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Les systèmes de mise au point et autofocus

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net flouNous n'allons pas vous dire ici qu'une optique ne sait reproduire des objets nets sur le plan du capteur que s'ils sont situés à une distance précise de l'objectif. Vous le savez déjà. Et que, si une optique de 25mm sait reproduire nets les objets à l'infini quand elle est à 25 mm du capteur (par définition), il faudra l'éloigner du capteur pour avoir net des objets rapprochés.  D'autant plus qu'on veut pouvoir se rapprocher plus du sujet - bague macro, par exemple - pour en grossir un détail.

Nous n'allons pas vous expliquer que ce 'plan de netteté" a en fait une certaine épaisseur ( 'Profondeur de champ '  ),  proportionnelle à la valeur du diaf et  inversement proportionnelle à celle de la focale (voir l'article sur l'hyperfocale et la profondeur de champ). On estime  que la zone de netteté s'étend (en gros) de 1/3 devant le point à 2/3 derrière, comme indiqué sur l'image à gauche.

Au même diaphragme et à la même distance du sujet, une optique de 25mm aura une profondeur de champ plus importante qu'une optique de 50mm, et, une même optique aura une profondeur de champ plus importante à F:8 qu'à F:1.8.
On se souviendra aussi que la profondeur de champ est proportionnelle à la distance du sujet: plus on s'approche, plus la profondeur de champ diminue, à même focale et même diaphragme. En résumé, la profondeur de champ est proportionelle à la distance et au diaphragme et inversement proprtionelle à la focale.

Nous allons ici nous intéresser aux systèmes d'aide à la mise au point.

Sur les appareils argentiques, la mise au point utilisait le cerveau du photographe et son œil pour déterminer le point exact, Le photographe jugeait du point en optimisant le contraste local vu sur le dépoili du viseur, ou le décalage (qu'on appelle à tord déphasage) d'une ligne nette dans le sujet (systèmes de visée à stigmomètre) ou le décalage d'une image centrale dans les viseurs télémétriques..

Étant donné que la profondeur de champ est minimum à pleine ouverture d'une optique, c'est dans ces conditions que la perception du point est la plus fine. Sur les appareils argentiques, l'optique restait toujours à PO pendant la visée, le diaphragme ne se refermant qu'au moment de la prise de vue à la valeur réglée par la bague de diaf et se ré-ouvrait une fois la photo prise. La commande se fait,  en même temps que remonte le miroir, par un système de cames entre le boitier et l'objectif. Cette commande n'existe plus sur les appareils modernes, la commande est électrique et le diaphragme commandé par un moteur interne à l'optique. Si vous utilisez des optiques anciennes (manuelles) sur un boitier digital, vous serez contraint, pour un maximum de précision, de faire votre mise au point à PO, puis de fermer manuellement votre diaphragme avant de prendre votre photo.

Nos appareils modernes utilisent un microprocesseur pour remplacer l'œil du photographe. L'éloignement de l'optique est effectuée par un moteur, et la détection du point utilise exactement les mêmes principes.

Détection de phase sur les appareils reflex

shema systeme autofocusLe  système utilise exactement le même principe que le stigmometre. Le miroir  principal  est  semi transparent au centre et un second miroir est placé à 90 ° du premier, qui renvoie une partie de l'image au fond du  boîtier.  Là,  se  trouve le capteur dit "de phase", qui mesure le décalage des images issues de deux parties diamétralement opposées de l'optique. Ce décalage étant proportionnel à l'erreur de mise au point, le processeur peut calculer exactement de combien il faut approcher/éloigner l'optique (dont il doit connaître le diaf et la focale) pour avoir le point sur l'objet visé en une simple mesure, C'est donc un système extrêmement rapide. Ici, nous montrons le décalage vertical, on peut implanter des détecteurs en croix qui mesurent simultanément le décalage vertical et le décalage horizontal pour plus d'acuité. Notons que, comme le stigmometre, la mesure doit se faire à pleine ouverture, que plus l'optique est lumineuse, meilleure sera la détection, et que le sujet doit présenter assez de détails contrastés (donc assez de lumière aussi). Notons qu'en l'absence de lumière suffisante, certains appareils utilisent de brefs éclairs de flash pour illuminer le sujet pendant la mise au point, ou bien une diode infrarouge puissante.
 
 

Detection de contraste sur les appareils sans miroir

Sur les compacts, il n'y a pas de miroirs. On ne peut utiliser que le capteur pour aider à la mise au point, en mesurant le contraste local sur une partie de l'image, comme l'œil jugeait du point sur le dépoli. Mais, comme l'œil, il va donc falloir mesurer tout au long du déplacement de l'optique et mémoriser le contraste sur chaque position. Quand on arrive au point parfait, il n'y a pas moyen de savoir s'il n'y a pas un meilleur réglage. On va donc dépasser le point, constater que le contraste commence à diminuer, et revenir au niveau le plus haut précédemment mesuré. On comprend que ce système est moins rapide que la détection dite "de phase" des appareils modernes.
Sur l'image de gauche, on voit une image dont le point est parfait: le contraste est maximum. la courbe rouge indique le niveau de lumière, et la courbe bleue sa dérivée (Vous sous souvenez de vos cours de physique, vitesse-> accélération). Sur la seconde image de gauche, le point n'est pas optimum, la courbe de transition de lumière est molle et, donc, sa dérivée a une valeur absolue beaucoup plus faible. C'est celle-ci que mesure votre APN pour optimiser le contraste. Sur l'image de droite, on voit l'évolution de la mesure du contraste sur trois transitions de plus en plus floues du rouge au bleu.
Comme sur les détecteurs de phase, il faut de la lumière pour que la mesure soit possible, et un sujet présentant un contraste suffisant. Comme sur les détecteurs de phases, on peut utiliser des collimateurs en croix pour optimiser la mesure, et des éclairages en cas de faible luminosité. Mais la mesure étant continue, il faudra aussi une source d'éclairage continue, le flash pourra difficilement être utilisé.
Notons rapidement que les constructeurs ont implantés tout un tas de programes tous aussi compliqués les uns que les autres: détection de visages, choix manuel  du collimateur de focus (inutilisables dans des délais raisonnables), et MAP prédictive: Sur un sujet en mouvement, le focus detecte la vitesse de variation de sa distance en faisant plusieurs mesures, et règle en continu la MAP en fonction de cette vitesse: Très utile pour photographier une balle de fusil (qui se déplace en ligne droite)  tirée de loin entre vos deux yeux.
 

Autres systèmes

Sur certains appareils bas de gamme, un système par ultrason est utilisé. L'appareil envoie un signal ultrason et on mesure le temps que met ce signal à revenir quand il se réflechit sur le sujet. Celui-ci fera donc une erreur quand il y a une vitre ou une grille ou des branches entre le sujet et l'appareil, ne mesurera rien si le sujet ne réfléchit pas les ultrasons et fera systèmatiquement le point sur l'objet le plus proche situé dans l'axe.  Notons qu'un bien meilleur système à faisceau laser pourrait être utilisé, comme le font certains "Télémètres lasers". On mesure le temps que met  la lumière issue d'un faisceau laser pulsé à revenir vers l'appareil. La précision peut être remarquable de 50cm à 30 mètres. Je ne connais pas d'appareils utilisant cette méthode. Dommage, elle pourrait être complémentaire des autres systèmes, et prendre le relais en faible luminosité ou sujets faiblement contrastés. En effet, contrairement aux systèmes passifs (détection de décalage de phase, mesure de contraste, ) elle fonctionnerait même sur un mur blanc dans l'obscurité.

Aide à la mise au point avec les optiques manuelles

Les fabricants ne font RIEN pour aider à la mise au point avec des objectifs manuels, sans doute dans l'intention de vendre exclusivement leurs propres optiques automatiques. Pire, ils mettent tout en oeuvre pour en rendre l'usage le plus difficile possible. Supression des stigmomètres de leurs catalogues, pas de puces AF confirm, suppression des dispositifs mécaniques fermant le diaphragme au moment du déclenchement., viseurs de mauvaise qualité et ridiculeusement petits Stupide, dès que l'un d'eux cassera cette entente tacite, comprendra que le marché des photographes passionés de vieilles optiques n'est pas négligeable et fera des efforts pour cette catégorie de clients, il verra probablement ses ventes s'envoler.
En attendant ces jours heureux, on notera que des tierces parties proposent des puces AFconfirm. Celles-ci sont programmables (on rentre la focale et le diaf max de l'objectif) et font croire à l'appareil qu'il a une optique automatique discutant comme celle-ci avec le processeur. On décelenchera par ce moyen le système de mise au point automatique (bien que les ordres donnés au moteur restent lettre morte), et le bip/point vert qui signale la mise au point correcte fonctionnera en mode A.
Heals, comme avec votre oeil, la précision de la mise au point dépendra de l'ouverture, et le photographe sera contraint d'ouvrir son objectif à PO au moment du réglage de la mise au point, puis de le fermer à la valeur désirée avant de prendre sa photo. Pas très léger ni rapide !
On notera au passage que ces puces AFconfirm servent aussi, sur les appareils à stabilisation "Boïtoer", par déplacement du capteur, à pouvoir stabiliser aussi les optiques manuelles, en fournissant au boitier l'information programée de la valeur de la focale. Il faut, bien sur une bague et sa puce par optique, programée pour celle-ci à al bonne valeur de diaf.

Suggestions pour les contructeurs

Bien, s'ils se décident un jour, voici quelqques suggestions à l'intention des fabricants pour les aider à nous aider. (on les aidera en achetant leurs machines).
Au lieu de cet affichage d'un point lumineux en tout ou rien, imprécis et surtout non proportionnel, une échèle lumineuse dans le viseur indiquant la valeur du décalage (stgmo) ou la progression du contraste local (appareils non reflex) serait très simple à mettre en oeuvre et aiderait énormément le photographe à trouver le meilleur point possible. On pourrait même imaginer des bagues, dotées d'un moteur, qui éloigneraient /rapprocherainet automatiquement les optiques manuelles les transformant ainsi en optiques à mise au point automatique: le rève. Ou, mieux encore, un boitier dorté d'origine d'une mise au point automatique interne: ce serait la baïonette qui se déplacerait, et les optiques n'auraient plus à embarquer ce dispositif et son moteur associé.

On en profitera pour leur suggerer de compléter les systèmes de détection par contraste par des systèmes à double optique de MAP, en s'insiprant des viseurs télémtriques d'antan, ce qui rendrait les machines sans miroir aussi éfficaces en map auto que les reflexs. Et / ou completer les systèmes de mise au point passifs pr des systèmes actifs à faisceau Laser, prenant le relais en cas de faible luminosité/contraste du sujet.

Sur les appareils du type Olympus EP-2, ne comportant pas de miroirs, l'arrivée des viseurs électroniques de très bonne qualité (Celui du EP-2 est meilleur qu'un dépoli en définition) est un espoir, mal exploité pour le moment. Un écran plus large permettrait aux petits formats (4/3) de s'affranchir des limitations de taille de viseurs: une image 100% de grossisement par rapport à la réalité sur la focale standart  avec un confortable recul oculaire serait possible. Mieux, une loupe électronique centrale, commandée par un bouton, dont le grossisement serait inversement proportionel à la focale pour minimiser le bouger serait une aide fabuleuse pour la mise au point manuelle. Autant d'atouts peu couteux qu' Olympus a lamentablement négligé. Ce type de viseur présente en effet des tas d'avantages: affichage d'informations dans le viseur, perception de l'exposition et de la balance des blancs au moment de la visée, luminosité constante, même en basse lumière ou diaphragme fermé.

Enfin, on se souveint d'une époque révolue où les constructeurs redoublaient d'inventivité et d'interet pour la photo, où Canon avait, sur son EOS-3 ,mis au point (arf) un système fabuleux de détection de la position du regard pour choisir  instantanément et sans aucune intervention de l'utilisateur le colimateur sur lequel la mise au point devait être faite. Nous sommes loin de tous ces menus, sous menus que nous sommes censés regler aujourd'hui pour choisir le bon mode autofocus  parmi les 300 disponibles alors que notre sujet a depuis longtemps quitté la scène à photographier !!!
 
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