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Comparaison

de l'oeil et de la photographie

Oeil/Appareil photographique

L'appareil photographique

Deux avancées technologiques ont permis de passer su sténopé à l'appareil photographique argentique:

- L'ajout d'un lentille de verre pouvant focaliser le rayon lumineux a permis d'augmenter le diamètre de l'ouverture et donc de faire rentrer plus de lumière. L'image obtenue est plus claire et le temps d'exposition moins long qu'avec le sténopé.

- La mise au point du film argentique qui a donné son nom à la photographie argentique. Depuis longtemps, les chimistes avaient connaissance de la réaction du noircissement du chlorure d'argent à la lumière. Au cours de l'histoire, plusieurs expériences ont été réalisées avec des sels d'argent pour mettre au point une surface photosensible, comme celles de Thomas Wedgwood avec le nitrate d'argent qu'il a publiées en 1802. Une difficulté demeurait cependant: comment empêcher la surface photosensible de noiricir complètement à la lumière lorsqu'on la sort de l'appareil photo ? Le problème a été résolu par les recherches de John Herschel de 1819 sur l'hyposulfite de sodium (Na2S2O3) qui permet de fixer l'image.

L'appareil photographique

Un appareil photographique qu'il soit argentique ou numérique possède un déclencheur qui ouvre l’obturateur pour que les rayons lumineux atteignent la surface photosensible le temps nécessaire pour que la pellicule soit correctement exposée. Situé à sur l’avant de l’appareil photographique se trouve l’objectif, système optique, dans lequel se trouvent plusieurs lentilles qui vont faire converger les rayons lumineux jusqu’à la pellicule. L'image formée de l'objet est inversée. Plusieurs éléments vont avoir leur importance sur le résultat de la photo :

-La mise au point

-Le temps d’exposition.

-L’ouverture du diaphragme qui conditionne la profondeur de champ

-La focale

 

 

Schéma d'un appareil photographique reflex

La mise au point

La mise au point est l’opération qui consiste à régler la netteté de l’image qu’il veut obtenir. Dans un appareil photographique, la mise au point se fait par déplacement de l’ensemble ou d’une partie de son système optique : l’objectif. Elle est optimale lorsque la pellicule coïncide avec le plan où se forme l’image de l’objet à photographier. C’est là que convergent les rayons lumineux provenant d’un même point de l’objet. Cette position dépend de la distance entre l’objectif et l’objet. Lorsque l’objet est très éloigné, à l’infini, les rayons lumineux sont presque parallèles et l’image se forme dans le plan focal de l’objectif. La distance entre l’objectif et l’image est alors plus courte. A mesure que l’objet se rapproche, l’image projetée s’éloigne : on doit donc écarter l’objectif de la pellicule. La mise au point est donc un réglage de distances. 

L'ouverture du diaphragme

L’ouverture est le terme qui définit le diamètre du trou correspondant à la quantité de lumière admise, c'est-à-dire son intensité. On règle cette ouverture à l’aide du diaphragme. Ses valeurs possibles sont évaluées par des nombre « f ». Celle-ci sont notées sur l’objectif d’un appareil, (2, 2.8,…, 22,…) et correspondent à l’ouverture du diaphragme, plus ces valeurs sont élevées, plus l’ouverture est petite. 

 

Schéma des différentes ouvertures de diaphragme

Profondeur de champ

Lorsque la mise au point est réalisée sur le sujet principal de la photo, l'image du sujet est projetée sur le plan de la pellicule. Les objets plus proches ou plus éloignés de l'appareil photographique que le sujet sont projetés avec netteté sur des plans qui ne sont pas confondus avec la pellicule. Chaque point de ces objets apparait sur la pellicule non pas comme un point mais comme une tache. Les objets sont flous sur la photo. Le diamètre de la tache dépend de l'écart entre le plan où se forme l'image de l'objet et la pellicule et donc de la distance entre l'objet et le sujet sur lequel on a fait la mise au point. Si cette distance est faible, le diamètre de la tache est petit et l'oeil l'assimile à un point. L'image de l'objet parraît nette sur la photo. C'est la profondeur de champ.

Lorsque l'on ferme le diaphragme, les rayons en provenance d'un point de l'objet qui convergent vers la pellicule sont contenus dans un cône d'angle plus réduit, le diamètre de la tache est donc plus faible. C'est la raison pour laquelle la profondeur de champ augmente quand l'ouverture du diaphragme se réduit.

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Schéma de la mise au point d'un appareil photographique

La focale

La focale va déterminer l’angle de champ de l’objectif soit l’angle que va pouvoir capter l’appareil photo. Une focale courte va donc entrainer un grand angle de champ alors qu’une focale longue va plutôt correspondre à un angle de champ plus petit.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La focale représente la distance en millimètre qui sépare le foyer de la lentille. Cela caractérise l’angle. On peut trouver des objectifs a focale fixe, c'est-à-dire qu’ils n’ont pas de zoom car on ne peut pas modifier la distance capteur/lentille:

- Les objectifs a focale fixe sont adapté pour prendre les paysage mais ne sont pas recommandés pour photographier de près car ils ont tendance à déformer. Selon le type d’appareil photo on peut modifier l’objectif et donc la focale.

-Les objectifs à focale variable ce que l’on appelle un objectif zoom. Ce type d’objectif a pour particularité de faire varier la focale et ainsi de pouvoir se rapprocher ou s’éloigner virtuellement du sujet à photographier.

Schéma de différents angles de champ obtenues en variant les focales

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Schéma de la profondeur de champ en fonction de l'ouverture du diaphragme

Le temps d'exposition

Pour obtenir une bonne exposition, il faut aussi déterminer la vitesse d’obturation, qui est le temps pendant lequel le capteur va recevoir la lumière. Le temps d’exposition correspond au temps où l'obturateur restera ouvert. Lors de l’appui sur le déclencheur, l’obturateur placé devant la pellicule va se lever afin de laisser entrer la lumière sur le film. Plus le temps où l’obturateur est levé sera long, plus le film sera exposé à la lumière. Il faut donc régler le temps d’exposition pour que la pellicule ne soit ni sous exposée, ni surexposée. Il existe une relation entre l’ouverture du diaphragme et le temps d’exposition : en effet si le diaphragme est réglé sur une faible ouverture, il y aura moins de lumière et le temps pour obtenir une image correctement exposée sera plus long que si le diaphragme possède une grande ouverture et que beaucoup de rayons lumineux parviennent dans l’appareil photo. Plus le temps d'exposition est long, plus il faut veiller à ne pas bouger l'appareil photo si l'on ne veut pas obtenir une image foue.

Comparaison de l'appareil photo avec l'oeil

 

 Le fonctionnement de l'oeil est très ressemblant de celui de l'appareil photo.  Cependant l'oeil possède certaines similitude avec l'appareil photo :

 - La focale : Par rapport à l’appareil photographique, la focale d’un œil reste fixe. On ne peut pas zoomer avec notre œil. L’angle de champ est  toujours le même.

 

  

 

 

 

 

 


 

 


 - Le temps d’exposition : Dans l’œil, il n’y a pas d’équivalent au temps d’exposition. En effet la lumière pénètre sans arrêt dans l’œil pour atteindre la rétine et contrairement aux différentes surfaces photosensibles de l’appareil photo, la rétine de l’œil possède des  récepteurs de lumière  qui ne nécessitent pas un temps d’exposition.

 - L’ouverture du diaphragme : Elle correspond à l’iris dans l’œil. L’Iris est la partie située en avant du cristallin, elle donne sa couleur à l’œil. C’est en son centre que se trouve la pupille, qui est dilatée par les différents muscles de l’iris : la pupille est élargie par un groupe de fibres disposés similairement aux rayons d’une roue tandis qu’elle est rétrécit par des fibres circulaires. L’action de ces muscles modifie son diamètre: elle varie de 2mm (en pleine lumière) à 8mm (dans l’obscurité), ce qui permet de réguler la quantité de lumière entrant dans l’œil. L’iris peut ainsi se contracter ou se dilater pour adapter la vision à la luminosité. Quand celle-ci est forte, l’iris se contracte afin de réduire l’ouverture et donc de diminuer l’intensité lumineuse qui vient frapper le centre de la rétine. Cependant elle ne modifie pas la profondeur de champs en raison de la composition et de la forme de la rétine.


Animation de la dilatation de la pupille

-La mise au point:  les rayons lumineux traversent successivement la cornée, l’humeur aqueuse, le cristallin et l’humeur vitrée. La cornée et le cristallin provoquent une réfraction des rayons lumineux, qui convergent vers la rétine. Dans la vision de loin, le cristallin est très peu utilisé car les rayons lumineux arrivent presque parallèlement, de plus la cornée a suffit à les projeter sur la rétine. Le cristallin au repos est tendu, il a une forme mince et allongée, en opposition à l’épaississement. La mise au point dans l’œil est donc effectuée grâce à la déformation du cristallin qui comme pour une lentille convergente concentre les rayons lumineux sur la rétine. En modifiant son angle de courbure (il se bombe) grâce aux muscles ciliaires, une image nette peut se former sur la rétine même si l’objet est proche de l’œil. C’est le phénomène d’accommodation. Contrairement à l’appareil photo où la réfraction est provoquée par l'objectif, formé de plusieurs lentilles et où la mise au point est un réglage de distances.

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Schéma de la convergence des rayons lumineux dans l'oeil


Le traitement de l'image

La rétine est une membrane très fine composée de couches tapissant la face interne de l’œil.  Ces trois couches représentent les cellules nerveuses de la rétine , permettant de capter les rayons lumineux et de les transformer en information transmise au cerveau par le réseau nerveux, elles sont reliées entre elles et ont chacune une fonction précise. Grâce à cette organisation en couches, l'information est donc véhiculée vers le cerveau en plusieurs étapes.

La lumière doit traverser la rétine avant de pouvoir atteindre les photorécepteurs, sensibles à la lumière. Les photorécepteurs permettent de voir dans différentes conditions de luminosité et aussi de percevoir les couleurs en différenciant la lumière par les diverses longueurs d’ondes la composant. Ils se partagent en deux groupes de cellules différentes et complémentaires :

-les bâtonnets sont très sensibles à la lumière, ce sont eux qui permettent la vision nocturne. Ils ont une durée d’adaptation à l’obscurité relativement longue de 20 minutes afin de bénéficier d’une bonne vision de nuit. Les bâtonnets sont tous identiques, et permettent donc la même chose, une vision en noir et blanc (nuances de gris). 

-les cônes sont spécialisés : une sorte réagit au bleu, une autre au rouge et une dernière au vert. Les informations perçues par ces trois types de cônes permettent la perception des couleurs grâce à la synthèse additive. La vision diurne se fait presque sans couleur car les cônes ne remplissent leur rôle que lorsque la quantité de lumière entrant dans l’œil est suffisante.  Les cônes sont présents en majorité au niveau de la "tache jaune", dans la région centrale de la rétine. Au milieu de celle-ci se trouve la "fovéa", La vision est à ce niveau plus précise, plus détaillée et plus sensible aux mouvements que sur le reste de la rétine. C'est d'ici que provient la plupart de l'information visuelle arrivant au cerveau. 

Plus on s’éloigne de centre, plus la vision est approximative, car les cônes diminuent et les bâtonnets augmententLes bâtonnets fonctionnent en faible intensité lumineuse, donc on ne voit pas les couleurs ni les détails mais on perçoit le noir et le blanc dans la vision périphérique.


     Cliquez sur l'une des images afin de l'agrandir.

Photographie de cônes et de bâtonnets: les cônes sont les cellules ressemblant à des noyaux d'olives et les bâtonnets sont situés entre les cônes

Schéma de la structure rétinienne

Schéma des différentes couches de la rétine, au centre et à la périphérie.

Le capteur de l’appareil photographique reçoit la lumière et tout comme la rétine est constitué de cellules photosensibles (appelés photosites). Celle-ci ont été traitées et permettront à l’énergie lumineuse d’être traduite en courant électrique proportionnellement à la lumière reçue chez l’appareil numérique .En théorie, il faut quatre photosites pour mesurer une seul couleur et donc créer un pixel. Le capteur est composé de plusieurs millions de cellules photosensibles (photosites) et gravé de microcircuits électroniques, le tout disposé sur une minuscule plaque de silicone (de la grosseur environ d'une pièce de 1 euro). 

De même, la pellicule photographique de l’appareil argentique est un support souple recouvert d’une émulsion contenant des composés chimiques photosensibles, comme le bromure d’argent. Plus une pellicule est sensible, plus le temps d’exposition pourra être réduit. Une pellicule est sensible uniquement à la lumière visible.

 

Schéma de la structure de la pellicule 

Pellicule négative noir et blanc

Une pellicule que l’on appelle couramment le support argentique ou imagerie argentique est composée de grains de bromure d’argent. La caractéristique principale est la sensibilité d’une pellicule. Mesurée en ISO, la sensibilité d’un film varie de 25 à 3200. Elle modifie les paramètres suivants :

-La finesse du grain du film (nombre de grains d’argent que l’on peut compter par unité de surface). Le grain représente la finesse des détails de la photo. Plus le grain est fin, plus les détails sont fins et inversement.

-La latitude de pose (la différence de rendu d’objets ayant une différence de luminosité donnée). Cela représente le contraste de la photo. Une faible latitude correspond à un faible contraste.

Ces deux paramètres sont liés. Si la sensibilité est grande, le grain est gros et la latitude de pose faible. Si la sensibilité est faible, le grain est fin et la latitude de pose forte.

Elle est composée de plusieurs couches :

-couche Anti abrasion : protège la couche émulsion (assez molle) contre les éraflures

-couche d’émulsion où se forme l’image. Elle est composée de 60% de gélatine et de 40% de cristaux sensibles

-Anti-halo : Forme le dos de la pellicule et empêche la réflexion de rayons qui amèneraient une image fantôme.

Le cristal est constitué d’atomes d’argents (ion) et d’atomes de bromes (ion) et de germes de sensibilité.

Chaque ion de brome possède un électron supplémentaire par rapport à l'ion de brome neutre (charge négative).

Chaque ion d'argent possède un électron en moins que l'atome d'argent neutre (charge positive).

Lorsqu'un photon percute un cristal de bromure d'argent, la formation de l'image s'amorce,

Le photon cède son énergie à l'électron supplémentaire de l'ion de brome. Dès lors, l'électron parcourt au hasard, la structure du cristal jusqu'au moment ou il rencontre un germe de sensibilité.

Il attire alors un ion libre d'argent.

A mesure que d'autres photons viennent percuter d'autres ions de brome, ils libèrent d'autres électrons qui viennent s'agglutiner au germe de sensibilité.

Les électrons s'allient aux ions d'argent et engendrent des atomes d'argent métallique.

On obtient une image latente (pas encore visible, c'est une image en puissance) possédant des propriétés chimiques qui seront amplifiées lors du développement.

 

 

 


Pellicule négative couleur

La Pellicule négative couleur fonctionne sur le même principe que la pellicule négative noir et blanc sauf qu’elle est constituée d’autres facteurs pour permettre la restitution des couleurs. Afin de les restituer il suffit de disposer de trois émulsions sensibles chacune à une couleur primaire, chacune de ces couches étant colorée dans la couleur complémentaire de celle du sujet d’origine. Un négatif couleur doit inverser les luminances ainsi que les couleurs. Ainsi, la couche sensible au bleu sera après traitement teintée en jaune (couleur complémentaire du bleu) la couche sensible au vert teintée en magenta (complémentaire du vert), et la couche sensible au rouge teintée en cyan (complémentaire du rouge) Chacune des trois couches principales comporte des grains de bromure d’argent sensibles à la lumière et un coupleur qui permettra de former un colorant au cours du développement.

Le principe est celui de la synthèse soustractive.

L'interposition de gélatine colorée rétablit l'équilibre entre les couches. 

La gélatine teintée en jaune absorbe la composante bleue qui est enregistrée uniquement par la première couche,

La gélatine teintée en magenta absorbe le vert.