Photographie: le vignetage et les 'yeux de chats'

via un détour par le phénomène optique des "yeux de chat"

Vignettage

Dans certains cas, les coins d'une photo sont plus sombres que la partie centrale. Ce phénomène optique est appellé "vignettage" (s'écrit aussi avec un seul 't'). Le vignetage est inhérent à l'optique utilisée et n'est normalement pas visible à l'oeil nu. Si le vignetage est visible, il s'agit d'un défaut.

Sortes de vignetages

Vignetage naturel
Natural falloff

D'où provient le vignetage? Quand les rayons lumineux frappent l'optique perpendiculairement, le diaphragme a une forme circulaire. Si les rayons pénètrent l'optique sous un angle, le diaphragme a une forme applatie et donc une surface réduite. Un diaphragme applati laisse passer moins de lumière, et c'est pour cela que les coins de l'image sont toujours plus foncés.

Le phénomène est le plus visible avec les optiques grand-champ. Une construction spécifique de l'optique (rétrofocus) permet de limiter le vignetage.

Il est important de noter que ce vignetage est tout à fait naturel et inhérent à l'optique (il existe des formules pour le calculer). Le vignetage naturel n'est pas un défaut. Pour la photographie de paysages en les vues aériennes, le vignetage doit être évité. Par contre, un léger effet attire l'attention sur le centre de l'image et est utile en portraiture.

Il existe des programmes pour corriger automatiquement le vignetage naturel et même le vignetage optique (décrit plus bas), mais les boitiers les plus récents effectuent la correction automatiquement en se basant sur:

l'optique utilisée
la focale (un grand-angulaire produit un vignetage plus prononcé)
la distance (l'effet est plus visible pour les objets à grande distance)
l'ouverture (vignetage optique plus prononcé quand le diaphragme est ouvert)

La correction automatique du vignetage s'appelle peripheral illumination correction chez Canon.

Vignetage mécanique

Ce type de vignetage est causé par un objet qui entrave les rayons lumineux. Citons par exemple un filtre trop petit, un convertisseur de focale mal adapté, une optique conçue pour capteur à format réduit utilisé sur un boitier à format normal, un pare-soleil trop petit ou qui est mal placé. Cet effet est toujours bien visible et augmente même en réduisant l'ouverture du diaphragme.

Vignetage optique

De nombreuses optiques présentent un vignetage qu'il n'est pas possible d'expliquer par les formules du vignetage naturel. La raison est l'utilisation de lentilles individuelles qui sont juste "limite". Pour une mise au point donnée, le vignetage est plus visible pour les objets situés à distance; cela est causé par les rayons qui suivent un chemin différent selon la distance de l'objet. Le vignetage optique est réduit en fermant le diaphragme.

Les réflections internes (causées par un coating moins performant) et même le capteur causent aussi un vignetage. Ces effets sont décrits plus bas.

La cause du vignetage peut être déterminé facilement en analysant les "yeux de chat", le phénomène optique causé par les points lumineux hors focus (out-of-focus highlights)

"Yeux de chat"

Image nette	Image floue
Découpe au centre-droit de l'image	Découpe en bas à gauche

Nicolas à la Noël

Le bokeh est l'arrière-plan flou qu'on obtient quand on fait la mise au point sur un objet à courte distance. Si l'arrière-plan se compose de points lumineux, l'image de ces objets a la forme de taches lumineuses (blur disc en anglais), de la forme du diaphragme. Il ne s'agit pas d'une image floue, mais d'un étalement sur le plan du capteur du point lumineux. La tache est parfaitement définie dans l'espace. Quand on diminue le diaphragme, les taches deviennent plus petites.

Pour la facilité, j'ai rendu toute l'image floue. Je n'ai pas q'optique très bon marché (avec diaphragme triangulaire) ni d'optique catadioptrique pour démontrer que les taches ont exactement la forme du diaphragme. Comme prévu, les taches ont une forme parfaitement circulaire au milieu de l'image, pour s'applatir dans les coins. Ce phénomène est tout à fait normal et est la cause du vignettage naturel. Les taches applaties prennent la forme d'yeux de chat (cat's eye). Dans le coin extrème (seconde photo) certaines taches sont tronquées. La dernière photo (portrait de Nicolas) nous montre aussi cet effet, causé par une entrave aux rayons lumineux. Dans le premier cas, cela est dû à l'optique bon marché utilisé (kit EF-S 18-55 f3.5-5.6). Il arrive que la découpe ne se produise que dans un coin de l'image, causé par un mauvais centrement des lentilles de l'objectif.

S'il y a plusieurs points lumineux, on obtient un effet de tourbillon comme sur la dernière photo. Cet effet est mis à profit pour attirer l'attention sur le modèle (portraiture et réalisation d'un book). Pour avoir l'effet escompté il faut utiliser une optique très lumineuse (yeux de chat suffisamment grands) et placer les yeux du modèle parfaitement au centre de la photo.

Cat's eye
La photo de référence sur l'internet pour l'effet tourbillon.

Réflections internes

Les réflections internes causent aussi un vignettage. L'effet est insignifant lors de l'utilisation d'optiques de bonne qualité (qui ont toutes un coating performant pour éliminer ces réflections).

Les réflections sont plus prononcées quand le rayon touche le verre moins perpendiculairement. L'effet est donc plus important dans les coins, et ainsi il "reste" moins de lumière à la périphérie de l'image. Ces rayons perdus produisent une diminution du contraste (halo ou brouillard sur l'image).

Vignettage par capteur

Le capteur aussi peut aussi provoquer un vignettage. La surface du capteur n'est pas plane. Le photosite (la surface sensible d'un pixel) est entouré d'électronique. Seul une petite partie d'un pixel est sensible à la lumière (cela dépend de la technologie employée et varie de 30 à 85%)

Pour rendre le capteur plus sensible, il faut donc que plus de lumière frappe le photosite et non l'électronique. Pour ce faire, une lentille microscopique est placé devans chaque photosite. Mais les rayons frappent le capteur en oblique dans les coins et une partie des rayons est ainsi perdue. Les optiques dites télécentriques ne produisent pas ce défaut. C'est surtout Olympus et son système "Four Thirds" qui est connu pour ses optiques télécentriques. Les figures ne sont pas dessinée à l'échelle.

Leica a trouvé une solution à ce problême avec son "microlens offset". Les microlentilles ne sont pas placées en face des photosites, mais légèrement décalées selon la position. C'est une correction à l'échelle microscopique. Cette correction est nécessaire pour le Leica M8 car ce n'est pas un reflex et l'optique est placée très près du capteur. Le Leica n'utilise pas de construction retrofocus et les rayons touchent le capteur fortement en oblique dans les coins.