Focale et perspective

Le sténopé

stenope

Un sténopé est un « objectif » composé d’un simple trou de très faible diamètre percé dans une feuille mince et placé sur la face avant d’une chambre noire (camera obscura) ; on obtient une image inversée de la scène par projection sur la face arrière. Par extension, le sténopé désigne une chambre noire équipée d’un tel dispositif.

L’objectif

Un objectif comprend plusieurs lentilles, convergentes et divergentes, dont l’ensemble peut être considéré comme équivalent à une lentille mince convergente :

objectif_coupe

En remplaçant le sténopé par un objectif composé de lentilles, on obtient une image plus claire.

Le schéma ci-dessous montre une chambre noire équipée d’un objectif :

chambre_objectif

Focale, angle de champ et cadre

La distance focale est la distance séparant le centre optique de l’objectif du plan de l’image lorsqu’un objet situé à l’infini forme une image nette. Pour un format d’image donné, la distance focale détermine l’angle de champ (horizontal et vertical) et, par voie de conséquence, le cadre de la prise de vue :

focale_et_angle_de_champ

La figure ci-dessous illustre l’incidence du choix de la focale sur l’angle de champ et le cadre :

focale_et_angle_de_champ_comparaison

  • l’utilisation d’une focale courte procure un grand angle de champ et un cadre de prise de vue large ;
  • l’utilisation d’une longue focale procure un angle de champ réduit et un cadre de prise de vue étroit.

N.B. : Un objectif peut être à focale fixe ou à focale variable ; un objectif à focale variable est communément appelé « zoom ».

Calcul de l’angle de champ

La formule suivante permet de calculer l’angle de champ α en fonction du format de l’image et de la distance focale :

α = arc tangente (format / 2 / focale) × 2

Soit, dans la syntaxe du logiciel Excel :

=DEGRES(ATAN(format/2/focale)*2)

ou :

=DEGRES(ATAN2(focale;format/2)*2)

À titre indicatif, le tableau ci-dessous donne, pour un format 24 x 36 mm, les angles obtenus avec des focales de 24 mm, 28 mm, 35 mm, 50 mm et 85 mm :

Focale Angle de champ
Vertical Horizontal
24 mm 53° 74°
28 mm 46° 65°
35 mm 38° 54°
50 mm 27° 40°
85 mm 16° 24°

Focale et cadre

La figure ci-dessous permet de comparer, pour un format 24 x 36 mm, les cadres qu’on obtient avec des focales de 24 mm, 28 mm, 35 mm, 50 mm et 85 mm :

focale_et_cadre

La planche ci-dessous montre, pour un format 24 x 36 mm, des photographies prises du même point de vue avec des objectifs de différentes focales (21-500 mm) :

differentes_focales
Source : Les réflex 24 x 36 / René Bouillot & André Thévenet. – Publications photo-cinéma Paul Montel, 189 rue Saint-Jacques, Paris, 1974.
21 mm 90 mm 250 mm
28 mm 100 mm 300 mm
35 mm 135 mm 400 mm
50 mm 200 mm 500 mm

Qu’est-ce que la focale « normale » ?

On considère comme « normale » une focale égale à la diagonale du format.

La diagonale d’un format est égale à la racine carrée de la somme du carré des dimensions (hauteur, largeur) de ce format, soit :

diagonale = √ (hauteur2 + largeur2)

Soit, dans la syntaxe du logiciel Excel :

=RACINE(hauteur^2+largeur^2)

Ainsi par exemple, la focale théoriquement « normale » en format 24 x 36 est égale à 43,27 mm.

Tout objectif dont la focale est sensiblement inférieure à la focale dite « normale » sera considéré comme un objectif grand-angle ; tout objectif dont la focale est sensiblement supérieure à la focale dite « normale » sera qualifié de longue focale ou communément désigné comme un téléobjectif.

N.B. : La focale de 50 mm, souvent considérée comme une focale « standard » en 24 x 36 est en réalité un peu plus longue que la focale théoriquement « normale » ; certains appareils à objectif fixes sont d’ailleurs équipés d’un objectif de 40 ou de 45 mm, valeur plus proche de la valeur théorique de 43,27 mm. Certains photographes considèrent même le 35 mm comme une focale « standard », le 50 mm procurant un angle de champ jugé trop étroit pour une utilisation générale.

La figure ci-dessous permet de comparer, pour différents formats, le cadre qu’on obtient avec différentes focales pouvant être considérées comme « normales » :

format_focale_cadre

Quelle focale choisir ?

En pratique, on choisira la focale en fonction du type de photographie qu’on souhaite réaliser (portrait, paysage), de la distance au sujet et de l’angle de champ ou du cadre souhaité.

À titre indicatif, on choisira par exemple :

  • un objectif grand-angle (24 ou 28 mm) pour des photographies d’architecture ou de paysage ;
  • un semi-grand angle (35 mm) ou une focale dite « normale » (50 mm) pour des prises de vues « générales » (paysage, portrait en plan moyen) ;
  • une longue focale (85 mm) pour le portrait en plan serré.

On peut être amené à utiliser un objectif ultra-grand angle (16, 18, 20 ou 21 mm) en photographie d’architecture lorsqu’on manque du recul nécessaire pour obtenir le cadrage souhaité – ou bien au contraire à utiliser une très longue focale ou un téléobjectif (200, 300, 400, 500, 600 mm…) lorsqu’on ne peut s’approcher trop près du sujet (en photographie animalière, par exemple).

Zoom ou focale fixe ?

On pourra réaliser la plupart des photographies avec un seul objectif zoom, par exemple d’une amplitude de 24‑85 mm en 24 x 36. Ce type d’objectif présentera néanmoins l’inconvénient d’un poids et d’un encombrement plus important que ceux d’un seul objectif à focale fixe. Un objectif à focale fixe présentera généralement l’avantage d’un encombrement réduit, d’une plus grande légèreté, d’une plus grande luminosité, et en principe d’une meilleure qualité optique et géométrique.

Et si mon appareil n’est pas au format 24 x 36 ?

Pour un même angle de champ et un même cadre, les focales équivalentes seront d’autant plus courtes que le format de l’appareil sera plus petit, et ceci en proportion des formats respectifs.

Exemple : Soit un format 16 x 24 (correspondant approximativement au format dit « APS‑C » ou au format « DX » chez Nikon). Le rapport des formats étant égal à 1,5, il suffit de diviser les distances focales utilisées en 24 x 36 par ce coefficient de 1,5 pour obtenir les focales équivalentes pour le format 16 x 24, ce qui donne, par exemple :

Focale utilisée en 24 x 36 Focale équivalente en format 16 x 24
24 mm 16 mm
35 mm 23,3 mm
50 mm 33,3 mm
85 mm 56,7 mm

Réciproquement, il suffit de multiplier les distances focales utilisées en format 16 x 24 par 1,5 pour obtenir les focales équivalentes en 24 x 36, ce qui donne, par exemple :

Focale utilisée en format 16 x 24 Focale équivalente en format 16 x 24
16 mm 24 mm
18 mm 27 mm
24 mm 36 mm
35 mm 52,5 mm
55 mm 82,5 mm
70 mm 105 mm

Comprendre la notion de distance focale

Pour comprendre la notion de distance focale, imaginez que vous vous trouvez dans une pièce et que vous observez le paysage au travers d’une fenêtre (par exemple d’un mètre de hauteur par 1,50 m de largeur). Vous vous trouvez à une distance « normale » de la fenêtre, c’est-à-dire à une distance approximativement égale à la diagonale de cette fenêtre (soit environ 1,80 m dans notre exemple). Le cadre de la fenêtre délimitant – à cette distance dite « normale » – votre champ de vision, vous pourrez observer le paysage selon un angle que l’on qualifiera de « normal » (soit 31° verticalement par 45° horizontalement dans notre exemple). En vous rapprochant de la fenêtre pour élargir votre champ de vision, vous pourrez observer le paysage dans un cadre plus large (relativement à la distance d’observation). Inversement, votre champ de vision, ainsi que le cadre, seront réduits d’autant plus que vous vous éloignerez de la fenêtre.

Comprendre l’incidence du choix de la focale sur la perspective

Voyons maintenant quelques illustrations.

Les figures suivantes donnent le rendu en perspective d’un cube à différentes focales :

Avec un grand-angle, la perspective est « exagérée », avec des fuyantes très inclinées. Avec une longue focale, au contraire, la perspective est « aplatie », avec des fuyantes tendant à devenir parallèles.

Les figures suivantes montrent l’incidence du choix de la focale sur l’échelle relative des plans dans l’image :

Un grand angle permet d’obtenir plus de « profondeur » dans le rendu de l’espace (les différents plans de la scène semblent respectivement plus éloignés les uns des autres) ; avec une longue focale, au contraire, les plans semblent beaucoup plus rapprochés.

Voyons maintenant le rendu d’une même scène avec différentes focales et changement de point de vue.

Les figures suivantes montrent l’effet qu’on obtient en changeant de focale, d’un même point de vue :

L’image qu’on obtient avec une longue focale correspond à un recadrage et un agrandissement de l’image obtenue avec un grand angle.

Les figures suivantes montrent l’effet qu’on obtient en se rapprochant ou en s’éloignant du sujet, avec une même focale :

Plus on se rapproche du sujet, plus celui-ci s’agrandit dans l’image ; l’effet est d’autant plus prononcé que le sujet est proche (l’effet d’agrandissement est plus prononcé pour le personnage situé en premier plan que pour l’immeuble situé à l’arrière-plan.

Les figures suivantes montrent l’effet qu’on obtient en changeant simultanément de focale et de point de vue pour conserver une même échelle d’un sujet situé au premier plan :

En changeant de focale et en se rapprochant ou en s’éloignant pour conserver le même cadrage du personnage situé au premier plan, on constate que l’immeuble situé à l’arrière-plan n’est pas restitué à la même échelle dans les deux images : il apparaît plus grand avec une longue focale qu’avec un grand-angle.

Résumé

La figure ci-dessous montre le rendu en perspective d’une scène avec deux objectifs différents (un grand-angle de 24mm et une longue focale de 105mm) à la distance de 3 mètre du sujet principal, et le rendu en perspective avec le grand-angle à 0,5 m du sujet principal.

focale_distance

Illustrations

focale_et_perspective_1
Source : Les réflex 24 x 36 / René Bouillot & André Thévenet. – Publications photo-cinéma Paul Montel, 189 rue Saint-Jacques, Paris, 1974.

De gauche à droite : grand angle, focale normale, longue focale. Le photographe s’est déplacé pour obtenir une représentation du personnage à la même échelle. En portant une attention à l’arrière-plan, on remarque que chaque objectif fournit un angle de champ et un cadre différent.

focale_et_perspective_2
Source : Les réflex 24 x 36 / René Bouillot & André Thévenet. – Publications photo-cinéma Paul Montel, 189 rue Saint-Jacques, Paris, 1974.

De gauche à droite : grand angle, focale normale, longue focale. Le photographe s’est déplacé pour obtenir une représentation de la voiture située au premier plan à la même échelle. On remarque une variation de l’échelle de la voiture située à l’arrière-plan selon l’objectif utilisé.

Chapitre suivant : Mise au point et profondeur de champ.