Photographie: la mise au point (autofocus)

Les différents systèmes d'autofocus

Autofocus

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Il semble évident qu'un appareil photo soit équipé d'un système de mise au point automatique. Et pourtant, les systèmes d'autofocus sont très récents et dépendent de l'évolution de la technique et en particulier de l'électronique.

Une mise au point est nécessaire car un appareil photo ne donne une image nette que sur une distance limitée (la profondeur de champ). Il est possible de déplacer cette zone nette en modifiant la distance de l'optique par rapport au capteur. Les appareils bon marché n'ont besoin que d'une mise au point approximative. Plus la qualité des optiques augmente, et plus un autofocus performant est nécessaire.

Systèmes actifs

Les systèmes actifs émettent un rayon pour effectuer la mesure de la distance.

Emetteur-récepteur ultra-sons

Mesure ultrasonique (sonar)

Le système utilise des ultrasons qui sont réfléchis par l'objet. Les sons se propagent à une vitesse de 340 m/s (température de l'air de 15°C). L'émetteur envoie des bips courts. La distance est calculée en déterminant le temps que met l'écho à revenir à la source.

Avantages

C'est le premier système d'autofocus qui a connu une réalisation pratique. La mesure du temps écoulé (de l'ordre de quelques millisecondes) est facile. Les radars de parkings sont basés sur ce principe. La mesure par sonar a été utilisée sur les premiers caméscopes (il s'agissait de caméras vidéo avec magnétoscope séparé) et sur les appareils Polaroid (photo instantanée). L'émetteur-récepteur se compose d'un réflecteur parabolique d'environ 10 cm de diamètre placé sur la caméra (trait caractéristique de tous les appareils de cette époque)

Inconvénients

Le système n'est pas précis. L'onde émise balaie tout le périmètre et tous les objets renvoient un signal. Le système ne fonctionne plus dès qu'il y a du bruit ambiant. Il n'est pas possible de faire une mide au point à travers une fenêtre.

Afstandsmeting door goniometrie

Triangulation infra-rouge

Le système n'utilise pas la vitesse de propagation de la lumière (bien trop rapide), mais la triangulation. L'angle sous lequel le rayon est récolté sert de base pour l'évaluation de la distance.

Le premier système utilise un capteur linéaire composé d'un nombre de détecteurs individuels. Le capteur qui reçoit le plus de lumière infra-rouge sert de base au calcul.
Le second système utilise un capteur avec seulement deux détecteurs, mais le capteur est couplé à la mise au point. Le capteur se déplace avec la mise au point (manuelle ou automatique). Quand il y a autant de lumière qui frappe les deux capteurs, c'est que la mise au point est correcte.

Le système aux ultrasons était utilisé dans les années 80. Puis on est passé à la mise au point par triangulation infra-rouge qui est plus précise. Sony et JVC ont utilisé ce système dans les années 90. J'ai réparré des tas de JVC GR-65 et GR-S77. Panasonic n'a jamais utilisé ce système, mais a utilisé dès le début le système de détection du contraste.

Le système fonctionne mieux que le précédent et est aussi plus complexe. L'autofocus ne fonctionne pas sur surfaces foncées (trop peu de réflections). A noter que la peau est idéale pour la mise au point, car elle réflète fortement les rayons infra-rouges (tu le remarqueras de suite si tu fais de la photographie en infra-rouge). La mise au point ne fonctionne pas si l'objet a une surface oblique par rapport à l'appareil photo (les réflections sont déviées et ne retournent pas à l'appareil de prise de vues).

Systèmes passifs

Fix focus et mise au point manuelle

Les appareils photo bons marché (appareils à usage unique, pocket-instamatic des années 80, gsm et webcams) ne produisent jamais une image très nette. Une mise au point n'est même pas nécessaire si l'optique est grand-angulaire. La mise au point est faite en usine sur la distance hyperfocale. L'appareil produit des photos plus ou moins nettes d'un mètre à l'infini.

Les appareils plus évoluées qui disposent d'un diaphragme sont souvent aussi équipés d'une bague de mise au point. Une mise au point exacte n'est pas nécessaire dans le cas de grand angulaires, et l'anneau utilise des symboles au lieu de distances numériques.

Mesure de la distance par erreur de parallaxe

Mesure de la distance par parallaxe (rangefinder)

Cette mesure de la distance (qui n'est pas un autofocus mais une aide à la mise au point) a été utilisé dans les compacts argentiques. Le cadrage et la mise au point se fait par un viseur séparé de l'optique principale. Le viseur contient un petit miroir semi-transparant (M1). Une partie de l'image de l'objectif est envoyée vers le viseur grâce au miroir M2. L'image est décalée latéralement selon la position de la mise au point, le miroir M2 pouvant basculer légèrement. Il n'y a plus d'erreur de parallaxe quand l'image projetée correspond à l'image directe de la visée. L'appareil photo est étalonné de telle manière que la mise au point est correcte quand la parallaxe est nulle.

Avantages

C'était le seul système disponible pour les appareils compacts: les bas de gammes avaient une optique fix focus, puis une mise au point simplifiée (symboles) et les haut de gamme un système d'aide à la mise au point.

Inconvénients

Le système n'est pas automatique, c'est seulement une aide à la mise au point. Le système ne fonctionne qu'avec des appareil photo avec optique fixe et viseur séparé. A cette époque, il n'existait pas de capteurs pouvant effectuer une corrélation des deux images.

Une reconstruction est visible à droite, avec erreur de parallaxe (mise au point incorrecte). En tournant la bague de mise au point l'image double est déplacée. Quand il n'y a plus d'erreur de parallaxe, on pouvait être sûr que la mise au point était correcte.

Le système utilisant l'erreur de parallaxe n'est pas comparable au télémètre à champ coupé (stigmomètre) employé dans les reflex. La distance de l'objet est déterminé par triangulation, et une seconde optique est absolument nécessaire. Bien que les deux systèmes produisent un décalage de l'image, le système par triangulation se base sur deux images distinctes tandis que le stigmomètre coupe une seule image en deux.

Télémètre à champs coupé (télémètre Dodin)

On utilise deux prismes miniatures qui produisent une cassure de l'image. Quand la mise au point est correcte, la cassure n'est plus visible. Dans les premiers appareils reflex argentiques, les prismes étaient intégrés au verre dépoli servant pour la visée et la mise au point. Les appareils reflex à mise au point automatique utilisent des capteurs spécifiques basés sur le système du télémètre à champs coupé.

Avantages

C'est le système le plus performant. Contrairement aux systèmes utilisant la triangulation, une seconde optique n'est pas nécessaire. Le système fonctionne aussi bien avec les compacts que les appareils à optiques amovibles, mais n'est utilisé dans la pratique que pour les constructions de type reflex.

Inconvénients

Le système conprend des composants et réglages mécaniques, ce qui fait que son usage est limité aux appareils haut de gamme.

Mise au point par détection du contraste

C'est le seul système qui n'utilise pas d'évaluation de la distance (sonar, triangulation, télémètrie,...) mais se base uniquement sur l'image reçue par le capteur.

Avantages

C'est le système le plus simple, qui donne aussi la mise au point la plus correcte (basée uniquement sur l'image captée). Des fonctions peuvent être ajoutées selon l'avancement des techniques (reconnaissance des visages) sans modification mécanique.

Inconvénients

En cas de flou, l'appareil ne sait pas si l'objet se trouve plus près ou plus loin

Le système perd son efficacité quand il y a peu de lumière (à cause du bruit de fond généré par le capteur)

Le système dépend de la vitesse d'échantillonage du capteur car la mise au point doit se faire pas à pas

Ce système sera utilisé pour la première fois dans un appareil grand public dans les caméscopes Panasonic des années 80: NV-M5, NV-M7, NV-MC20,... Les capéscopes disposent par définition d'une fréquence d'échantillonage suffisante (25 images par seconde). Pour encore augmenter la vitesse de mise au point, le capteur est monté sur un élément piezo-électrique qui vibre à environ 10 périodes par seconde. L'électronique est ainsi en mesure de déterminer directement si l'objet se trouve plus loin ou plus près. L'élément piezo-électrique sert d'aide à la mise au point, mais n'est pas absolument nécessaire. Une fois que l'image est nette, la vibration est stoppée. Il ne faut pas confondre ce système avec la mise au point par moteur ultrasonique (USM ou autre): cela n'a absolument rien à voir!