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Comment fonctionne un appareil photo ?

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Vous êtes-vous déjà demandé ce qu’est un appareil photo, et comment fonctionne un appareil photo ? Comment fonctionne cette machine délicate quand on prend une photo ? Vous n’êtes pas seul.

Les caméras ont beaucoup évolué depuis un siècle et demi. La photographie a radicalement changé. Les caméras modernes d’aujourd’hui sont le résultat d’innombrables années de développement, mais les principes de base restent les mêmes.

Comment fonctionne un appareil photo ? Voici notre guide.

Quel est le rôle de la lumière ?

Si nous voulons comprendre comment fonctionne un appareil photo, nous devons savoir comment fonctionne la lumière. La photographie n’existerait pas sans notre compréhension de la lumière.

Sans plonger plus loin dans les territoires sauvages de la physique, clarifions les bases.

La lumière voyage en ligne droite. Il ne prend pas de courbes (du moins pour nous, photographes). Il est réfléchi et absorbé.

Pour nos yeux et nos caméras, la lumière est une onde. Il a à peu près les mêmes propriétés que le son – il varie en longueur d’onde, en fréquence et en amplitude. Il diffère par son niveau d’énergie.

La tâche du photographe est de collecter et de capturer la lumière dans son propre goût et sa propre forme.

Concept de base des appareils photos

Mis à part les toutes premières caméras à sténopé (qui n’ont pas de verre), les deux parties principales des caméras sont l’objectif et le détecteur de lumière.

L’objectif de la caméra capte la lumière et la projette sur une surface de détection de lumière – film ou capteur numérique.

Ensuite, à travers différentes méthodes de traitement, vous obtenez votre image finale qui est façonnée à votre goût.

La photographie est tout ce qui se passe entre ces étapes – et même avant.

Et vous, le photographe, vous en avez le contrôle.

L’objectif

L’objectif est la première rencontre de la lumière avec la caméra.

La lumière traverse l’objectif. Grâce à différentes formules optiques, il façonne la façon dont l’image est projetée. C’est l’un de vos outils d’expression les plus puissants – il est donc essentiel que vous compreniez comment il fonctionne.

Structure optique

L’objectif de votre appareil photo n’est en fait pas un seul objectif. Il est composé de nombreuses lentilles simples et de groupes de lentilles.

La structure est le résultat d’une conception et de tests méticuleux. Il existe des formules standard, comme le 50mm f/1.8 ou f/1.4. Celles-ci sont très similaires d’un fabricant à l’autre et ont été développées il y a longtemps.

Certains objectifs avancés et extrêmes ont des formules qui n’étaient pas possibles jusqu’à tout récemment.

La formule optique d’un objectif détermine l’image qu’il peut projeter sur un capteur.

Distance focale

En termes simples, la distance focale définit la quantité de zoom. Une distance focale inférieure donne un angle de champ plus large. Une focale plus élevée – « plus longue » – donne une focale plus étroite de la scène.

En termes techniques, la distance focale est la distance entre le point de convergence de l’objectif et le capteur ou le film.

Il est pratiquement impossible de concevoir un objectif avec son point de convergence avant l’élément avant, mais il peut être derrière cela. Cela signifie que les téléobjectifs doivent en fait être plus longs (à l’exception des miroirs). Pourtant, les objectifs grand angle peuvent être étonnamment longs.

Les objectifs zoom changent leur point de vue d’avant en arrière. Les objectifs Prime ont leurs lentilles fixes, et les éléments ne bougent que pour la mise au point.

Ouverture

Le diamètre de la lentille détermine la quantité maximale de lumière qui peut passer.

Dans la plupart des lentilles, il y a un iris. L’iris est utilisé pour rétrécir le diamètre. Il fonctionne comme la pupille de l’œil : plus elle est étroite, moins elle laisse entrer la lumière.

De plus, avec un iris plus serré, la profondeur de champ est plus profonde et la séparation de l’arrière-plan est moins importante.

La valeur d’ouverture est donnée sous forme de diaphragmes F. Le F-stop est un rapport. Vous pouvez le calculer en divisant la distance focale par le diamètre de l’objectif (au niveau de l’iris).

Par exemple, le diaphragme d’un objectif de 50 mm avec une ouverture de 25 mm de diamètre est f/2.

Bien sûr, lorsque vous zoomez, la distance focale change. Dans les objectifs avec une valeur d’ouverture minimale constante – par exemple, une ouverture de 24-70 mm f/2,8 – l’ouverture s’ouvre progressivement au fur et à mesure que vous faites un zoom avant. Cela permet de maintenir le ratio au même niveau tout au long du processus.

Mise au point

Comme votre œil, un objectif de caméra voit le monde dans des plans focaux. Ces plans sont parallèles à l’élément avant de l’objectif de la caméra et (dans la plupart des cas) au capteur. Les exceptions sont les objectifs inclinables et les objectifs très grand angle.

Pour obtenir un certain plan de mise au point, un élément de l’objectif doit se déplacer à l’intérieur de l’objectif. Vous pouvez contrôler cet élément avec autofocus ou manuellement en tournant la bague de mise au point.

Il y a une plage de mise au point dont chaque objectif est capable. Plus l’élément de mise au point s’approche du capteur, plus la mise au point s’effectue loin.

l’exception des objectifs macro uniquement, la plupart des objectifs sont mis au point à l’infini. L’infini est le plan au-delà duquel pratiquement tout est au point. Physiquement, il est possible d’aller plus loin, mais cela n’a pas de sens puisque, après cela, l’image redevient floue.

Lors de la prise de vue rapprochée, l’élément de mise au point s’éloigne du capteur. Il est donc possible de fabriquer n’importe quel objectif non macro capable de macro en ajoutant des tubes d’extension entre le corps et l’objectif.

Habituellement, la bague de mise au point est physiquement reliée au mécanisme de mise au point à l’intérieur de l’objectif. Dans ce cas, la mise au point manuelle vous donne un contrôle direct. Dans certains objectifs, il n’y a qu’un contrôle électronique.

Cela se produit dans les objectifs lourds (comme le Canon 85mm f/1.2 II). Dans les constructions minuscules, où une bague de mise au point normale serait de toute façon impraticable (comme l’objectif Canon 40mm f/2.8 pancake), il est aussi souvent utilisé.

Stabilisation

Dans certains objectifs modernes, vous trouverez un élément qui stabilise activement le mouvement de la caméra. Cette partie est habituellement un bloc structurellement distinct à l’arrière avec une lentille.

À l’aide d’un gyroscope, il mesure et contrebalance votre poignée de main et autres mouvements.

La dénomination des systèmes de stabilisation diffère d’une marque à l’autre. Canon appelle les leurs IS (stabilisateur d’image), Nikon a VR (réduction des vibrations), Sony a OSS (Optical SteadyShot), et ainsi de suite. Ils font tous la même chose pour la plupart.

Poids et ergonomie

La taille et le poids des lentilles dépendent de nombreux facteurs.

Habituellement, plus l’ouverture est rapide, plus l’objectif est grand. La large plage de zoom permet également d’obtenir des objectifs plus longs lorsqu’ils sont zoomés, mais ils sont souvent rétractables.

De plus, plus la taille du capteur est grande, plus l’objectif doit être volumineux.

La stabilisation s’accompagne également d’un poids plus élevé.

Le plus souvent, les fabricants conçoivent leurs objectifs de manière à assurer un grand équilibre avec leurs appareils photo. Mais dans certains cas, ce n’est pas possible. Les téléobjectifs et téléobjectifs rapides (comme le Canon 200 mm f/2) et les objectifs ultra grand-angle rapides (comme le Sigma 14 mm f/1,8) doivent avoir d’énormes éléments avant, de sorte qu’ils peuvent sembler déséquilibrés.

Connexion au boîtier de l’appareil photo

En ce sens, il existe deux types d’objectifs de caméra : interchangeables et fixés au corps.

Les objectifs fixes se trouvent surtout sur les caméras compactes et les caméras de pont au niveau du consommateur. Certaines marques, par exemple Leica, fabriquent des caméras à objectif fixe de haut niveau.

Il n’y a pas beaucoup d’options avec des lentilles fixes – vous obtenez ce que vous obtenez.

Toutefois, sur les reflex numériques à objectif unique (DSLR) et les MILC (miroir sans objectif interchangeable), vous pouvez changer les objectifs indépendamment du boîtier de l’appareil.

Pour connecter leurs objectifs à leurs boîtiers, chaque fabricant d’appareils photo (ou alliance) dispose de supports d’objectifs standard.

En plus de maintenir les lentilles sûres et stables, chaque monture possède également un protocole électronique. Ceci est nécessaire pour fournir la puissance nécessaire à l’autofocus et à la stabilisation. Les liaisons de données transfèrent également l’ouverture, la distance de mise au point, le zoom et les informations générales sur l’objectif.

La plupart des types de montage d’appareil photo notables incluent le Canon EF/EF-S (DSLR), EF-M (capteur recadré sans miroir), et RF (plein cadre sans miroir), ainsi que le Nikon F (DSLR) et Z (sans miroir), Sony A (DSLR) et E (sans miroir), et beaucoup plus.

Caméras

Après avoir traversé l’objectif, la lumière arrive à la caméra, où elle est détectée par un capteur ou un film.

Viseur

Tous les reflex numériques et de nombreux appareils photo sans miroir sont équipés de viseurs.  Il peut être optique ou électronique.

Dans un appareil photo numérique reflex numérique avec viseur optique, une fois que la lumière arrive de l’objectif, elle rebondit sur un miroir semi-perméable. La plus grande partie de la lumière est ensuite réfléchie jusqu’à un pentaprisme, puis vers le viseur.

Une partie de la lumière est réfléchie vers le bas à travers un miroir secondaire vers le capteur autofocus.

Dans un appareil photo sans miroir, il n’y a pas de connexion optique entre l’objectif et votre œil. La lumière va toujours directement sur le capteur.

Depuis le capteur, la vue en direct est transmise numériquement au viseur électronique (EVF) ou à l’écran arrière.

Obturateur

L’obturateur est le mécanisme qui laisse la lumière sur le film ou le capteur pendant un certain temps (la vitesse d’obturation).

Avant l’ère de l’appareil photo numérique, la seule option était un obturateur mécanique. Ils déplacent physiquement un obstacle sur le chemin de la lumière.

Le volet roulant mécanique, que l’on retrouve dans la plupart des caméras, comporte deux rideaux. Lorsque vous appuyez sur le déclencheur, le premier rideau glisse vers le haut et laisse passer la lumière sur le capteur de l’appareil photo. Ensuite, après le temps réglé de la vitesse d’obturation, le deuxième rideau s’arrête. Le capteur est à nouveau bloqué.

L’un des inconvénients des volets roulants est que vous ne pouvez pas utiliser un flash standard en dessous d’une certaine vitesse d’obturation. C’est généralement autour de 1/200ème de seconde. En dessous de cela, ils n’exposent pas l’ensemble du cadre en même temps.

Il y a une fenêtre entre les rideaux qui se déplace d’un côté à l’autre.

En retour, un flash est instantané, donc si vous descendez en dessous de cette vitesse, seule une bande de l’image sera allumée. Vous pouvez éviter ce problème en utilisant la synchronisation haute vitesse.

Les obturateurs électroniques sont un produit de l’ère des appareils photo numériques. Ils sont utilisés pour une lecture rapide et continue de l’image.

Un volet roulant électronique se trouve dans presque tous les appareils photo numériques. Il fonctionne en rassemblant les données du capteur en blocs (généralement des rangées de pixels), en procédant vers le bas.

Cela permet des prises de vue silencieuses et des vitesses d’obturation très basses, dans certains cas 1/32000ème de seconde. L’inconvénient est que les sujets qui se déplacent rapidement semblent déformés en raison de la lecture asynchrone.

La visualisation en direct et l’enregistrement vidéo utilisent tous deux des obturateurs électroniques dans les caméras grand public.

Dans certains appareils photo avancés, vous trouverez un obturateur électronique global. Il lit simultanément les données de l’ensemble de l’image, résolvant ainsi le problème de la distorsion de la bande. Il est surtout utilisé pour l’enregistrement vidéo professionnel.

Capteur

Les capteurs numériques sont composés de pixels. Les pixels sont de minuscules cellules solaires qui transforment la lumière en électricité.

La plupart des appareils photo numériques sont équipés d’un capteur CMOS ou CCD monocouche standard. CMOS est une technologie plus récente qui permet une lecture individuelle des pixels et une faible consommation d’énergie.

Les pixels sont disposés dans un arrangement appelé la mosaïque Bayer à l’aide de filtres de couleur. La mosaïque Bayer se compose de blocs de quatre pixels, deux verts, un rouge et un bleu.

Comme chaque pixel n’est sensible qu’à sa propre couleur, le résultat final est une image avec des points rouges, verts et bleus dispersés.

Sensibilité ISO

Dans les appareils photo, vous échangez le film contre un autre film de sensibilité. Dans les appareils photo numériques, c’est un processus différent.

Lorsque vous (ou votre appareil photo) réglez la valeur ISO, plusieurs choses peuvent se produire en fonction de votre appareil photo et de la valeur ISO exacte.

Les caméras avec capteurs CMOS (la plupart des caméras numériques) ont un amplificateur minuscule pour chaque pixel individuel. Une fois le cadre exposé, il amplifie les pixels à un niveau plus élevé, selon l’ISO.

Jusqu’à une certaine valeur, généralement ISO 1600, c’est la seule amplification.

Au-delà, l’ISO est une balise numérique qui est intégrée dans le fichier brut ou une amplification numérique pour les fichiers jpg.

Conversion et traitement numériques

Après la lecture à partir du capteur de l’appareil photo numérique et le passage par l’amplificateur, les données sont converties en données numériques. C’est la tâche du convertisseur analogique-numérique.

La plupart des caméras modernes se convertissent en 16 bits mais n’en utilisent que 14. Les 2 bits supplémentaires permettent une plus grande flexibilité dans la post-production et le filtrage.

14 bits signifie que pour chaque pixel il y a 16.384 valeurs possibles. Il en résulte une immense gamme de couleurs et de tonalités dans les appareils photo numériques modernes.

Les données de pixels passent ensuite au processeur d’images. Le processeur exécute plusieurs algorithmes de filtrage, de débayering et de compression si vous choisissez la sortie jpg.

L’image finale est ensuite écrite sur votre carte.

Conclusion

Vous avez maintenant une meilleure compréhension du fonctionnement des caméras. Vous pouvez appliquer ces connaissances dans des situations de la vie quotidienne, ainsi que pour prendre des décisions sur des questions techniques difficiles.

Comprendre le fonctionnement de votre appareil photo vous offre plus de possibilités d’utiliser votre équipement et d’utiliser ses capacités.