forum galerie-photo
galerie-photo, le Site Français de la Photographie Haute Résolution

 Courbes MTF comment les lires ?
Auteur: tom 
Date:   23-06-2003 16:52

Bonjour

Après avoir longuement médité sur ces courbes je viens demander de l'aide:

Qu'est ce que le MTF
Que représente il
Comment interpréter les courbes fournies par un fournisseur ?

Qu'en déduire pour les prises de vues ?

Par avance un grand merci

tom


 
 Re: Courbes FTM comment les lire ?
Auteur: E. Bigler 
Date:   23-06-2003 19:10

Au départ il y a la nécessité de trouver une évaluation quantitative,
numérique, incontestable, de la qualité d'une image optique.

On peut se contenter des humeurs des photographes passionnés : « Manu, j'ai
trouvé un 3,5E xenotar : et j'ai comparé avec mon L... ! tu me croiras si tu
veux, mais çà arrache ! du coup je ne sors plus que mon 'flex»
Avouerai-je que j'aime ce discours-là, de temps en temps ?

Il y a l'amateur de mires et de films grain fin qui passe son temps entre son
technical pan et ses mires de Foucault, et qui oublie de prendre des photos de
sujets «vrais». Cet amateur là sait dire dans sa collection quelle optique est
meilleure que quelle autre, à sa façon, avec son protocole à lui ; on lui
objectera qu'aucun des objets qu'il photographie n'a d'intérêt photographique.
Néanmoins, photographier des mires, les spécialistes de la photo aérienne sur
film à usage civil ou militaire l'ont fait depuis avant la deuxième guerre
mondiale, et on ne peut pas dire qu'ils n'aient jamais rien photographié de réel
par la suite, bien au contraire. Évidemment, le but n'est pas artistique, mais
quand on a vu, n'est-ce pas Marc Grandjean, une photo aérienne originale en
24x24 cm ( ou est-ce 21x21 ?) il serait de mauvaise foi de ne pas être admiratif
devant cet art photographique là.

Et puis il y a les fabricants d'objectifs à usage grand public ou professionnel
qui bénéficient des progrès de la simulation numérique et qui sont maintenant
capables de visualiser par ordinateur quelle sera la qualité de l'image de telle
ou telle combinaison optique. Parmi les différentes manières d'exprimer la
qualité des images, il y la Fonction de Transfert de Modulation, FTM en
français. La FTM indique quel sera le contraste dans l'image d'une mire
sinusoïdale idéale, une espèce de grille mathématique à variations de luminance
(noir/blanc) douces dont on forme l'image sur un détecteur idéalement parfait.
C'est une certaine façon de quantifier la qualité d'une optique parce que cela
peut se mesurer indépendamment du détecteur (film, rétine silicium) et que cela
peut se simuler par la donnée initiale des indices des verres, de la variaion
des indices avec la longueur d'onde, des courbures et espacements entre
lentilles, et de la position du diaphragme dans l'objectif. Que ce soit la seule
façon de quantifier la qualité d'un image, certainement pas, on peut débattre
longtemps sur ce point si on introduit par exemple le film et sa granularité.

Il y a en gros deux façons de tracer un diagramme FTM. La première façon est
bien adaptée aux exemples optiques académiques. On choisit le meilleur endroit
pour l'optique, le centre du champ, et on trace la variation de contraste dans
l'image d'une mire de pas variable en fonction de la période (en millimètres ou
en microns) non pas de la grille initiale, mais de l'image géométrique idéale de
cette grille, ramenée dans le plan-image, sur le détecteur. En fait on préfère
tracer en fonction de l'inverse de la période pour éviter de partir de la
période zéro qui correspond à une grille ultra-serrée sans utilité pratique. On
préfère donc tracer en fonction de l'inverse de cette période qu'on appelle
fréquence spatiale et qu'on exprime en général en cycles par millimètre, ou en
paires (de lignes) par millimètre.

Dans cette approche académique de la meilleure image possible au centre on
connaît, quelle que soit la combinaison optique deux courbes limites :

-1- la courbe FTM d'une optique parfaite sans aberrations géométriques utilisée
à une seule longueur d'onde prise au milieu du spectre visible, pour former
des images au voisinage du centre du champ, et qui ne seront limitées que
par le phénomène de diffraction. Ceci nous donne la limite absolue
indépassable en pratique avec toutes les longueurs d'onde visibles et un
résidu d'abberations... hmm j'entends les spécialistes de la microscopie
optique à sonde locale et «champ proche» qui rigolent, mais hélas nous
sommes bien ici à photographier des grilles placées loin, pas des grilles
microscopiques juste devant nous à quelques microns.

-2- la courbe FTM d'une optique honnête éclairée par toutes les longueurs
d'ondes visibles mais affectée d'un défaut de mise au point assez grand pour
qu'on puisse considérer l'image d'un point source comme le petit disque de
la théorie classique de la profondeur de champ.

Ce deux cas sont intéressants car

- dans le cas -1- on sait calculer toute la courbe pour toutes les périodes
et on obtient en particulier une fréquence spatiale de coupure égale à
1/(N*lambda) donc une période de coupure N*lambda où N est l'ouverture
numérique de l'optique et lambda une valeur plus ou moins arbitraire de
longueur d'onde. En comparant avec les simulations Schneider sur de très
bonnes optiques apochromatiques d'agrandisseur, j'ai trouvé que prendre
lambda = 0,7 microns donnait une valeur moyenne de lambda assez réaliste
bien qu'elle ne soit pas au centre du spectre visible (0,6 micron). Période
de coupure veut dire que toute grille de pas plus fin que la période de
coupure sera rendue comme un aplat gris uniforme sans structure. Si la
grille est une vraie grille avec des barreaux à bords tranchants, et non pas
une grille sinusoïdal douce, cette propriété reste vraie. Si on veut être
raisonnable et dire qu'on veut tout de même garder un certain contraste
dans l'image d'une grille, on prendra 20% de marge sur la périodicité de
cette grille en limite de visibilité et on dira que la période limite
utilisable est quelque chose comme p_lim = 1,2*N*lambda, avec lambda = 0,7 mu ceci
nous donne finalement une valeur raisonnable f_lim (en cycles/mm) ~= 1170/N
en cycles par millimètres. Si veut aller jusqu'à la limite absolue ce sera
1400/N mais avec aucun contraste. Autant ne pas se bercer d'illusions.

- le cas -2- est plus délicat à expliquer, disons pour simplifier que si le
petit disque de défocalisation est de diamètre D, on sait calculer
également toute la courbe de FTM pour toutes les périodes de grille et la
plus petite période détectable est de l'ordre de 0,8D. Autant dire que la
période raisonnablement détectable avec 20% de marge c'est une période
égale au diamètre du disque, et sans facteur "2". Autrement dit, prendre un
cercle de confusion de 0,1mm en grand format 9x12-4"x5" c'est accepter une
période de coupure de 0,1mm, soit une valeur limite de 10 cycles par
millimètres ... pas très brillant ! la valeur de 50 microns du 6x6 qui sert
à graduer les Rolleiflex, c'est 20 cycles par mm !! scandale ! non en fait
dans une image le sujet principal sera bien plus net que cela, accepter un
cercle de confusion de 50 microns c'est acepter les 20 cycles/mm sur une
petite partie du sujet, la moins importante a priori dans la composition.
Et puis si cela ne vous plaît pas, personne ne vous empêche de lire la
profondeur de champ deux crans de diaphragme plus ouverts que votre diaph de
travail réel... c'est à dire prendre un cercle de confusion deux fois plus petit.

Toute optique photographique correctement mise au point donnera une qualité
d'image intermédiaire entre ces deux extrêmes académiques, la diffraction d'une
part et le défaut de mise au point d'autre part, du moins au centre, mais sur le
bord en général les choses se gâtent.

Après ce long préambule arrivent seulement les courbes FTM des constructeurs,
elles ne sont pas tracées comme les courbes académiques parce que l'important
dans une optique photographique c'est le compromis entre la qualité au centre et
la qualité au bord, et qu'en optique de chambre on veut aller jusqu'au bord,
grands angulaires ou autres, en décentrant. L'exemple le plus célèbre d'une
optique simple et parfaite au centre c'est le miroir parabolique ; l'image d'une
étoile qu'on vise exactement sur l'axe n'est limitée que par la diffraction.
Toute étoile qui n'est pas parfaitement alignée avec l'axe de la parabole donne
une horrible tache de flou inutilisable photographiquement. Pour faire de la
photo astronomique avec un tant soi peu de champ, on utilisera donc d'autres
combinaisons optiques que la simple parabole, quitte à perdre un peu sur la
qualité au centre, tout est là.

Les constructeurs donnent pour chaque optique et pour différents diaphragmes
(pleine ouverture, plus le meilleur diaphragme) un diagramme qui trace la FTM en
fonction de la position du point image dans le champ. FTM c'est à dire le
contraste d'une image de grille, normalisé à 100% (0% = fins détails totalement
mangés, 100%, une grille de pas donné est restituée aussi parfaitement que
possible) en fonction d'un paramètre en mm ou en % d'un rayon maximal utile
mesuré à partir du centre du champ, l'axe optique.

Inutile de préciser que tout défaut de mise au point est banni dans ces simulations. Votre film gondole : c'est votre problème, la FTM du constructeur de votre objectif ne peut rien pour vous.

On trace en général trois courbes à 10 cycles/mm, 20 et 40 cycles par mm. Supposons qu'on soit au
grandissement 1/10, soit avec un 100mm de focale une distance de l'ordre de 1,10
mètre entre l'objet et l'objectif. Une grille au pas de 1mm placée à cette
distance serait rendue par une image de grille au pas de 0,1mm si tout était
parfait. Un pas de 0,1mm c'est donc une période de 0,1mm soit en fréquence spatiale : 10 périodes/mm ou 10 cycles/mm.

On est reparti pour photographier des mires, sauf qu'il existe une manière
professionnelle automatique de mesurer la FTM sans photographier des mires, peu importe.

Les trois courbes pour 10, 20 et 40pl/mm sont considérées comme significatives
de ce qu'on attend en moyen format pour une inspection visuelle de beaux
agrandissements, disons 8x-10x en 6x6, même si la période limite de diffraction
à f/11 est de l'ordre de 100 cycles par mm. Cette performance est effectivement
atteinte au centre par les très bonnes optiques moyen format à f/8-f/11.

Idéalement ces courbes devraient démarrer de la limite de diffraction pour le
centre du champ et rester plates jusqu'au bord. Les courbes à 20 et 40 pl/mm
sont en dessous, cela veut dire que les grilles fines sont rendues avec moins de
contraste que les grilles larges. Une image avec seulemnt des variation très
douces sans fins détails, c'est à dire de très grandes périodes ou des fréquences
proches de zéro cycle par millimètres sont toujours parfaitement rendues par
l'optique. Ensuite vient la granularité du film, c'est une autre affaire.

Dans ces diagrammes on ne trace jamais de fréquences trop proches de la coupure,
par exemple 80 cycles /mm à f/11 pour le moyen format alors que cela "passe" au
centre avec de très bonnes optiques et que le photographieur de mires les sort
avec fierté de ses meiileurs objectifs avec un film à grain très fin.

Que peut-on tirer ce ces diagrammes. D'abord je dirais que les grands noms de
l'optique les publient, Zeiss publie des valeurs mesurées, Schneider et
Rodenstock des valeurs simulées. C'est un peu une façon de marquer le territoire
de la haute performance vis à vis de la concurrence. Ceux qui veulent venir à ce
métier ont à faire mieux que ce qui est de notoriété publique à la fois en
simulation et en pratique.

Ensuite... eh bien on peut en tirer des conclusions parfois un peu excessives,
qui tendent par exemple à dire qu'en monture Hasselblad le Zeiss tessar CB de
160 à quatre lentilles est moins bon que le Zeiss sonnar CF de 150 à cinq
lentilles. Si on regarde les courbes, celles du sonnar sont en-dessus de celles
du tessar, et en bord de champ celles du tessar chutent plus vite. Et alors ?
Peu d'intérêt car il faut voir de quel haut niveau de performance initiale on
part, il vaut donc mieux juger sur des images réelles.

Plus intéressantes m'ont semblé la comparaison des valeurs d'une optique apo
d'agrandisseur avec les valeurs limites de diffraction. On voit qu'au centre une
telle optique de haute performance est limitée par la diffraction, parce que le
contraste obtenu à 10, 20 et 40 cycles par mm est à peu de chose près ce que
l'étudiant qui fait son exercice calculerait d'après le modèle idéal. C'est
rassurant, mais le prix à payer est très élevé ; la raison semble suggérer qu'en
acceptant d'être à peine moins bon que la limite ultime pour un budget bien plus
raisonnable, un 6 lentilles classique non-apo sera déjà très bien.

Sinon.... que dire de plus : pour les optiques de chambre on voit bien la chute
de performance au bord, on peut donc jouer à comparer les marques entre elles,
mais ne vous faites pas d'illusions, lorsque ces valeurs sont publiées, les
ingénieurs connaissent depuis longtemps l'état de la concurrence. Encore faut-il
que les courbes soient publiées, ce qui exclut pas mal d'optiques anciennes très
utilisables ou pas mal d'optiques grand public en 24x36.

La photographie de mires a encore de beaux jours devant elle, car si l'Agfapan 25 se fait rare, il y a, répétons-le, l'Ilford PAN-F, le Kodak Technical Pan et le Gigabit allemand !!!


 
 Re: Courbes MTF comment les lires ?
Auteur: bim 
Date:   23-06-2003 19:10

http://www.photodo.com/nav/artindex.html

If you speak English, tout y est expliqué. (notions difficiles à intuiter par la simple méditation).

Bonne lecture


 
 Re: Courbes MTF comment les lires ?
Auteur: simon clément 
Date:   23-06-2003 22:19

http://www.normankoren.com/Tutorials/MTF.html
http://bobatkins.com/photography/technical/index.html
http://perso.club-internet.fr/legault/mtf_fr.html
http://http://www.imagine-optic.com/toolwave/log_mtf.html


 
 Re: Courbes FTM comment les lire ?
Auteur: tom 
Date:   24-06-2003 10:27

Merci beaucoup à vous tous, spécialement Emmanuel pour ces grandes précisions qui ne m'incitent qu'à continuer à photographier des"vrais sujets" comme vous le dite.




 
Retour à l'index général
le forum de galerie photo : http://www.galerie-photo.info/forum
galerie-photo, le Site Français de la Photographie Haute Résolution