Dérivation de trois éléments physiques de profondeur de champ (DoF) : norme de cercle de confusion (CoC), calcul aveugle du point focal et de la distance hyperfocale

1. Définition optique stricte de la profondeur de champ et du cercle de confusion (CoC)

En optique géométrique absolue, une lentille idéale ne peut faire converger que les points d'un objet sur un plan spécifique de l'espace vers un point sans volume sur le plan focal. Tous les points avant et après ce plan sont projetés sur le capteur sous la forme d'une tache floue qui diverge progressivement, appelée cercle de diffusion.

• Limite de résolution physiologique de l'œil humain : À une distance photopique normale de 25 cm, l'œil humain ne peut distinguer les détails qu'avec un angle de vision d'environ 1 minute d'arc (environ 0,1 mm). Tant que le diamètre de la tache floue sur le capteur est inférieur à ce seuil physiologique, le cerveau pensera à tort qu'elle est « absolument claire ».
• Cercle de confusion de référence de l'industrie constant : selon la norme de film plein format 35 mm (36 × 24 mm), la limite autorisée à l'échelle de l'industrie du diamètre du cercle de confusion est δ ≈ 0,030 mm (le format APS-C est 0,020 mm, le format moyen est 0,050 mm).

2. Formule mathématique de la profondeur de champ et trois principales variables physiques déterminantes

La formule exacte de profondeur de champ est :
$$\text{Profondeur de champ} \approx \frac{2 \cdot N \cdot c \cdot u^2}{f^2}$$
Parmi eux : $N$ est la valeur F de l'ouverture, $c$ est le diamètre du cercle de confusion, $u$ est la distance de l'objet focalisé et $f$ est la distance focale de l'objectif. Des conclusions physiques choquantes et rigoureuses peuvent être tirées de la formule :

1. L'impact de la distance de l'objet ($u^2$) explose au niveau carré !  : Plus vous vous rapprochez du sujet, plus la profondeur de champ diminue fortement à un rythme carré ; plus vous vous éloignez du sujet, la profondeur de champ augmente fortement au rythme carré ;
2. La distance focale ($f^2$) affecte l'inverse du carré !  : Les téléobjectifs (tels que 200 mm) ont une profondeur de champ extrêmement faible, et les objectifs grand angle (tels que 24 mm) ont une profondeur de champ extrêmement profonde ;
3. L'ouverture ($N$) n'a qu'un effet linéaire !  : Lorsque l'ouverture est doublée (comme f/2,8 à f/5,6), la profondeur de champ n'est que doublée et son poids d'impact est bien inférieur à la distance de l'objet et à la distance focale.

3. La « loi des proportions asymétriques » de la profondeur de champ du premier plan et de l'arrière-plan

Beaucoup de gens croient à tort que la plage claire avant et après le point AF est exactement la même et symétrique. C'est un énorme malentendu :

• Prise de vue macro rapprochée (la distance de l'objet est extrêmement proche) : Le rapport entre la profondeur de champ du premier plan et celle de l'arrière-plan est proche de 1:1 (complètement symétrique) ;
• Distance normale en portrait (2 à 3 mètres) : la profondeur du premier plan représente 1/3 (33 %) et la profondeur de champ arrière représente 2/3 (67 %) ;
• Distance hyperfocale du paysage : la profondeur de champ arrière s'étend de l'infini jusqu'à l'infini (représentant plus de 90 %) et la profondeur du premier plan ne couvre qu'une petite section devant le point AF.
• Conseils pratiques : Lorsque vous prenez une photo de groupe de trois personnes debout face à face, faites toujours la mise au point sur les yeux de la personne qui se tient devant (la plus proche de l'appareil photo) ! Laissez la large profondeur de champ arrière des 2/3 arrière couvrir naturellement les compagnons derrière vous. Si vous vous concentrez sur la dernière personne, la personne devant sera floue car elle est hors du premier tiers de la profondeur de champ !

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