coup d'oeil à cela. La profondeur de champ est:

DoF = 2 * x_d^2 * N * C / f^2

où fest la distance focale, Cle cercle de confusion, Nle nombre d'ouverture et x_dla distance du sujet. Si la distance du sujet reste constante et que vous ne décidez pas qu'en raison d'une réduction du recadrage C, un doublement de la distance focale doublera également le nombre d'ouverture mais Crestera constant. Ainsi, la profondeur de champ sera divisée par deux par le téléconvertisseur. (Si vous augmentez en Craison du moindre recadrage nécessaire, la profondeur de champ restera constante.)

Cependant, parfois, vous souhaitez conserver un cadrage égal. Ensuite, un doublement de la distance focale correspondra à un doublement de la distance du sujet. Ainsi, x_d^2 / f^2reste constant et Creste constant aussi. Cependant, un doublement de la distance focale doublera N, et donc, la profondeur de champ sera doublée avec un cadrage égal.

Donc, TL; DR: cela dépend si vous maintenez un cadrage égal en modifiant la distance du sujet (DoF différent), si vous recadrez (même DoF) ou si vous acceptez simplement une distance focale plus longue, vous obtenez une image différente (DoF différente, mais en dans l'autre sens).

Vous auriez également dû demander:

Comment un téléconvertisseur affecte-t-il le flou d'arrière-plan?

C'est plus simple. La taille du disque de flou d'arrière-plan (en supposant l'arrière-plan à l'infini) est:

b = f * m_s / N = (f/N) * m_s

L'ouverture d'ouverture f/Nest maintenue par un téléconvertisseur. m_sest l'agrandissement du sujet, c'est-à-dire la taille du sujet sur le capteur divisée par sa taille réelle. Si vous conservez un cadrage égal, m_sreste constant et donc, avec un cadrage égal, la taille du disque de flou d'arrière-plan est constante.

Cependant, si vous ne gardez pas un cadrage égal, le téléconvertisseur 2x double m_s. Ainsi, vous obtiendrez plus de flou d'arrière-plan.

Mais, si vous gardez la distance du sujet la même, et que vous avez recadré l'image originale par 2x, et décidez que vous n'avez plus besoin de recadrage en raison du téléconvertisseur, puis m_sest doublé par le téléconvertisseur mais en raison de moins de recadrage, la largeur / hauteur / la diagonale de la pièce de capteur réellement utilisée est également doublée, donc la taille du disque flou en pourcentage de la diagonale de la pièce de capteur réellement utilisée reste la même.

Donc, TL; DR: cela dépend encore une fois si vous maintenez un cadrage égal en modifiant la distance du sujet (même flou), si vous recadrez (même flou) ou si vous acceptez simplement une distance focale plus longue, vous obtenez une image différente (flou différent).

La réponse acceptée est très définitive. C'est également faux. Disons d'abord ce qui est correct ici:

Version TL; DR: les téléconvertisseurs n'affectent pas la profondeur de champ à une distance donnée.

Faux.

Ils transforment littéralement votre objectif 300 f / 2,8 en un objectif 600 f / 5,6.

Correct.

Tout objectif 600 f / 5,6, téléconverti ou non, aura la même profondeur de champ qu'un objectif 300 f / 2,8.

Faux.

La profondeur de champ est déterminée par la distance focale et la taille apparente de l'élément avant de l'objectif.

En partie juste, en partie faux. La géométrie de la scène et sa relation avec la profondeur de champ sont déterminées par la taille apparente de la pupille d'entrée de l'objectif. La pupille d'entrée est la taille apparente de l'ouverture telle que vue en regardant dans la lentille frontale.

Son diamètre peut être déterminé en divisant la distance focale par le nombre d'ouverture.

Et nous arrivons ici à l'erreur fondamentale dans la réponse acceptée: la réponse suppose que la géométrie de la scène est le seul facteur de profondeur de champ. Ce n'est pas le cas. La profondeur de champ est définie comme la distance à laquelle vous pouvez détecter la netteté, et la netteté est définie via les critères du "cercle de confusion". Si vous utilisez le même support de projection (le même film ou le même capteur) et regardez les résultats à une échelle où la résolution du support définit le cercle de confusion, le grossissement du rendu de la scène est très pertinent pour la profondeur de champ résultante.

Si vous utilisez le même objectif avec les mêmes paramètres sur un capteur plein format 40MP, sa profondeur de champ sera (en supposant que l'objectif produit une netteté au niveau des pixels) sera la moitié de ce que vous obtenez sur un capteur plein format 10MP mais identique à ce que vous obtiendriez sur un capteur de facteur de récolte 10MP. En ignorant la pixellisation, les images partielles seront indiscernables.

Un téléconvertisseur intégré dans une veine similaire conserve la géométrie de l'image: les recadrages seront indiscernables tant que vous ignorerez la pixellisation. Cependant, c'est la pixellisation qui définit le cercle de confusion, donc avec un téléconvertisseur 2x, vous obtiendrez généralement la moitié de la profondeur de champ car le pixel en tant que principal contributeur au cercle de confusion couvre désormais une grille plus fine que l'original scène.

Contrairement à la profondeur de champ, la quantification du flou d'arrière-plan en termes de taille de pixel semble non sensible, car son échelle est plus pertinente par rapport à l'échelle des caractéristiques du sujet ou à la taille du cadre. La relation aux caractéristiques du sujet n'est pas modifiée par le téléconvertisseur, par rapport au cadre, son étendue double ce qui signifie que le flou par rapport à l'image finie est élargi.

En bref: les choses sont complexes et moins qu'intuitives, mais elles le sont déjà avant d'ajouter le téléconvertisseur dans l'équation. En raison de cette complexité, vous devez spécifier très soigneusement les valeurs que vous demandez, car elles sont souvent utilisées de manière interchangeable, mais se comportent de manières très différentes lorsque vous regardez la géométrie de la scène, la géométrie de l'image et la résolution du support.

Tu es confuse:

Étant donné que l'ouverture n'est pas physiquement différente, je me demande comment cela affecte la profondeur de champ (et les effets associés comme le bokeh). Il serait logique que la profondeur de champ reste la même et que l'image soit simplement recadrée.

Le recadrage d'une image ne conserve la même profondeur de champ que lorsqu'il est effectué physiquement sur une impression, ce qui donne une plus petite feuille de papier, vue de la même manière que le papier d'origine. Dès que vous utilisez n'importe quel type d'agrandissement pour mieux voir les détails, la profondeur de champ (définie via le disque étalé de netteté devenant discernable à l'examen) devient plus petite. La seule exception est lorsqu'il existe déjà un facteur limitant absolu visible, comme le grain du film ou la taille des pixels.

Un téléconvertisseur côté bride ne modifie pas la taille de la pupille d'entrée et fonctionne donc avec la même scène mais avec un recadrage plus petit distribué à travers le capteur. Cela lui donne moins de lumière par pixel (donc le double du nombre d'ouverture) mais en raison de plus de pixels du capteur, la moitié de la taille du "cercle de confusion" et donc la moitié de la profondeur de champ. À moins que la qualité optique de l'objectif ne soit déjà à sa limite et que les pixels supplémentaires ne puissent fournir aucune information supplémentaire.

Un téléconvertisseur côté filtre est une solution différente, car il augmente la taille de la pupille d'entrée et conserve donc généralement le même numéro d'ouverture. Ainsi, la profondeur de champ devient alors plus petite à la fois par le plus petit recadrage résolu sur le même capteur ainsi que par la plus grande pupille d'entrée regardant la scène.