Lab : Le "crop factor" expliqué : FF contre APS.

Avec l'arrivée des boîtiers numériques, un terme nouveau est apparu dans le jargon photographique : le crop factor ! On peut ainsi lire ici ou là qu'un boîtier avec un capteur APS transforme un objectif 100 mm en 160 mm ! Comment est-ce possible, et qu'en est-il vraiment ?
Je considérerai dans cet article le format 35mm comme standard. Non pas que j'oublie les moyens formats, mais le crop factor faisant référence au format 35mm, évitons de nous éparpiller. De même, posons dès maintenant une chose : crop factor, coefficient multiplicateur de focale, facteur de recadrage, facteur de grossissement, font référence à la même chose.

Crop factor et 35mm
Crop factor et Profondeur de champ (PdC).
Aparté sur la perspective.
Crop factor et densité des pixels.
Le flou de bougé
Aparté sur la diffraction
ça se complique ...
Conclusion

Le format 35mm repose sur un cercle d'image de 43mm de diamètre projeté par l'objectif, dans lequel on inclut un capteur ou film de 24mm sur 36mm, le fameux 24x36.
Lors du passage au numérique, au début des années 90, les fabricants se sont retrouvés confrontés à un problème de taille. En effet, si aujourd'hui les prix de fabrication et donc de vente des capteurs ont fortement baissé, à l'époque, réaliser un capteur coûtait extrêmement cher, et il eût été invendable de proposer un capteur 24x36. Canon et Nikon ont donc proposé des capteurs plus petits, mesurant autour de 15mm par 23 (format APS). Et là, problème de taille, encore une fois : le cadrage des optiques change alors en proportion. L'objectif est bien sur le même, et projette la même image dans la chambre reflex, mais seule une portion du format 35mm est conservée. En effet, l'image obtenue est rognée, comme si on prenait un format 35mm classique mais qu'on en découpait les bords. Voir l'image ci-contre pour se rendre compte des proportions. L'angle de champ est donc modifié.
Ainsi, si on veut conserver le même cadrage avec un capteur APS, il faut s'éloigner du sujet, ou alors changer d'objectif pour une focale plus courte (angle de champ plus large). Mais dans quelle mesure ? C'est là qu'intervient le crop factor, puisqu'il a été instauré pour donner un repère par rapport au 35mm, afin que les photographes habitués à ce format puissent facilement s'y retrouver en numérique.
Notons tout de même que depuis 2002, Canon propose des EOS numériques avec capteurs 24x36, donc sans crop factor ( ou de 1), puisqu'ils correspondent au format 35mm standard. C'est le cas des 1Ds (1Ds, markII, markIII) et 5D. La réduction des coûts de fabrication a en effet permis de proposer de tels capteurs, même s'ils restent plus cher.

Crop factor et 35mm

Comme on peut le voir sur l'image ci-dessus, la diagonale d'un format 35mm est de 43mm. Celle d'un format APS est de 27mm. On pourrait aussi prendre la longueur ou la largeur du format, on trouverait la même chose : 43/27=1.6 (aux approximations prêt). Ainsi donc, notre crop factor pour un APS est de 1.6 (1.5 chez Nikon). Ce qui veux dire que si on veut cadrer comme un 50mm, il nous faudra un 50/1.6=31mm. Et inversement, notre 50mm monté sur un APS nous donnera le cadrage d'un 80mm.

A première vue, on peut se dire qu'il suffit d'avoir ça en tête, et que l'habitude finira par gagner ... C'est oublier la gamme existante des objectifs ! En effet, par exemple chez Canon (et la plupart des gammes 35mm), la gamme est structurée autour des 16-35, 24-70, 70-200, et des fixes 24, 35, 50, 85. Ces zooms et focales fixes correspondent à des utilisations, et aussi à des contraintes techniques, sinon on aurait des 8-800 f/1 L IS depuis longtemps !
Ainsi notre 24-70L, qui correspond à un grand angle à 24 et un petit télé à 70, permet de répondre à beaucoup de besoins sans changer d'objectif. Or, avec un capteur APS, notre 24-70 se comporte comme un 38-115 !! Plus de grand angle, et une focale max de 115 qui ne correspond pas à grand chose, car quand on travaille dans ce range, un 70-200 est bien plus indiqué ! De même notre 85 1.8, fabuleux en portrait, devient un 136 ! Pire encore, plus de très grand angle, puisque notre 16-35 devient un banal 26-60, mais sans les performances d'un 24-70 (les grands angles sont plus difficiles à concevoir, surtout pour Canon d'ailleurs ...), et plus cher ! Par contre, notre 400mm se retrouve à cadrer comme un 640mm, sans avoir pris 10kg ni 10k€, ce qui peut être pratique, notamment en chasse animalière.
Il faut par contre bien comprendre que le changement apparent de focale est dû à un recadrage, et en aucun cas à une augmentation de la distance focale. Celle-ci répond aux lois de l'optique : c'est la distance qui sépare le centre optique du plan focal (autrement dit, le film ou le capteur). Si je coupe mon format 35mm pour garder 1mm au centre, je n'aurai pas pour autant un 100mm transformé en 3000 mm ! On parle donc bien de focales "équivalentes".

Canon a depuis sorti une gamme EF-S (ou DX chez Nikon) qui ne se monte que sur les boîtiers APS-C, couvrant un cercle d'image plus petit. Ceci permet de concevoir des optiques plus petites, plus légères, et moins chères, au moins en théorie. Il existe notamment un 10-22 f/3.5-4.5 pour compenser la perte d'ultra grand angle. Toutefois, ça ne solutionne pas entièrement le problème. En effet, le diamètre des lentilles est divisé par 1.6, mais pas la distance de la baïonnette au plan film ! Celle-ci diminue grâce au miroir de la chambre reflex plus petit sur les APS, autorisant les optiques EF-S à reculer dans la chambre, mais pas d'un facteur 1.6. Il est ainsi quasi impossible de fabriquer un 10-22 f/2.8 même pour APS, à moins de construire un monstre lourd et extrêmement coûteux, avec des performances par forcément intéressantes. D'autant plus que pour retrouver notre 16-35 f/2.8, il ne faudrait pas un 10-22 f/2.8, mais un 10-22 f/1.8, car le crop factor ne joue pas uniquement sur l'angle de champ.

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Crop factor et Profondeur de champ (PdC).

La profondeur de champ correspond à la zone de netteté le long de l'axe optique. Si un sujet est en avant ou en arrière de cette zone, il apparaîtra flou. La démarcation n'est bien sur pas nette, mais progressive, de plus en plus flou en s'écartant de cette zone. Cette zone est définie par la distance focale, l'ouverture du diaphragme, la distance du sujet, le cercle de confusion, et la taille du capteur. Le cercle de confusion est, en bref, la taille des détails que l'on est capable de distinguer, et permet de délimiter la zone nette de la zone floue. Ce paramètre dépend de beaucoup de choses, notamment de la taille du tirage et de la distance à laquelle on le regarde. Le simple fait d'inclure le cercle de confusion dans la relation fait qu'on pourrait écrire un livre entier sur la définition de la profondeur de champ, surtout depuis l'apparition des capteurs et de leurs minuscules photosites.

Le recadrage de l'APS a une conséquence immédiate sur l'angle de champ, comme on vient de le voir. Ainsi, à cadrage identique, on sera plus loin, ou avec une focale plus courte, qu'avec un 35FF. Celui-ci aura donc une PdC plus restreinte qu'un APS. Il faudra alors compenser sur l'APS en ouvrant le diaph (si on peut !). Une faible PdC est recherchée en portrait par exemple. Inversement, en paysage, il faudra fermer plus sur le FF pour retrouver la PdC d'un APS. A chacun de voir selon son utilisation.

	35FF, 80mm, f/2.8, 5m du sujet	PdC de 0.7m
	APS, 50mm, f/2.8, 5m du sujet	PdC de 1.16m (Cadrage identique)
	APS, 80mm, f/2.8, 8m du sujet	PdC de 1.15m (Cadrage identique)
	APS, 80 mm, f/2.8, 5m du sujet	PdC de 0.4m (Cadrage différent)
	35FF, 80mm, f/4, 5m du sujet	PdC de 1.02m (Cadrage identique)

On voit ainsi que pour avoir la même prise de vue, il faut comparer un 35FF à 80mm f/4.5 avec un APS à 50mm f/2.8. La différence en terme de PdC est donc d'un peu plus d'un diaph.