Le but de cet article est
d'aborder et de comprendre les différentes distorsions
optiques les plus fréquentes. Les appareils numériques
y sont souvent confrontés vu leur usage de focales
ultra courtes. Il ne s'agit pas d'entrer dans des détails
trop techniques, le domaine de l'optique étant truffé d'équations
ardues, mais plutôt de comprendre comment elles sont
produites, comment elles sont corrigées et leurs
effets sur les images.
Les distorsions optiques sont connues et
corrigées depuis bien avant la photographie, ce
phénomène ayant été rencontré lors
de la création de lampe de phare par exemple — Augustin
Fresnel a créé une surface optique portant
son nom pour changer la focalisation de la lumière.
Ce n'est bien sûr qu'un exemple parmi une foule de
recherches et d'inventions qui ponctuent l'histoire de
la science optique.
Lentille de Fresnel d'un phare
du musée maritime d'Halifax
Lorsque l'on parle de photographie en revanche, le terme "distorsion" s'applique à des
anomalies indésirables que de savantes formules
optiques d'évertuent à faire disparaître
ou tout au moins à gommer au maximum.
Ces distorsions sont le résultat du passage des rayons lumineux
qui constituent une image au travers des différents éléments
en verre — ou plastiques composites — de l'objectif. L'objectif
a pour but de recevoir tous les rayons lumineux, avec toutes les longueurs
d'ondes, et les faire se focaliser sur un seul plan afin de donner une
image nette. La lumière se déplaçant en ligne droite,
les optiques doivent tordre ou redresser les rayons lumineux d'une scène:
par exemple un sujet de 3 mètres de large doit être imagée
sur une surface de 2 centimètres de large dans l'appareil.
Au cours de son déplacement
dans l'objectif, les différents angles des surfaces
d'entrée et de sortie de chaque lentille déterminent
la direction que prend le rayon lumineux.
Non seulement le verre qui constitue l'optique doit être le plus
pur possible pour éviter toute perte d'intensité lumineuse,
mais aussi plus il est libre d'impureté, moins il y a de diffraction
et donc de perte d'information lors du passage de la lumière au
travers.
C'est en parti
ce qui explique le prix parfois exorbitant de certains
objectifs: le traitement du verre, l'application de couches
en surface limitant les diffractions (verre ED) et les
variations de couleurs, la multiplication des surfaces
pour corriger la trajectoire de la lumière et obtenir
sa parfaite focalisation sur le plan du capteur ou du film,
etc, entraînent des coût de production plus élevés
que ceux d'une simple paire de lunettes.
Certaines corrections sont toutefois plus difficiles à obtenir
et il arrive que des objectifs autrement bons souffrent de légères
distorsions à leur périphérie, là où les
rayons lumineux arrivent avec la plus grande incidence.
Dans le domaine du compact numérique, les focales employées
sont beaucoup plus courtes que celles en 35mm par exemple car elles sont
en relation avec la surface réceptrice du plan focal, le capteur
CCD. Du coup, la correction des différentes distorsions est encore
plus complexe, c'est pourquoi il est rare de trouver un appareil numérique
avec un grand angle équivalent à plus de 28mm.
La distorsion en barillet
Une des distorsions les plus fréquemment observée en grand
angle est la distorsion en barillet. Elle se traduit par un aspect courbé vers
l'extérieur des droites horizontales et verticales qui se trouvent
en bordure de l'image.
Si c'est un effet que certains
objectifs conservent (les optiques fisheye par exemple) dans
un but de créativité, pour obtenir une image
en grand angle la plus naturelle possible il faut parvenir à corriger
cette déformation au maximum.
C'est ce à quoi servent les surfaces asphériques qui
vont redresser les rayons optiques de façon plus prononcée
en périphérie qu'au centre de l'objectif.
Distorsion appliquée de façon exagérée dans
photoshop pour illustrer notre propos
La distorsion en coussinet
Distorsion appliquée de façon exagérée dans
photoshop pour illustrer notre propos
Si la distorsion en barillet
affecte les objectifs en grand angle, la distorsion en
coussinet est un phénomène qui se produit à l'extension
maximale d'un zoom. La plage de variation des focales — surtout
lorsqu'elle est élevée, par exemple pour
un zoom 10X — nécessite un déplacement
complexe de groupes optiques qui change leurs propriétés
et peut entraîner parfois ce type de déformation.
La déformation des verticales et des horizontales se fait dans
ce cas vers le centre de l'image.
L'astigmatisme
Ce n'est une distorsion à proprement
parler, mais en fait une perte de netteté dans les
angles d'une photo. C'est le résultat d'une irrégularité dans
la courbe de la surface de l'optique qui provoque un changement
de trajectoire de la lumière à la périphérie
des optiques entraînant une différence de distance
de focalisation.
C'est encore une anomalie qui se produit plus souvent sur les objectifs
zoom en position grand angle car ils se servent alors de la plus grande
partie de la surface de leurs optiques, le zoom concentrant en fait la
lecture au centre des optiques. C'est un phénomène qu'il
est aussi possible d'observer sur les bjectifs fixes.
Les aberrations chromatiques
Dans les phénomènes qui occasionnent une perte quelconque
de la qualité d'image, les aberrations chromatiques sont des variations
qui ne viennent pas de la précision optique physique mais de la
qualité du verre et du traitement de couches qui y est appliqué.
Les surfaces extérieures des optiques reçoivent en générale
un traitement multicouche qui change la façon dont la lumière
se propage dans le verre.
Les couleurs possèdent
des longueurs d'ondes différentes. Il faut donc que
l'objectif soit à même de traiter ces différentes
courbes pour parvenir à les faire se focaliser toutes
sur le même plan focal.
Lorsque cette correction n'est pas parfaite, une couleur apparaît
comme une fine ligne dans les zones de fort contraste, souvent le violet,
car elle ne se focalise pas sur le même plan focal que les autres
couleurs.
Le vignettage
Il se traduit par une perte d'intensité lumineuse dans les angles
de l'image. Il ne s'agit pas d'un problème optique proprement
dit, mais d'un élément extérieur qui provoque une
ombre ou bloque une partie des rayons lumineux.
C'est le résultat
d'un fût d'objectif mal conçu ou lorsque l'optique
frontale est partiellement couverte en bordure par les
bagues de rétention par exemple, ou lorsque le pare-soleil
utilisé n'est pas adapté.
Le pare-soleil est le plus souvent fautif car il ne s'adapte pas parfaitement à un
objectif zoom par exemple. C'est pourquoi les constructeurs fabriquent
des pare-soleil en forme de fleur idéale afin que leur contour
s'adapte au mieux au changement de focale.
Nous avons donc abordé ici les défauts optiques les plus
fréquemment observés dans nos tests et sur les appareils
numériques. S'il est évident que la correction de certains
d'entre eux entraîne une hausse de prix de l'appareil (la multiplication
des surfaces asphériques cause un surcoût de l'objectif),
c'est souvent une dépense nécessaire car il s'agit tout de
même d'un élément crucial lors de la capture d'image,
au même titre que le capteur et sa résolution.
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