FORMULES de PHYSIQUE
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APPAREIL PHOTO
-appareil photo (théorie)
Un appareil photo est déterminé par différentes caractéristiques :
La résolution est une distribution d'informations sur un support
le plus petit élément homogène d'une résolution sur un support (image numérisée par exemple) est le pixel -voir déf° ci-après- (abréviation px, et le mégapixel Mpx vaut 106 px)
Selon le support, on distingue les pixels d'acquisition (la prise de photo)-les pixels d'écran (l'image)- et les pixels d'impression (restitution sur papier)
-la longueur de résolution
C'est le segment (lo) entre 2 points visés (qui sont en général assez proches l'un de l'autre)
La longueur de résolution a une limite (de résolution), exprimant qu'elle est alors la plus petite longueur pouvant être nettement distinguée par l'oeil
-la distance de résolution est la distance à laquelle on regarde la longueur de résolution
-la résolution (stricto sensu) est le nombre d'informations (pixels) susceptibles d'être contenues dans une longueur de résolution
La résolution (linéique) a donc >>> Dimensions structurelles : L-1
Symbole de désignation : Jr Unité S.I.+ : Pixel /m
On utilise aussi le dpi (dots per inch ou pixel par pouce), qui vaut 39,4 Pixels /m
Les constructeurs d'appareils de traitement d'images ont défini la résolution (linéique) comme un nombre de points élémentaires (dits "pixels") contenus dans une unité de longueur
Jr (px/m) = infos (px) / lo (m)
Le pixel est le plus petit élément pictural permettant à un oeil standard de distinguer son particularisme
Le pixel inclut (supporte) des éléments d'informations (1 à 100 bits) permettant de qualifier des caractéristiques de la zone où il est présent (couleur, luminosité...)
L'unité de résolution (linéique) est le pixel par mètre dans le sytème d'unités S.I.+
L'unité de résolution anglo-saxonne est le pixel par inch (PPI) ou PPP(pixel par pouce) ou DTI (dot per inch).et ce PPI = 39,4 px/m
L'oeil a une résolution moyenne (une norme) de 76 Ppi à 1 mètre soit 3000 px/m à 1 mètre
Ceci équivaut -proportionnellement- à 610 PPI (à 0m,12)-- ou 305 PPI (à 0,25 m.)--
ou 152 PPI (à 0,50 m.)--ou 25 PPI (à 3 m.)
Le cercle de confusion est le plus petit pixel carré d'un quelconque support, lisible au punctum rémotum.
Le diamètre du cercle de confusion vaut en pratique (0,02 à 0,03) en photo numérique, (0,02 à 0,05) en photo standard, et même 0,2 pour les grands formats
LE CHAMP OPTIQUE
-l’angle de champ photographique est un angle plan, défini par rapport aux dimensions du format de la photo (donc défini en horizontal comme en vertical)
En horizontal, c’est l’angle θh = angle dont la tangente est (la / lf )
avec lf(m)= distance focale et la(m)= largeur du format (ex. 36 dans un 24 x 36)
En vertical, c’est l’angle θv = angle dont la tangente est (lh/ lf) avec
lf(m)= distance focale et lh(m)= hauteur du format (ex. 24 dans un 24 x 36)
Rappel >> l'angle de vision binoculaire humaine est # 0,5 stéradian(cône)
et pour l'angle plan maximal (angle de champ, quelle que soit la direction) # 46°
-la profondeur du champ optique est un cas particulier de distance de résolution : c'est lC la distance, mesurée sur l’axe optique, où la résolution (c'est à dire le nombre d'infos, dits Pixels) est en limite perceptible
lc = lv .[4.(lp.li) / (4lp² – li²)]
avec lv(m)= distance du plan de visée jusqu’à la pupille d’entrée
lp (m)= diamètre de la pupille d’entrée
li(m)= hauteur de l’image sur le grain de la plaque sensible
La profondeur de champ au-delà de la distance hyperfocale est nommée "à l'infini"
-le diaphragme de champ limite matériellement les dimensions de l'image, par restriction de surface d'accès de la lumière
-l'angle de vue d'un appareil photo (même définition que pour un appareil de prise de vues) est l'angle entre l'axe optique de l'appareil et l'horizontale
LA FOCALE
-la (distance) focale est la distance entre le centre optique de la lentille «objectif» et le foyer de convergence des réfractions par ledit objectif
Les distances focales (lf ) des objectifs courants vont de 1 à 300 mm
Exemples : (lf > 40mm pour grand angle), (lf = 50 à 60 mm pour 24x36 standard), (lf > 70 mm à 500 mm en version téléobjectif )
En photo >>> la focale dite normale (lfn) est fonction du format de l'appareil
Formule empirique pour évaluer la focale normale lf (toutes données en mm.)
lfn = [(largeur format x longueur format) / 0,46]1/2
-hyperfocale >>> pour un réglage “à l’infini” d'un appareil de vue, c'est la distance au-delà de laquelle tous les objets situés sur l’axe optique donnent une image nette L'hyperfocale (pour un appareil), est donnée par la formule approchée : lH # lf .ld / lc
où lH est l'hyperfocale, ld est le diamètre d'ouverture (éventuellement diaphragmé) et lc le diamètre du cercle de confusion, c'est à dire le diamètre du plus petit pixel carré, lisible au punctum rémotum. Ce cercle de confusion vaut en pratique (0,02 à 0,03) en photo numérique, (0,02 à 0,05) en photo standard, et même 0,2 pour les grands formats
L'OUVERTURE
-l’ouverture relative (habituellement utilisée) est le rapport sans dimension:
ld / lf où ld(m)= diamètre de l'ouverture offerte à la lumière entrante (en général limitée par un diaphragme) et lf(m)= distance focale de l’appareil optique
-le diamètre (et le rayon) d’ouverture pour un appareil sont le diamètre (et le rayon) de l'ouverture d'entrée de lumière, supposée circulaire
-l’angle d’ouverture est l’angle du cône sous lequel on voit l'objectif d'un appareil optique, depuis la chose visée
-le diaphragme d'ouverture est un outil, incorporé et en général automatique, destiné à limiter momentanément l'ouverture (contrôle de l'angle solide du cône d'arrivée de lumière)
-le nombre d’ouverture
-sans dimension- est le rapport : (focale) / (diamètre du diaphragme d’entrée) donc l’inverse de l’ouverture relative
Plus ce nombre est petit, mieux la lumière entre dans l’appareil (puisqu’inversement proportionnel au diamètre d’entrée)
C'est en général ce nombre d'ouverture qu'on trouve noté "ouverture" dans les caractéristiques d'un appareil photo et présenté sous la forme f/4 (par exemple) ce qui signifie que la luminosité maxi qui rentre dans l'appareil est atteinte quand ce nombre d'ouverture est de 1/4 (la focale étant notée f)
Ce nombre d’ouverture -parfois dénommé abusivement "diaphragme" dans les notices d'appareils - est une échelle de nombres dont la raison est (2)1/2, soit - en valeurs arrondies-: (1)--(1,4)--(2)--(2,8)--(4)--(5,6)--(8)--(11)--(16)--(22) échelle qui permet de calculer le diamètre de diaphragme par rapport à la focale de l'objectif pour qu'il y ait bonne luminosité dans l'appareil
Exemples >> f/1,4 est une grande ouverture (donc grand champ de vision)
et f/ 22 est une petite ouverture
-exemple sur la plaque d'un appareil
premier cas >>> appareil photo dont la focale est f = 60 mm, qui a un nombre d'ouverture noté (f / 5,6) >>> on a estimé dans la construction de l'appareil, qu'il fallait un diaphragme qui s'ouvre de (60 / 5,6 soit 10,7 mm) pour le meilleur usage
second cas >>> inscription 70-300. f/4-5,6 >>> il faut décrypter ainsi >>> 70 à 300 mm de variation d'ouverture pour le zoom et parallèlement variation de 4 à 5,6 du nombre d'ouverture
Le zoom étant la possibilité d'une grande ouverture
-vitesse d'ouverture ou vitesse d'obturation
C'est la durée pendant laquelle l'obturateur (diaphragme automatique) est ouvert (entrée de lumière) Cela couvre de (1 à 1/8000) seconde
LA SENSIBILITE
-sensibilité photographique ou photosensibilité c’est la réaction de précision d’une émulsion photographique envers le rayonnement électromagnétique auquel on la soumet.
Pour une pellicule: la norme ISO est constituée d’une échelle où chaque valeur comporte 2 nombres :
-le premier, la valeur A.S.A (américaine et russe)
-le second l’équivalent en DIN (allemande)
Cette échelle va de 1-1 (origine des photos, à plaques dites sèches), en passant par 10-11 (pour les photos dupliquées), 100-21 (pour les pellicules noir et blanc anciennes), 200-24 à 400-27 (photos de sensibilités courantes actuelles), 1000-31 à 5000-38 (photos couleurs hautes vitesses), etc...jusqu'à 100.000-51 (pour les émulsions ultra sensibles )
Pour un appareil de photo numérique : la sensibilité est la reprise des normes ISO ci-dessus, exprimant la sensibilité d'un capteur envers les photons qui l'atteignent.La plage est toutefois comprise entre 50 et 8000 ISO, avec indication sur la structure de stockage d'informations, exprimée en Pixels/mm²
Cas particulier où l’image est à l’infini : (2 n*i.sinθo.lti) devient égal à n*i.θw.lq (θwétant l’angle de vue de l’image et lq le diamètre de la pupille de sortie)