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0- Avant propos

 Une bonne photo réclame de bien mettre en valeur le sujet, et de le séparer de son environnement inutile à la compréhension de la photo. Par exemple pour avoir un beau portrait, on cherche à éliminer les arrières plans en les rendant flous. Le bokeh est cette faculté à rendre de beaux flous.

 En général, on associe un coté esthétique au bokeh. Ce point n'est pas abordé dans cette page.



1- Comment juger de la qualité du bokeh:

 Mesurer l'état d'un flou est une mission impossible, et pourtant l'oeil sait préférer un flou d'un autre flou...

Pour quantifier le flou/bokeh, on va utiliser la situation suivante:

 Soit une soirée en bord de mer. Au loin, les lumières d'un port. Je photographie un visage (en supposant qu'il y ait la bonne lumière). Sur mon cliché, les lumières lointaines vont apparaître comme des disques lumineux. (que je suppose parfaits, homogènes...) Dans certains films, les cercles peuvent faire 1/8 ou 1/10 de la hauteur de l'écran.
Je m'intéresse donc aux diamètres de ces cercles (bokeh), pour la prise d'un portrait net avec le même cadrage. Et je désire savoir si ces cercles changent en fonction de la focale (ouverture constante)

 En effet, le flou des arrières plans est obtenu par le remplacement de chaque pixel lointain par un disque bokeh. L'addition de tous ces millions de disques donne le flou final. (Ce n'est donc pas une fonction gaussienne.)
 


2- Analyse à condition constante:

 Prenons l'exemple d'un portrait, fait avec 2 optiques différentes: l'une de focale 50 mm f:2.8 et l'autre 200 mm f:2.8.
On utilisera les 2 objectifs avec la même ouverture, et on fera un cadrage identique du visage.

 Il faut savoir à ce stade, que la profondeur de champ reste rigoureusement la même! Et cela, quelle que soit la focale utilisée.

 La profondeur de champ PdC ne dépend que du cercle de confusion cc, du grandissement G et de l'ouverture numérique relative ON

PdC = 2 cc ON (1+G)/G²

Si on trace les chemins optiques de ces 2 expériences, en tenant compte de l'ouverture relative, on va obtenir 2 figures homothétiques. Les rayons incidents attaquent les surfaces optiques avec la même incidence.

Figures à faire
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3- Calcul du bokeh:

Toujours dans le cas d'un portrait:

 Le sujet (enfant, modèle) se trouve dans un plan. Tout ce qui est dans ce plan sera net sur le capteur. Tous les rayons passant par ce plan (provenant de la scène photographiée et entrant dans l'objectif!) seront visibles dans le cliché à l'endroit de l'intersection de ce plan.

 Ainsi, pour une source lumineuse située à l'infini (ampoule au loin), tous les rayons lumineux rentrant dans l'objectif, forment un cylindre épousant les bords de l'objectif (donc du diamètre de l'objectif). L'intersection de ce cylindre par le plan de netteté définit alors un cercle homogène. Pour un cylindre ayant un angle d'incidence important, on devrait plutôt parler de cylindre elliptique (section en ellipse), mais cette situation correspond plus aux grands angles, ayant des focales courtes avec peu d'effet bokeh visible/agréable...

 On a donc l'explication des disques colorés qui apparaissent dans notre expérience.


Cas d'un objectif à miroir

 Les objectifs à miroir comportent un disque central occultant. Le cylindre de lumière se transforme en un cylindre ayant une section annulaire. Le bokeh aura cette forme d'anneau, et sera rarement esthétique. Un arrière plan d'une surface scintillante (ex gouttelettes d'eau ou reflets à la surface d'un lac), apparaîtra avec plein d'anneaux (donuts)


Cas de photos très rapprochées

 Souvenez-vous du "plan objet" de netteté (le plan composant le visage). Si on fait des photos plus rapprochées, le cadre de la photo dans ce "plan objet" va diminuer. Le cylindre des rayons provenant d'une source lointaine va conserver ses dimensions (diamètre de l'optique). Le cercle de contact avec le cadre va conserver les mêmes dimensions, alors que le cadre est devenu plus petit. Le cercle apparaîtra plus grand dans la photo finale.
 La prise d'objets proches augmente le flou d'arrière plan. Inversement, la prise de photo à l'infini, l'annule (et c'est normal, puisque la photo sera nette!)
 
 

4- Résultat de l'analyse

Conditions: même cadrage, avec ouverture relative constante (géométrique). Esthétique du bokeh: non traité.

- La profondeur de champ ne dépend pas de la focale. Ce fait est confirmé par Charles, mais aussi par 2 documents Zeiss. (CLN35_Bokeh_en.pdf)

- Il y a bien homothétie dans les figures représentant l'expérience avec un 50 mm et un 300 mm ouverts à 2.8 (valable pour tout autres focales) (Confirmé par un document Zeiss: L'incidence des rayons est identique)

- Le bokeh: si on mesure le bokeh en analysant les dimensions des disques créés par des lumières placées à l'infini, on arrive à la conclusion que son effet ne dépend que de la dimension (en mm par ex) de l'ouverture de son objectif/diaphragme. L'ouverture relative n'intervient pas.
Ainsi pour l'expérience citée (portrait et ouverture relative identique), le meilleur bokeh (flou des plans lointains) sera évidemment pour une longue focale. En effet si on allonge la focale, le diamètre va grandir (puisque diamètre/focale=constante condition de notre expérience)

Le flou est constitué par une convolution avec un disque homogène.
L'utilisation d'un flou gaussien dans PSP ou PS, ne peut donc pas donner le même résultat.

Le flou de l'arrière plan sera le même pour un objectif 50mm f:1.2 (diamètre 42 mm) et pour un télé de 200mm f4.8 (diamètre 42 mm) Le changement de format n'y change rien (35 mm ou APS-C). Seul le recours à l'artillerie lourde améliore les flous! C'est désolant pour moi, car je n'aurai jamais de longues focales à 2.8, et il n'y a pas d'échappatoire à cette règle!

Toutes ces conclusions sont évidemment valables pour un système parfait. Il faut ensuite pondérer avec le diaphragme réel, l'ouverture réelle, la distance des arrières plans... (cylindres se transformant en cônes...)

L'analyse d'un disque de bokeh, permet de retrouver l'ouverture de l'objectif utilisé, et de voir bons nombres de défauts de l'optique (dans les cas graves!) Par contre si le designer a cherché à créer une optique avec un beau bokeh (disque évanescent sur les bords) l'analyse devient illusoire.

Question: est-ce que un filtre gaussien placé devant l'objectif améliorerait l'esthétique du bokeh?
Filtre gaussien: transparent au centre et dégradé gris neutre en périphérie.

 

5- Références sur le bokeh



X- Conclusion

 Seul le recours à l'artillerie lourde améliore les flous!

 Si on n'a que des objectifs avec un filetage de 55 mm, tous les objectifs donneront pratiquement le même bokeh. (Ce n'est pas tout à fait vrai, puisque c'est le diamètre de la lentille qu'il faut considérer)

 Les zooms: On ne connaît pas le diamètre optique réellement utilisé... Il faut donc être très prudent sur ses/ces conclusions!

 Le choix d'une focale, se fera pour le résultat cherché: Un téléobjectif écrasera les plans, alors qu'un grand angle donnera plus de profondeur. Et le bokeh sera plus ou moins grand en fonction de ce choix.

 Si on désire photographier un portrait avec une focale de 100 mm (Full Frame) ou 100 mmEq (APS-C) une même ouverture relative, le bokeh sera meilleur avec le FF dans un rapport 1.5, car le diamètre de l'objectif 100 mm FF sera plus grand.
 Dit différemment, le flou d'arrières plans s'améliore avec la taille des capteurs/pellicules pour un même effet perspective/angle de champ. (L'artillerie devient également plus grosse!)

 Si vous avez des avis complémentaires ou des problèmes, me prévenir pour que j'améliore cette notice.