Pour les amateurs de photographie ou les praticiens de la vision industrielle, l'objectif est comme un œil humain. Cependant, les nombres et les termes complexes sur l'objectif - distance focale, ouverture, MTF - laissent souvent les gens éblouis. Ces paramètres ne sont pas que des chiffres froids, ils déterminent collectivement ce que vous voyez finalement sur la photo. Cet article vous guidera pour comprendre les paramètres clés des objectifs optiques et découvrir les secrets de la qualité d'image.

1, Trois éléments de base : distance focale, ouverture et profondeur de champ

1. Distance focale
La distance focale, généralement représentée par f, est l'identification la plus fondamentale d'un objectif. D'un point de vue optique, elle désigne la distance (en millimètres) entre le centre optique de l'objectif et le plan focal. Mais d'un point de vue pratique, la distance focale détermine deux effets clés : l'angle de champ et le grossissement.

Courte distance focale (grand angle) : Petite valeur numérique (par exemple, 16 mm), grand angle de champ, capable d'englober une scène plus large, mais les objets éloignés apparaissent plus petits. Convient pour photographier des paysages ou des espaces intérieurs avec un espace limité.

Longue distance focale (téléobjectif) : Avec une grande valeur (par exemple, 200 mm) et un angle de champ étroit, c'est comme un télescope qui peut zoomer sur des objets éloignés. Convient pour photographier des événements sportifs ou la faune.

Il convient de noter que la taille du capteur affectera l'angle de champ réel. Par exemple, si le même objectif est installé sur un appareil photo au format APS-C, l'angle de champ sera réduit car le capteur ne capture que la partie centrale de l'image, ce qui équivaut à multiplier la distance focale par 1,5 (distance focale équivalente).

2. Ouverture
L'ouverture est un trou à l'intérieur de l'objectif utilisé pour contrôler la quantité de lumière entrante. Sa valeur est représentée par la valeur F, telle que F1.4, F2.8, F5.6. Il existe une règle contre-intuitive ici : plus la valeur F est petite, plus l'ouverture est grande.
Flux lumineux : Plus la valeur F est petite, plus la lumière entre, ce qui lui donne un avantage pour photographier dans des environnements peu éclairés et permet des vitesses d'obturation plus rapides pour éviter les tremblements de la main.
Séquence de coefficients d'ouverture : La séquence standard de valeurs F (par exemple, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6...) a une différence de doublement de la quantité de lumière entrante pour chaque deux niveaux adjacents. Car la quantité de lumière traversant est inversement proportionnelle au carré de la valeur F.

3. Profondeur de champ
Lorsque vous faites la mise au point sur le sujet, la plage d'images nettes devant et derrière l'objet est la profondeur de champ -1-3. La profondeur de champ est influencée par trois facteurs, qui sont également des outils puissants pour les photographes afin de créer des effets de flou :
Ouverture : Plus l'ouverture est grande (plus la valeur F est petite), plus la profondeur de champ est faible (plus le flou d'arrière-plan est prononcé) ; Plus l'ouverture est petite (plus la valeur F est grande), plus la profondeur de champ est grande (scènes avant et arrière nettes).
Distance focale : Plus la distance focale est longue, plus la profondeur de champ est faible ; Plus la distance focale est courte, plus la profondeur de champ est grande.
Distance de prise de vue : Plus l'objectif est proche du sujet, plus la profondeur de champ est faible.

2, Champ de vision et distorsion : angle de champ et distorsion

4. Angle de champ
L'angle de champ désigne l'angle de la plage de scène que l'objectif peut couvrir -6 degrés. Il est inversement proportionnel à la distance focale et directement proportionnel à la taille du capteur.
En vision industrielle, l'angle de champ horizontal (ω H) peut être calculé à l'aide de la taille du capteur (h) et de la distance focale (f) : ω H=2 tan ¹ (h/2f) -6. En termes simples, si vous voulez voir une plus grande plage à la même distance, vous avez besoin d'une distance focale plus courte ou d'un capteur plus grand.
5. Distorsion
La distorsion désigne le degré de déformation d'une image, qui n'affecte pas la netteté, mais seulement la forme.
Distorsion en barillet : L'image ressemble à un ballon gonflé se dilatant vers l'extérieur et une ligne droite se courbant vers l'extérieur. Couramment observée dans les objectifs grand angle.
Distorsion en coussinet : L'image ressemble aux quatre coins d'un coussinet se rétractant vers l'intérieur et les lignes droites se courbant vers l'intérieur. Couramment observée dans les téléobjectifs.
Les systèmes de mesure de haute précision doivent utiliser des objectifs à faible distorsion, sinon un étalonnage logiciel est requis.

3, Indicateurs clés de la qualité d'image : résolution et MTF

6. Résolution
Dans le domaine des objectifs, la résolution désigne la capacité d'un objectif à distinguer les détails de l'objet, mesurée en "paires de lignes par millimètre" (lp/mm), ce qui signifie combien de lignes noires et blanches peuvent être distinguées par millimètre de distance.
La résolution de l'objectif doit correspondre à la taille des pixels de la caméra. Si la résolution de l'objectif est trop faible, même si les pixels de la caméra sont élevés, elle ne pourra pas présenter les détails. Selon le théorème d'échantillonnage de Nyquist, la taille de la ligne de l'objectif doit être approximativement 2 fois la taille des pixels.

7. Courbe MTF
La MTF (Modulation Transfer Function) est l'outil le plus scientifique et le plus complet pour évaluer la qualité d'image des objectifs. Ce n'est pas comme une valeur de résolution unique qui ne décrit que la résolution ultime, mais elle reflète la capacité de l'objectif à transmettre les contrastes.
Axe horizontal : distance par rapport au centre de l'image (hauteur de l'image).
Axe vertical : Capacité de restauration du contraste (1 pour une restauration parfaite, 0 pour une perte complète).
Technique d'interprétation : Plus la courbe est haute, meilleur est le contraste et la résolution de l'objectif ; Plus la courbe est plate, meilleure est la cohérence entre le centre et les bords de l'image.

4, Terminologie avancée : Il ne s'agit pas seulement de prendre des photos

Dans le domaine de la photographie professionnelle ou de la vision industrielle, certains paramètres sont également cruciaux :
8. Distance focale arrière et distance de bride
La distance focale arrière désigne la distance entre la surface de la dernière lentille de l'objectif et le point focal, qui est de -1. Lors du remplacement de l'objectif ou de l'utilisation d'une bague d'adaptation, il est important de vérifier si la distance de bride (la distance entre le plan de monture et le point focal) correspond. Par exemple, lors de l'installation d'un objectif à interface C (avec une distance de bride de 17,526 mm) sur une caméra à interface CS, il est nécessaire d'installer un réducteur.

9. Angle du rayon principal
L'angle du rayon principal (CRA) désigne l'angle entre le rayon principal émis par l'objectif et l'axe optique, qui est. Afin de garantir que la lumière soit reçue en douceur par le "puits" des pixels du capteur, le CRA de l'objectif doit être inférieur ou égal au CRA de la caméra, sinon il y aura des dérives de couleur ou un assombrissement sur les bords de l'image (c'est-à-dire le phénomène de dominante de couleur).

10. Objectif télécentrique
Dans un objectif ordinaire, plus un objet est proche de l'objectif, plus l'image est grande. Mais en mesure de précision, cette erreur de perspective n'est pas autorisée. L'objectif télécentrique est conçu avec un chemin optique spécial pour garantir que le grossissement de l'image reste constant dans une certaine plage de distance objet, éliminant ainsi la parallaxe et en faisant le choix préféré pour les mesures de haute précision.