Approche Doc APN
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Approche Doc APN
La quantité de lumière entrant dans l’appareil est limitée par un diaphragme qui constitue
une ouverture quasi-circulaire de diamètre D. L’ouverture de ce diaphragme s’effectue pendant
une durée τ appelé durée d’exposition ou temps de pose.
L’image est enregistrée à l’aide d’une plaque de capteur CCD (ou capteur CMOS) qui trans-
forme le signal lumineux reçu en signal électrique. La plaque CCD est caractérisée par ses
dimensions et son nombre total de pixels.
Le réglage de mise au point permet que l’image de l’objet photographié se forme sur la
plaque CCD. Pour cela on ajuste la distance d0 entre l’objectif et la plaque CCD. Si l’objet
photographié est à l’infini, d0 = f 0 , plus l’objet est proche de l’appareil, plus d0 augmente.
Cependant, d0 reste en général du même ordre de grandeur que la focale f 0 .
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Document 2 : exposition d’une photo
Une photo correctement exposée est obtenue lorsque le capteur numérique de l’appareil photo
a reçu une quantité de lumière appropriée par rapport à la luminosité de la scène que l’on a
photographiée. Concrètement, la photo ne sera donc ni trop claire, ni trop sombre, mais bien
équilibrée du point de vue de la quantité de lumière. Cette quantité de lumière dépend des
deux paramètres suivants :
• la vitesse de l’obturateur ou le temps de pose τ . Les valeurs habituelles rencontrées sont les
suivantes :
τ (s) 1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2
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Cette situation est représentée sur la figure ci-dessous. En A0 , image de A, on a fait figurer
la tache de diamètre δ correspondant à la taille du pixel. On passe d’une figure à l’autre en
diminuant le diamètre du diaphragme. d représente la distance de mise au point. Les détails
de la construction géométrique figurent en annexe.
Lorsque le diamètre du diaphragme diminue, A02 se déplace vers la droite, et donc A2 également
(puisque l’objet et son image se déplacent dans le même sens). Simultanément, A01 se déplace
vers la gauche en se rapprochant du foyer F 0 et l’objet associé A1 se déplace également vers
la gauche, de manière d’autant plus importante que A01 se rapproche de F 0 . L’écart entre A1
et A2 augmente et donc la profondeur de champ augmente.
On peut remarquer également qu’une diminution de la taille du pixel diminuerait la profondeur
de champ.
Retenir :
Pour une distance de visée d donnée, et pour une focale f 0 donnée, la profondeur
de champ augmente lorsque le diamètre du diaphragme diminue et donc lorsque
le nombre d’ouverture augmente.
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Document 4 : Champ angulaire
Si la mise au point est faite sur l’infini, l’image se forme dans le plan focal de l’objectif, où on
place le capteur CCD. Soit d une dimension caractéristique du capteur (largeur, hauteur ou
diagonale de la plaque CCD).
α d
tan = 0
2 2f
À d fixée, plus f 0 diminue, plus α augmente. Pour une taille donnée de capteur, un objectif
grand angle aura donc une focale petite. Il sera utile pour photographier un paysage.
Inversement, une focale longue aura un champ angulaire plus faible : elle sera utilisée pour
zoomer. En effet, plus la focale est grande, plus la taille d’un objet à l’infini sur le capteur
sera grande :
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Document 5 : taille des capteurs
La taille des matrices CCD, ou CMOS (capteur), étant très différente d’un appareil à
un autre, il est d’usage de prendre pour référence le format 24 × 36 mm issu de la
0
photographie argentique et de raisonner à focale équivalente feq au format 24 mm ×
36 mm.
À l’exception de quelques appareils reflex haut de gamme, les capteurs sont de taille
inférieure à 24 mm × 36 mm. Il résulte de la définition du plan focal objet que la focale
0
équivalente de l’APN utilisé est plus grande que la focale fobj affichée sur l’appareil, pour
un même angle de champ. Comme le rapport de référence pour un argentique longueur largeur
=
36mm 3 longueur
24mm
= 2 n’est pas égal au rapport largeur de la plupart des APN, on choisit la diagonale
comme élément de comparaison.
Exemple : pour une matrice de format 15,6 mm × 23,6 mm, et donc de diagonale 28,3 mm,
alors que la diagonale d’un 24 × 36 vaut 43,3 mm, on aura :
0 43, 3 0 0
feq = f = 1, 53fobj
28, 3 obj
Pixels efficaces de
l’appareil photo : 10.100.000 pixels
Capteur d’image : 1/2,33" DCC, nombre total de pixels 10.700.000 pixels, filtre cou-
leur primaire
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Site : www.lesnumeriques.com
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Document 7 :
Série n◦ 1 : toutes ces photos ont été prises depuis le même endroit.
0 0 0
fobj = 4, 8 mm fobj = 11, 1 mm fobj = 38, 8 mm
1/200 s F5.6 1/200 s F5.0 1/200 s F5.0
Série n◦ 2 :
d’après www.tutos-photo.com
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Série n◦ 3 : Toutes ces photos ont été prises avec la même sensibilité (même nombre
0
ISO) et la même focale (fobj = 4, 8 mm).
a b
c d
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Annexe
Pour les courageux : on peut montrer que l’expression de la profondeur de champ vaut
2δN d(d − f 0 )
A1 A2 =
(d − f 0 )2 δ 2 N 2
f 02 −
f 02
avec d distance de mise au point, f 0 focale de l’objectif, δ taxe du pixel et N nombre d’ouver-
ture.
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Questionnaire APN
En vous appuyant sur les différents documents présentés, répondre aux questions suivantes.
1. Justifier cette affirmation extraite du document 2, concernant l’exposition d’une photo :
"Ainsi, quand on double le temps d’exposition, en augmentant d’un cran la valeur de
N , on retrouve les mêmes conditions d’exposition."
2. On considère un appareil reflex "full frame" dont la taille du capteur est 24 mm ×
36 mm. Calculer le champ angulaire, correspondant à sa direction diagonale, pour les
valeurs de focales suivantes :
f 0 = 70 mm ; f 0 = 50 mm et f 0 = 30 mm.
Faire les schémas correspondants en respectant l’échelle.
Un touriste, disposant de ce même appareil, souhaite prendre une photo de la Tour Eiffel
(de hauteur 324 m). Il se trouve sur le champ de Mars, à 200 m du monument. Laquelle
(ou lesquelles) des trois focales précédentes lui permettra-t-elle de prendre l’intégralité
de la tour en photo ?
3. Interpréter la série de photos n◦ 1.
4. Interpréter la série de photos n◦ 2.
5. Interpréter la série de photos n◦ 3. On fera les calculs numériques utiles.
6. Estimer la taille d’un pixel de l’appareil dont la notice figure au document 5.
7. On suppose l’appareil précédent réglé à l’infini. Comparer la limite de résolution due à la
diffraction pour une valeur de N donné et celle due à la taille du pixel. À quelle condition
la diffraction intervient-elle dans la limite de résolution ? En déduire les valeurs de N
pour lesquelles la diffraction deviendrait le facteur limitant. Conclure.
8. Expliquer le principe du tracé géométrique de la profondeur de champ (la meilleure
façon de voir si vous avez compris le tracé, est de vérifier que vous savez le refaire par
vous-même).
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