Etant donné que j'ai été amené à faire des calculs de profondeur de champ pour mon appli, j'ai dû me pencher assez rapidement sur le point du cercle de confusion, qui est l'une des valeurs qui influent sur la profondeur. Et honnêtement, je suis un peu tombé sur la boîte de Pandore, je me suis rendu compte que le sujet était assez peu traité en cinéma (et quasiment pas en cinéma numérique), que tout le monde avait sont avis sur la question et qu'il n'y avait pas deux sources qui donnaient les mêmes valeurs, dont certaines me semblaient foncièrement incohérentes (sans vouloir balancer, j'ai du mal à voir pourquoi pCam utilise un cercle de confusion plus petite pour la RED en 2K que pour la RED en 4K alors que le capteur est le même, mais j'y reviendrai)
Et donc comme toujours quand on ne sait pas sur quel pied danser, la meilleure solution reste le test !
J'ai donc passé deux après-midi chez Transpacam pour mettre quelques caméras sur le banc d'essai. Je remercie d'ailleurs chaudement toute l'équipe de Transpacam qui m'a accueilli, et principalement Didier de la vidéo et Gérard des optiques que j'ai pas mal sollicités.
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Mais revenons à la base avec un rapide théorique sur le cercle de confusion (je préviens tout de suite les puristes : c'est un résumé, je passe évidemment sur plein de nuances) :
Pour résumer grossièrement et pratiquement, la taille du cercle de confusion est la taille du plus petit détail qu'un système optique+capteur pourra reproduire. Si un détail est plus petit que le cercle de confusion, le système optique+capteur ne sera pas capable de le différencier de ce qui l'entoure. (Attention ! quand je parle de "taille du détail", je parle bien sûr de cette taille au niveau du capteur, de l'image formée, pas de la scène qu'on est en train de filmer)
Si cela influe sur la profondeur de champ, c'est simplement parce que si un détail plus petit que le cercle de confusion est flou, on ne s'en rendra pas compte et l'image apparaitra donc nette.
On pourrait aussi dire que le cercle de confusion est une façon d'exprimer le pouvoir séparateur d'un système optique+capteur. Plus le cercle de confusion est petit, plus le système a un pouvoir séparateur important et est donc capable de voir les détails les plus fins (j'évite de parler de résolution, puisque la résolution est le nombre de pixels. On peut avoir un très grand nombre de pixels sur un capteur très grand sans être pour autant capable de voir plus de détails, cf. l'imposture marketing de RED et de son EPIC 5K, mais encore une fois, j'y reviendrai)
En général, les optiques ont un pouvoir séparateur largement supérieur aux capteurs des caméras. Le facteur limitatif du système est donc le capteur, on considèrera donc que le cercle de confusion du système est le même que le cercle de confusion de la caméra (ce qui n'est pas nécessairement le cas avec des optiques fatiguées ou des caméras ultra définies, dont la F65 est à l'heure actuelle le seul exemple)
En pellicule, globalement, si un détail était plus petit que la taille du grain d'argent, il était différentiable de ce qui l'entourait (je dis globalement, puisque la structure aléatoire d'une pellicule peut jouer)
Et les puristes me pardonneront aussi de ne pas mentionner Nyquist, qui est important mais pas foncièrement nécessaire pour comprendre la suite.
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Bon, ça c'était le petit rappel sur le cercle de confusion, passons maintenant à la façon de le déterminer. Pour cela, je vous renvoie à la méthode de Juan Aguirre sur le site de l'AOA. Il utilise une mire Century, mais globalement, l'important c'est de pouvoir définir le nombre de lignes par mm que la caméra est capable de voir. Pour mes essais, j'ai utilisé celle-ci :

Pour résumer, on se place à une certaine distance de la mire, on lit la mire la plus détaillée qu'on arrive à voir, on regarde à combien de lignes par mm elle correspond, on fait l'inverse et hop, on a la taille du cercle de confusion du système.
Concernant précisément mes essais donc, j'ai (pour l'instant) testé 6 caméras :
- l'ALEXA PLUS avec enregistrement en ProRes 4444 sur SxS;
- la RED ONE MX avec enregistrement sur disque dur avec différents réglages;
- la RED EPIC avec enregistrement sur SSD avec différents réglages;
- la Sony F3 avec enregistrement en interne sur SxS et sur un PIX 240 en ProRes 422HQ;
- la Sony F35 avec enregistrement sur un PIX 240 en ProRes 422HQ;
- le Canon 7D (avec monture PL) avec enregistrement interne en Canon MOV.
Toutes ces caméras ont été testées avec un 50mm Cooke 5i. J'ai choisi cette focale pour deux raisons principales : sa très grande qualité optique, puisque la MTF de l'objectif ne devait pas réduire le cercle de confusion, et le fait que Cooke communique sur le centre optique, "Entrance Pupil" dans le texte, ce qui est très important puisque la distance entre la mire et la caméra doit être mesurée à partir du centre optique, et non pas du plan-film.
J'ai ensuite récupéré les rushs que j'ai pu analysé en les grossissant sur Photoshop (sauf pour les RED où j'ai dû utiliser REDCINE. Comme envoyer tous les rushs serait trop lourd, je vous fais des captures d'écrans des zones intéressantes.
Je vous préviens tout de suite, les résultats sont beaucoup plus compliqués à analyser que je le pensais. Mais tout de suite les images, je vous donnerai mon avis après.
L'ALEXA PLUS (capteur 2K, filtre de Bayer, enregistrement en ProRes 4444)
200%

400%

RED ONE MX (capteur 4K, filtre de Bayer, enregistrement en 4K HD REDCODE 42)
100%

200%

RED ONE MX en 2K (zoom dans le capteur)
200%

RED EPIC (capteur 5K, filtre de Bayer, enregistrement en 5K 3:1)
100%

200%

SONY F35 (capteur 5K recalculé en HD, filtre RGB Stripe, enregistrement sur PIX 240 en ProRes 422HQ)
200%

400%

SONY F3 (capteur HD, filtre de Bayer, enregistrement sur PIX 240 en ProRes 422HQ)
200%

400%

Pour la curiosité, je vous montre aussi ce que ça donne en ProRes Proxy
400%

Et l'outsider absolu :
Canon 7D (capteur très haute résolution sous-échantilloné en HD, filtre de Bayer, enregistrement en Canon MOV MPEG4)
200%

400%


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Concrètement, ce sont des mires, c'est purement scientifique et objectif, donc chacun peut se faire son avis. Je vous laisse tout de même mes quelques impressions :
Il y a déjà deux choses qui sautent aux yeux, et ce pour toutes les caméras : des problèmes de couleurs, dû à la filtration du capteur et du recalcul pour chaque pixel à partir de plusieurs pixels ayant chacun une info couleur, et le problème d'aliasing, qui recréé des lignes grosses et inexistantes à partir de lignes très fines. C'est là où Nyquist a son importance.
Sur ce point, la F35 fait un peu bande à part, puisque son capteur n'a pas un filtre de Bayer mais un filtre RGB Stripe. Même si le problème existe bel et bien, il est nettement plus doux.
Et le pire exemple est bien sûr le Canon 7D, puisqu’en plus d'avoir un sous-échantillonnage couleur dû au filtre de Bayer, il y a un sous-échantillonnage au sein du capteur qui empire très violemment le phénomène d'aliasing.
Dernier point général : la mire la plus fine est finalement assez difficile à déterminer. En effet, pour certaines mires très fines, il est très clair que les lignes qu'on voit ne sont pas les lignes réelles et est justement le fruit de cette aliasing. Faut-il alors considérer que le cercle de confusion doit être déterminé en fonction de la mire où on voit les mires réelles, ou les mires où on garde une "sensation" de détail ? Personnellement, j'aurais tendance à pencher pour la deuxième solution, mais je serais intéressé pour en parler avec vous.
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Passons maintenant au cas par cas :
L'ALEXA est finalement quelque part celle qui a le cercle de confusion le plus gros, assez proche du film. On peut aussi remarquer que les problèmes de couleurs dus au filtre de Bayer sont clairement présents mais relativement doux, avec des couleurs plutôt pastel. Et ce que je trouve aussi important à noter, c'est la chute dans le flou est très douce.
Je considère personnellement que la dernière mire où l’on sent du détail est celle à 47 lignes/mm, ce qui nous donne un cercle de confusion de 0,021mm.
Concernant la RED, première chose : la mire est exactement la même que ce soit en 4K, en 2K, mais également pour l'EPIC. Ce qui est loin d'être étonnant, puisque c'est le même capteur dans tous les cas. Même si la résolution est différente, la "densité" de pixel est strictement la même. Ainsi, projetés sur un écran de même taille, les pixels d'une image 2K seront complètement étirés par rapport à une image 4K, ce qui explique la très mauvaise qualité de la RED en 2K. Dans l'autre sens, à focale égale, le capteur 5K de l'EPIC ne verra absolument aucun détail supplémentaire qu'une RED ONE en 2K. Là où tout n'est pas perdu, c'est qu'à focale égale, l'angle de champ n'est pas le même. Donc à angle de champ égal, l'EPIC sera en effet plus précise qu'une image 4K, tout simplement parce que le capteur de l'EPIC nous oblige à être plus près de la scène.
Outre cela, on observe tout de même l'importante résolution des caméras.
Niveau mire, je prends personnellement la 72, avec un cercle de confusion de 0,013mm donc.
Comme je le disais, la F35 est un cas particulier puisque qu'elle ne possède pas un filtre de Bayer mais un RGB Stripe (c'est précisément pour cela que j'ai voulu la tester, bien qu'elle ne sorte plus trop) On observe effectivement que les dérives de couleurs ne sont pas exactement les mêmes qu'avec un filtre de Bayer et que le phénomène d'aliasing est un petit peu plus léger. Autre particularité : bien que la F35 ne délivre qu'un signal HD, le capteur est en réalité un capteur 5840x2160, ce qui est assez clair quand on voit qu'elle va tout de même assez loin en définition.
Concernant le cercle de confusion, j'hésite un peu entre 66 et 62, donc je préfère prendre la valeur la plus conservatrice, 66, ce qui nous donne un cercle de confusion de 0,015mm
Quand on regarde les images de la F3, la première chose qu'on se dit c'est : "qu'est-ce que c'est que cet échequier bleu et orange en plein milieu ?!!" J'avoue ne pas trop savoir. J'aurai aimé pouvoir dire qu'il s'agissait de la compression à 35Mbit/s, mais pour le coup, il s'agit d'un enregistrement à 220Mbit/s sur un PIX 240. Donc soit j'ai loupé un réglage pour configurer la sortie, soit quelque chose d'assez violent se passe au niveau de traitement du signal directement à l'intérieur de la caméra. Il faudrait que je voie si la caméra réagit de la même façon en 444, mais entre 422 et 444, devrait-il y avoir une si grande différence ?
Malgré cet artefact étrange, en terme de définition, la F3 se débrouille sacrément bien pour une caméra de cette gamme et un capteur HD, loin derrière les autres caméras présentées. On voit encore des lignes jusqu'à la mire 66, donc comme la F35 (mais qui a un capteur bien plus défini) cela nous donne un cercle de confusion de 0,015mm.
Par curiosité, j'ai fait des tests en ProRes Proxy. L'image est très nettement dégradée, mais bizarrement, en terme de définition, nous ne sommes pas si loin que ça du ProRes 422.
Et dernier test, le Canon 7D. Là encore, on a un petit sursaut quand on voit ce qui se passe vers les mires 38 et 40. Là part contre, j'analyse très clairement ça comme un artefact de compression dû au MPEG4 à 35Mbit/s. Puis on continue pour être spectateur du plus bel exemple d'aliasing de ces tests. À partir de lignes extrêmement fines, le Canon fabrique des lignes énormes aux mires 72 et 80 (avec une étrange inversion dans la diagonale que prennent ces lignes, il doit y avoir une raison j'imagine) Si le phénomène est aussi important, c'est parce que le 7D a un capteur d'appareil photo (plutôt logique pour un appareil photo) Les pixels sont donc très petits et en grande densité. Pour fournir une image HD, le 7D ne va prendre que 1 pixel sur 3, soit un sous-échantillonnage gigantesque avec un espace énorme entre chaque pixel lu (encore une fois, cf. Nyquist) qui donne ce phénomène.
Sauf que malgré ce grave problème, les pixels sont bels et bien les plus petits et permettent donc d'avoir une image extrêmement précise. Ce qui nous amène à avoir une sensation de détail à la mire 102 ! (Je vous rassure, j'ai refait l'essai en plaçant la caméra plus loin pour vérifier que ça n'allait pas au-delà de 102, et 102 est bel et bien la dernière mire possible à lire)
Donc finalement, le Canon a le cercle de confusion le plus difficilement déterminable. Les artefacts apparaissent très vite, le phénomène d'aliasing est énorme, les chiffres sont illisibles, mais à côté de ça, on arrive à sentir du détail sur la mire 102, ce qui donne un cercle de confusion de 0,009mm. On a donc quelque part une certaine cohérence avec cette image assez peu définie ayant pourtant une profondeur de champ minuscule.
Voilà bon c'était assez touffu. Sur ce, je vous laisse vous faire votre avis, vous avez les mires, et je serais très curieux de savoir comment vous les analysez.
J'essaierai d'aller prochainement chez PhotoCineRent pour tester la F65, qui est a priori un cas assez particulier, notamment grâce à son capteur 8K, mais aussi grâce au nouveau filtre et à la nouvelle disposition des pixels qu'elle utilise.









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