Comparaison de deux objectifs Fisheye:

Sigma 8mm f/4 et Nikkor 10,5mm f/2,8

Ces deux objectifs ont été conçu pour s'adapter sur des appareils reflex à miroir de taille "normale", ce qui les différencie de la famille EF-S de Canon qui ne sont compatibles qu'avec certains appareils numériques DSLR Canon.

20 dec, 2006

Pourquoi cette comparaison?

De mon point de vue, ces deux objectifs sont à ce moment les plus populaires parmi les fisheyes utilisés par les panographistes.

Dans de nombreux forums sur internet, quand un débutant pose la question:<<Quel materiel est le mieux pour faire aisément des panoramas 180 x 360 de qualité?>> il lui est invariablement répondu: <<Achète un EOS Canon et un Sigma 8mm pour 4 images ou 4+2. Ou bien achète un Nikon avec un 10.5mm et prend 6+2 images. Le second est plus piqué mais demande plus de temps par panorama.>>

Le Nikkor 10,5mm a depuis peu été à la Une des gazettes du panoragraphiste en devenant le compagnon idéal du ...Canon EOS numérique plein format. Par exemple, le récent EOS 5D associé avec cet objectif Nikon fait un couple qui possède de nombreuses analogies avec les autres couples plus connus constitués de n'importe quel DSLR de format APS-C et du Sigma 8mm.

J'ai donc décidé de faire la comparaison entre ces deux objectifs. A mi-chemin entre les deux hypothèses d'appareils citées, le format APS-C sera représenté dans les exemples de cette page par le Canon EOS 20D et le plein format 24 x 36mm par le Canon EOS 1Ds, 1DS Mark II ou le Canon EOS 5D.

Notes et rappels:

Nov 2006: Une courte étude plus ancienne comparant le couple adaptateur (Nikon FC-E8 + Canon 18-55 mm) au Sigma 8mm f/4,0 est ici.

Dec 2006: Une nouvelle version du Sigma 8 mm ouvrant à f/3,5 a remplacé celle qui fut l'objet de cet essai compratif. Le échos des utilisateurs sont enthousiastes. Ceux qui ont pu le comparer avec l'ancienne version et avec le Nikkor 10,5 mm place cette nouvelle mouture juste en dessous du Nikkor . Les améliorations portent surtout sur le piqué et la résistance au flare sans négliger la demi unité d'ouverture de diaphragme semble-t-il.

Malheureusement, à l'heure de l'écriture de cette mise à jour, les ventes ont rapidement épuisé les premiers stocks mondiaux et je n'ai pas encore pu mettre la mains sur un exemplaire pour mettre à jour cette étude.

Quelques informations principales sur ces deux objectifs:

Le Sigma 8mm f:4 est disponible dans le commerce avec une monture fixe et compatible avec de nombreux appareils photos à objectif interchangeable de différentes marques: Canon, Minolta, Nikon (D), Pentax et Sigma.

Le Nikkor 10,5mm (Fisheye AF DX 10,5mm f/2.8) a été conçu pour s'adapter sur les appareils reflex numériques Nikon. Comme ceux-ci sont tous encore au format APS-C appelé "DX" par Nikon, la dimension de l'image obtenue est du type dit "plein cadre" puisque le rectangle de l'image a sa diagonale (28,74mm)couverte par environ 180 degrés de champ de vue angulaire.

Un pare-soleil bloque le champ de vue grossièrement aux dimensions rectangulaire du capteur (15,7 x 23,7mm env.).

Sigma 8mm f/4.0 DG EX

Cliquer sur l'image pour agrandir et lire les informations.

Nikkor AF DX 10.5mm f/2.8 G

Cliquer sur l'image pour agrandir et lire les informations.

Le Nikkor est sensiblement plus compact et plus léger.

Les deux mis cote-à-cote:

1- Comparaison du piqué à ~f/8

Remarques préalables:

Vues globales:

APN

Capteur

Canon 1DsII

4992x3328

Canon 1DsII

4992x3328

Nikon D70 (simulé)

3008x2000

Nikon D70 (simulaté)

3008x2000

Image

capturée

Objectif
Nikkor 10,5mm
Sigma 8 mm
Nikkor 10,5mm
Sigma 8 mm

Vues recadrées de détail:

Découpées le long d'un des rayons des images sources puis mise à l'échelle pour comparaison:

A gauche: Sigma 8mm; A droite: Nikkor 10,5mm

Zoom pour voir les détails et mise à l'échelle pour comparaison:

Zoom sur la même zone que précédemment:

Comparaison de séquences en QTVR :

Panorama fait avec 4 images source Sigma 8mm (QTVR 1.4MB)

Panorama fait avec 4 images source Nikkor 10,5mm (QTVR 1.6MB)

Piqué de l'image: conclusion

Le Nikkor est supérieur au Sigma quant à la netteté et au contraste pour des grandissements adéquats pour la comparaison.

En fait nous verrons plus loin que le piqué du Nikkor est si bon jusqu'à au moins 180 degés de champ de vue angulaire que l' insertion de vues supplémentaires pour améliorer la qualité de rendu du Zénith et du Nadir est quasiment inutile.De plus, adapté sur un appareil plein format 35mm Canon, la différence entre panoramas faits avec trois ou avec quatre images portraits est à peine perceptible.

C'est différent avec le Sigma puisque l'insertion d'images "polaires" et l'augmentation du nombre d'images "équatoriales" contribuent de façon sensible à l'amélioration de qualité de piqué notament.

2- Distortion géométrique

Il suffit de regarder avec attention deux images pour deviner que la projection "fisheye" des deux objectifs n'est pas tout à fait la même.

Une séquence QTVR Objet (430ko) montre encore mieux ce qui est visuellement perçu pendant cette première impression. Bien sûr, une mise à l'échelle a été faite pour superposer au mieux les deux images.

Sigma 8mm:

Après mes propres mesures expérimentales, j'ai pu constater que des résultats antérieurement publiés étaient confirmés. La fonction mathématique décrivant la projection pour le Sigma 8mm f/4.0 AF EX est ainsi définie: R = 1.88 x f x sin (0,54 x Omega) à comparer avec R = 2 x f x sin (0.5 x Omega) qui est la relation théorique où R est la distance radiale, c'est à dire depuis le centre de l'image jusqu'à un point considéré de cette image, Omega est l'angle entre l'axe central optique et la dirction vers ce même point dans l'espace objet. La longueur de focale qui convient le mieux s'avère être f = 7.82mm. Donc, comme il avait été remarqué et publié il y a un certain temps déjà, l'objectif Sigma est un spécimen type de la famille des fisheyes à projection dite à angle équi-solide.

Voici pour étayer ceci un peu plus, un message à valeur historique traduit de l'anglais posté par l'auteur pionnier des programme fameux "Panorama Tools":

<< Envoyé: Samedi, 30 Mai 1998 19:44:22 +0200

.......extrait....

Je suis en train de collecter les données de projection géométriques des objectifs communs à fisheye (c'est à dire la position radiale R en fonction de l'angle Theta). Je vais calculer les coéfficient polynomiaux qui seront inclus dans les réglages de correction de la prochaine version de mes programmes gratuits "Panorama_Tools" (<http://www.fh-furtwangen.de/~dersch>). J'ai jusqu'ici récupéré les données pour le Nikon 2.8/8mm et le Sigma 4.0/8mm (Merci à Steve Morton pour les deux sources).

De façon intéressante, les données de ces objectifs, ne suivent pas la loi de comportement du fisheye mathématiquement "ideal" (i.e. R = C * theta) mais bien plutôt (R = C * sin( theta/2).

Ca ressemble à l'image d'un miroir convexe sphérique. De ce que je me souviens de l'optique élémentaire, ceci apparaît être aussi la cartographie "naturelle" d'une lentille extrêmement courbe, et je présume que la plupart des autres objectifs fisheye ont aussi ce même comportement.

.........

Regards

Helmut Dersch >>

Nikon:

D'après mes mesures, la cartographie de la projection du Nikkor 10,5mm AF DX f/2.8 est représentée par la fonction R = 1.47 x f x sin (0.713 x Omega). La longueur de focale qui convient semble être f = 10.58mm. C'est donc probablement l'objectif qui s'éloigne le plus de la loi théorique du fisheye "idéal" parmi tous les exemplaires commerciaux dont on a publié les charactéristiques. Il serait sans doute abusif de le classer dans la famille des projection à angle équi-solide tant son expression mathématique est différente..

C'est à mon avis le premier mais aussi un avant-coureur d'une nouvelle race de fisheye qui sera en harmonie et en phase avec les moyens numériques déjà disponibles ou en cours de développement. Nikon a ainsi conçu un système dont fait partie le 10,5mm et qui comprend aussi les logiciels capables d'en corriger parfaitement les distortions géométriques et optiques. En prenant en compte la puissance des ordinateurs disponibles aux photographes, Nikon a pu optimiser la conception en privilégiant à la fois le piqué et une ouverture de diaphragme (2.8) excellents, tout en gardant une compacité et un faible poids, tous les deux, simultanément, innouis dans ce format. Cela fut atteint en relâchant les contraintes de maîtrise de distorsion puisque l'on peut séparément et postérieurement les corriger par traitement numérique, alors qu'elles étaient très pénalisantes avant cette innovation.

En passant, le concept optique est aussi d'un simplicité surprenante entraînant des coût de fabrication supposés réduits.

Utilisation normale de cet objectif (c'est à dire sur un appareil reflexe numérique -DSLR- Nikon):

Cet objectif fut conçu et breveté au Japon puis aux USA pour un usage exclusivement prévu pour couvrir efficacement le senseur aux dimensions du format "DX" ou APS-C (i.e. 180 degrees de champ de vue le long des 28.43mm de la diagonale de ce capteur rectangulaire, moitié du format 35mm). Sur cette surface modeste, la distorsion spécifique (qui est essentiellement une compression radiale) est à peine visuellement perceptible même si elle en fait est un peu plus forte que celle des autres objectifs comparables. Comme il faudra environ six photos en mode portrait pour couvrir le tour de 360 degrés, un maximum de 84 degrés du plan horizontal par image subsistera donc in fine, ce qui diminuera encore l'impact visuel final de cette distortion un peu hors des normes.

Couverture circulaire sur un capteur 24x36mm:

Le principe précédemment évoqué a été bouleversé quand un panographe-reporter journaliste Australien, (Peter Murphy), eu l'idée d'adapter l'objectif sur un appareil Canon à capteur numérique plein format 24x36mm.

Les déclarations contenues dans le brevet déposé aux USA par Keiko Mizuguchi de Nikon Corporation ne laissent aucunement transparaître le comportement de cet objectif même s'il le connaissait, parce qu'il ne veut considérer que la gamme d'angle de vue "classique des "DSLR Nikon exclusivement traitée par le brevet (i.e. <180 degrés).

En éliminant le pare-soleil qui restraignait le champ de vue, la couverture n'est plus rectangulaire sur le nouveau capteur dont la surface est doublée. Elle est alors totalement dégagée et circulaire, mais quand même tronquée de chaque coté: en mode portrait, l'angle de vue vertical atteint ~200 degrés (!) alors que le champ de vue horizontal est de 140 degrés environ. Ceci fait que trois images sont simplement suffisantes pour couvrir la sphère spatiale complète avec encore une marge de recouvrement confortable.!

Résultats de l'étude:

Illustration de la distorsion respective des deux objectifs:

Dans ces conditions qui dépassent allègrement le domaine prévu et déclaré par le fabricant, la cartographie apparait pour le moins "inhabituelle" sur le plan de la distorsion. Il en découle un comportement parfois surprenant quand on traite les images avec les logiciels d'assemblage panographique habituels sans précaution particulière et adaptée.

En effet, la distorsion plus importante que celle des autres fisheyes prend un peu au dépourvu les logiciels qui avaient été conçus sur la base d'une modélisation du fisheye plus "classique" (i.e. à projection à angle équi-solide). Les valeurs des paramètres de correction d'image seront logiquement plus fortes pour tenir compte de la distorsion sensible surtout au delà de 170-180 degrés.

J'ai pu observé que les valeurs des coefficients polynomiaux de correction couplées à celles du champ de vue angulaire (FoV) dans le programme PTools (i.e. PTGui, PTMac, PTAssembler, Hugin, etc.) peuvent être aberrantes même si elles sont "mathématiquement correctes". En particulier un champ de vue de 260 degrés peut être faussement proposé par le logiciel. Les coefficients a, b, c sont aussi corrélativement alors encore anormalement plus élevés dans ce cas. Il est remarquable de noter que par ailleurs et dans ces conditions, le panorama de sortie semble visuellement au premier abord correct, il faut donc y prendre garde. En fait la majorité de la distorsion anormale se trouve dans ces conditions dans les zones de recouvrement inter-images, ce qui fait qu'elles seront éliminées dans le panorama de sortie. Il reste qu'une moindre mais réelle anomalie de distorsion subsiste dans la zone visible même si elle n'est pas flagrante au premier coup d'oeil.

Comment se situent ces deux objectifs en regard des autres fisheyes du marché sur le plan de la distorsion?

Voici une synthèse graphique qui illustre une réponse à cette question générale:

A l'évidence, la courbe qui concerne le Nikkor 10.5mm est hors-norme. A leur tout début, les fisheyes devaient suivre au mieux la loi linéaire idéale R= k* Omega car les usages initiaux exclusivement scientifiques de ces objectifs atypiques l'exigeaient!

Distorsion: Conclusion et recommendations

Alors que la distorsion du Sigma montre un comportement très proche du modèle du fisheye théorique à projection à angle équi-solide classique, celle du Nikkor s'en éloigne de façon surprenante pour être en fait d'une race vraiment différente. Même si des prémices sont déjà perceptibles dans son usage "normal" sur les appareils DSLR Nikon, cette "anomalie" n'a d'effet sensible que si cet objectif est utilisé au delà du champ prévu par le fabricant Nikon.

Une attention particulière doit donc être apportée pour prendre en compte les images de champ de vue angulaire extraordinaire (>190 degrés) produites par le Nikkor sur un capteur (ou le film sensible) de format 24 x 36 comme par exemple les EOS Canon "plein cadre" 24 x 36mm.

En effet les procédures automatiques (notamment par PTGui) produisent parfois dans ce cas des résultats apparemment "corrects" mais qui peuvent être loin d'être optimaux car une légère distorsion peut être introduite dans le panorama de sortie. La valeur du champ de vue angulaire doit être observée pour vérifier qu'elle reste dans des limites normales, c'est à dire inférieure à 200 degrés circulaire pour un recadrage circulaire -(Crop) ajusté au mieux.

3- Mesure de l'angle de vue maximal et de la position du "point nodal"

Sigma 8mm

L'angle de vue (champ de vue angulaire) est 180 degrees à f/5.6 - f/8.0. En fait il est légèrement supérieur à 180 degrés aux ouvertures plus grandes et un plus faible à f/32 par exemple. Il est donc exclu de réaliser des panoramas corrects avec deux vues hémisphériques enregistrées sur un capteur 24x36 par manque de recouvrement suffisant entre elles.

Le point d'abscence de parallaxe appelé pupille d'entrée ou point nodal (improprement dans le sens de l'Optique mais d'usage verbal courant) n'est pas situé à une position unique fixe. Cette position dépend de l'angle d'incidence.

Voici la courbe de cette fonction obtenue par mesure à l'aide d'un banc optique amélioré en comparaison avec des mesures antérieures:

Les mesures obtenues grâce à ce nouveau moyen montrent que le point nodal se déplace plutôt sur une droite et non pas la courbe supposée et extrapolée antérieurement. C'est un point anecdotique cependant.

Nikkor 10,5mm

Un pointeur LASER et un montage simple permet de découvrir rapidement que le champ de vue est extraordinairement vaste.

Champ de vue angulaire ultime:

Le champ de vue angulaire ultime est obtenu quand le rayon lumineux incident entrant à l'extrème bordure de celle-ci est presque tangent à la surface de la lentille frontale. Même s'il est considérablement affaibli par le vignettage, il est clairement perceptible par sa trace lumineuse sur l'écran blanc situé derrière l'objectif. Voici une photographie prise dans ces conditions extrêmes:

(Photo Gilles Vidal)

Cet angle de vue s'avère atteindre ~203 degrés à f/2,8!

Toutefois l'affaiblissement de luminance et le vignettage sont très intenses dans cette région du champ de vue angulaire. Comme de plus les distorsions et aberrations y sont maximales, il est évident qu'on ne peut pas considérer que cette zone marginale extrême soit réellement utilisable pour être conservée dans la sortie panographique.

Position du "point nodal"

Une modification opérée sur l'adaptateur EOS/Nikon a permis d'acquérir la capacité de modifier manuellement l'ouverture de l'iris de diaphragme. De plus une ablation du pare-soleil a été faite qui libère ainsi la totalité de l'angle de vue intrinsèque de cet objectif. La position du point d'abscence de parallaxe a pu alors être déterminée plus facilement en fonction de l'angle d'incidence, du réglage de mise au point et aussi fonction de l'ouverture du diaphragme, pour quelques valeurs couplées extrèmes:

Ces courbes montrent que l'excursion du point d'abscence de parallaxe est très semblable pour des valeurs variées et extrèmes d'ouverture (f/2.8-f/22 et 0,14m-Infini). Il y a variation mais elle est très modérée en pratique.

IMPORTANT: Il faut savoir que la lentille avant de l'objectif se meut le long de l'axe longitudinal lors de la mise au point. C'est aussi une innovation pour ce type d'objectif (favorisant la qualité de piqué, elle fait partie du brevet déposé par Nikon et déjà mentionné): rentrée pour mise au point à l'infini, la lentille frontale sort de quatre millimètres lors de la mise au point à 14cm du plan focal (i.e. 3 cm de la surface frontale). Ceci est donc à prendre en compte aussi pour la recherche de la position et le réglage adéquats de l'équerre de tête panoramique placée sur un trépied par exemple.

Comparons avec le premier résultat simple obtenu antérieurement par mesure sur un banc optique rudimentaire (et par ailleurs aussi un autre modèle de l'objectif) à ouverture moyenne du diaphragme (voir photographie ci-dessus).

La différence n'est pas flagrante et montre que ces mesures peuvent être reproduites assez simplement par tous avec du matériel rudimentaire...

Angle de vue et position du "point nodal": Conclusion

Il existe une différence considérable de champ de vue angulaire entre ces deux objectifs. Le champ de vue du Nikkor est supérieur à 200 degrés et est surprenant car il est complêtement occulté par le fabricant dans toutes ses publications et même le brevet déposé aux USA. La qualité de piqué et de contraste remarquable constatée jusqu'à l'angle plat permet de faire des panoramas sphériques suberbes sans insertion nécessaire de vue du Zénith ou du Nadir. L'angle de vue tangible au delà de 180 degrés est une marge très utile pour l'assemblage et ces zones de qualité moindre sera de fait écarté du résultat finalement applati.

En ce qui concerne la position du point nodal et son déplacement en fonction de l'angle d'incidence, bien sûr les valeurs sont normalement légèrement différentes, mais les deux objectifs ont un comportement très semblable sur le plan pratique.

4- Flare

Sigma 8mm

Note importante : SIGMA a amélioré le design du Sigma 8mm f/4 EX pour le transformer en DG EX. Il serait pourvu d'après le fabricant d'une amélioration de traitement multi-couches notamment de la face postérieure (Surface#18 sur le dessin de description dans cet article). Ce changement doit justement améliorer la résistance au flare.

Les observations décrites ci-après concernent donc une version obsolète de cet objectif, mais celle-ci est très répandue et est encore actuellement disponible dans le commerce.

Le flare est très facile à provoquer. Il apparait dès que la source lumineuse assez ponctuelle et intense se situe à 60 degrés environ de l'axe optique.

La forme et l'intensité du phénomène varie bien sûr en fonction de l'ouverture du diaphragme et s'atténue quand l'iris est fermé. Cela est illustré dans cette séquence objet (500kB) QTVR réalisée avec des images prises avec un appareil Canon EOS 20D:

Je pense que cette réduction de l'intensité du flare vers les faibles dimensions d'ouverture est normalement prévisible.

Nikkor 10,5mm

Au contraire du Sigma 8mm, le Nikkor 10.5mm a la réputation répandue de résistance notable au flare.

En fait il est aussi sensible que tous ses homologues fisheyes mais cela est moins fréquemment observé tout simplement parce que, à l'inverse du Sigma, le phénomène s'intensifie quand la dimension d'ouverture de diaphragme est effectivement diminuée.

Ce fait est assez inhabituel me semble-t-il, et comme cet objectif est généralement plutôt utilisé à pleine ouverture (f/2,8) ou à valeur médiane (f/5;6 - f/8), le flare est moins fréquement rencontré.

Cette séquence objet (200kB) QTVR montre clairement ce comportement:

Ce movie QTVR a été pris quelques secondes après celui du Sigma sur le même trépied mais avec un appareil différent (EOS 5D). A cette occasion on peut aussi oberver la rotation manuelle appliquée à l'objectif dans son entier qui correspond au déplacement de ma main gauche sur les images. Cela commande facilement l'ouverture de diaphragme grace à une modification de l'adaptateur et malgré l'absence de bague de diaphragme sur l'objectif.

Remarquez aussi l'influence évidente ici de l'ouverture sur l'afaiblissement de luminance radiale que l'on étudie aussi par ailleurs dans cet article.

Flare: conclusion

La réputation des deux objectifs a été effectivement vérifiée exacte. La sensibilité au flare est fréquement observée sur le Sigma (ancienne génération) et rarement sur le Nikkor.

Mais il est faux de dire que le Nikkor n'est pas sensible au flare puisque ce phénomène est présent, mais surtout aux valeurs élevées de diaphragme (donc à ouverture réelle faible). Il peut alors être d'effet insidieux en ne se manifestant alors que par un voile affaiblissant le contraste de l'image surtout si celle-ci a le champ "réduit" normal prévu par Nikon: il est quelquefois très peu perceptible dans l'occulaire de l'appareil puisque la source lumineuse intense rend cette observation relative difficile à faire à l'oeil. Cette atténuation de piqué accompagne donc la perte concommitente due à la diffraction inhérante aussi à ces ouvertures faibles.

Notos aussi au passage que le pare-soleil intégré du Nikkor est sans effet dans la plupart des cas pour contrer la flare d'origine solaire en mode portrait.

5- Photographie rapprochée

Puisque leur vocation est fondée sur leur angle de vue extrêmement large, les objectifs du type fisheye ne sont que très rarement utilisés en panographie pour montrer des objets très rapprochés.

Pourtant, j'ai réalisé de tels images pour présenter l'environnement en "macropanoramas" sous un aspect inhabituel. Pour cela, l'ouverture du diaphragme du Sigma 8mm est fermée considérablement (f/16 voire même f/32). La profondeur de champ est alors maximale et peut aller depuis l'infini jusqu'à la surface frontale de la lentille avant de l'objectif.

Le Nikkor 10.5 mm f/2.8 montre bien entendu un comportement très semblable quand la fermeture maximale de diaphragme (f/22) est choisie.

Mais le comportement à pleine ouverture (f/4 pour le Sigma et f/2,8 pour le Nikkor) diverge très sensiblement entre les deux objectifs.C'est ce que nous allons voir dans ce qui suit.

Sigma 8mm à f/4.0

La plus petite distance du plan focal pour laquelle un objet aura son image nette est de 20cm le long de l'axe optique longitudinal quand la mise au point est règlée au plus proche.

Dans les mêmes conditions et quand l'angle d'incidence augmente, le lieu géométrique des points nets semble coïncider avec le plan normal à l'axe optique qui coupe celui-ci à 20cm du plan focal.

La profondeur de champ est importante et s'étend jusqu'à 1 ou 2 mètres et l'infini est encore très "discernable".

Nikkor 10,5mm à f/2.8

Il faut ici déterminer quelle volume est formé dans l'espace objet par la profondeur de champ d'un tel objectif.

Il apparait vite après experimentation que la "surface de netteté maximale" obtenue en explorant la totalité de l'angle solide de vue pour une valeur de mise au point donnée, n'a pas une forme simple. Cette surface n'est pas un plan perpendiculaire à l'axe optique (à la différence de celle du Sigma décrite ci-dessus). Elle n'est pas non plus une sphère, même si nous pourrions le supposer naïvement puisqu'un seul jeu de 2 valeurs est donnée pour chaque distance de réglage de la mise au point sur la table de profondeur de champ fournie par le fabricant.

On peut penser qu'il serait très difficile à Nikon de décrire simplement la forme apparemment complexe de cette surface. Mais dès que l'on s'écarte sensiblement de la zone paraxiale, il est clair qu'alors les valeurs de la table sont fausses. Aucune mise en garde n'est donnée à ce sujet par Nikon à ma connaissance.

L'exemple f/2,8 de l'ouverture maximale est donc caractéristique de cette carence puisque la profondeur de champ (PdC) est alors réduite à zéro: le volume de PdC évoqué au début de ce paragraphe se condense en une surface (volume sans épaisseur). Or il est évident sur les images ci-après que celle-ci n'est pas la sphère sous-entendue par la table de PdC fournie par Nikon comme nous l'avions indiqué.

La surface semble être en fait une intermédiaire entre les deux hypothèses (plan ou sphère) comme on peut le deviner en voyant cette séquence panoramique QTVR(500 kB)

Pour un réglage de mise au point fixe et très rapprochée, la distance des points de netteté maximale est plus grande quand l'angle d'incidence augmente. La distance est malgré tout finie pour l'angle de vue180 degrés montrant donc que la surface n'est pas un plan.

Dans la région paraxiale cependant, la surface semble bien confondue avec le plan normal à l'axe optique coupant cet axe à la valeur de distance spécifiée par Nikon.

Photographie rapprochée: Conclusions

Quand le diaphragme de chacun des deux objectifs est fermé à son maximum, la netteté maximale des points de l'espace objet suit un schéma semblable où la profondeur de champ va depuis le sommet (Apex) de la surface frontale jusqu'à l'infini. C'est bien sûr le réglage recommandé en panographie pour inclure tous les plans dans le "Macropanorama" avec netteté optimale.

Par contre, aux ouverture maximales, le comportement des deux fisheyes diverge assez nettement.Voici comment se presente sur des images équirectangulaires l'apparence d'une mise au point faite à 20cm sur l'échelle du Sigma 8mm et à 14cm sur celle du Nikkor 10,5mm respectivement:

Sigma

A f/4.0, la PdC s'étend de 18 cm jusqu'à environ 1 mètre: l'infini est un peu flou

Nikon

A f/2,8, la PdCs'étend de 18 cm jusqu'à environ 1 mètre: l'infini est très flou

En cas rare de besoin d'ouverture très importante et notamment pour de la panographie de reportage journalistique (vitesse d'obturation élevée souhaitée), il faut donc savoir que la netteté très rapprochée du Sigma ne peut pas être assurée à distance constante autour de l'appareil puisqu'elle est dans un plan normal à l'axe optique. Une meilleure approximation sphérique assez imparfaite est par contre possible avec le Nikkor.

6- Abérration chromatique latérale

Sigma 8mm

Ce point avait déjà été étudié en détail, mais présenté en anglais...

Voici une synthèse illustrée extraite de cette page:

L'aberration chromatique a été trouvée assez facile à corriger avec des outils simples (c'est à dire avec deux seuls curseurs de correction seulement) comme, par exemple, le populaire module Camera Raw Module (CRM) inclus dans Adobe Photoshop Creative Suite (PS CS). Cela est possible grâce à une distribution assez linéaire de l'aberration le long du rayon de l'image circulaire

Nikkor 10.5mm

En n'y regardant pas de trop près, il semblerait que la correction de l'abérration chromatique soit aussi simple à faire pour le Sigma. Les images rectangulaires obtenues sur un capteur de taille APS-C comme le sont les "DX" des appareils DSLR Nikon, par exemple sont en effet simplement aussi corrigées par des logiciels adéquats dont ceux de Nikon (Nikon Capture) et aussi le module Camera Raw de PS CS.

Malheusement, il n'en est pas de même si l'on veut corriger vraiment et complètement la totalité du champ de vue angulaire collecté sur le capteur 24 x 36 mm d'un Canon EOS 5D, 1Ds ou 1Ds Mark II, par exemple. En effet une non linéarité de distribution radiale fait que corriger cette abérration avec un outil simple dans les zones périphériques amplifie en fait l'abérration située dans les zone moins excentrées.

Ces observations sont résumées sur cette illustration de deux cas extrêmes (f/2.8 and f/22):

Un effet de loupe (zoom) du coin supérieur de gauche présente ce qui suit:

Cliquez sur l'image pour agrandir

Abérration chromatique latérale: Conclusions

Les deux objectifs présentent des aberrations assez semblables quand on considère le champ de vue normalement spécifié par les deux fabricants. L'image circulaire du Sigma est facile à corriger par tout moyen y compris le CRM de Adobe PS CS.

La distribution radiale de ce défaut bien moins linéaire et exhibée par le Nikkor est de peu de conséquence car quasiment totalement corrigée par le logiciel Nikon sur l'image "fulframe" rectangulaire normale et spécifiée (APS-C), elle est alors aussi très bien prise en compte par le correcteur du module CRM de PS CS.

Par contre l'image de très grand champ angulaire obtenue du Nikkor sur un capteur 24 x 36mm s'avère très difficile à vraiment corriger totalement, même avec les outils spécialisés. Après expérience sur le terrain, et par compromis, il est d'ailleurs inutile d'essayer d'étendre la correction au delà de 180 degrés du champ de vue angulaire puisqu'en panographie cette région sera normalement éliminée au cours de l'assemblage final.

7- Perte d'illuminance radiale et vignettage

Pour simpliflier, les valeurs d'ouverture de diaphragme extêmes seront seulement montrées dans la présentation. Les valeurs intermédiaires pourront être éventuellement interpolées par le lecteur si besoin était.

Sigma 8mm et Nikkor 10.5mm sur un graphe commun aux deux objectifs:

La perte de luminosité radiale naturelle à f/4 et f/32 (Sigma) ou f/2.8 et f/22 (Nikkor) a été tracée après avoir été mesurée sur des suites d'images numériques où l'appareil a tourné pour balayer l'angle de vue de l'objectif.

En comparaison avec d'autres types d'objectifs de type différent?

Afin de fixer les idées, j'ai tracé les courbes caractéristiques qui illustrent les différences entre le Sigma 8mm et un fameux grand angle rectilinéaire (Distagon 15mm):

La loi intangible en "cosinus théta à la puissance 5" qui touche l'objectif standard Distagon montre l'avantage qui a motivé l'invention initiale du concept de "fisheye".

Notons que les séquences objet QTVR présentées par ailleurs respectivement pour le Sigma et pour le Nikkor dans cet article montrent de façon très explicite le même phénomène.

Perte de luminosité radiale et vignettage: Conclusions

Les deux objectifs étudiés dans cet article produiront des images également affectées de perte radiales de luminosité vers les bord du cercle limite si l'ouverture est réglée un deux ou trois valeurs en deça de la pleine ouverture.

Cependant le Nikkor sera forcement légèrement supérieur au Sigma dans la mesure où la perte par vignettage mécanique pur est repousée à des valeurs d'angle de vue dépassant allègrement 180 degrés.

Aucune correction préalable n'est stritement requise dans les deux cas et dans ces conditions avant mélange par un "blender" récent (Enblend, Smartblend ou PTGui, etc).

Pour des images prises à pleine ouverture, un assombrissement très net risque d'être visible aux poles du panorama (notamment par une saturation excessive du bleu de ciel au Zénith) dans le cas du Sigma.

Les images de format rectangulaire prises avec le Nikkor présentent naturellement peu de "vignettage". De plus une correction préalable quasiment parfaite est possible lors de l'extraction de l'image à partir du "RAW", en particulier par le CRM d'Adobe PS CS. Cela est encore partiellement vrai pour les images du Sigma saisies sur capteur AOS-C mais plus du tout sur celles du Nikkor 10.5mm qui sont prises sur un capteur 24 x36 mm.

8-Ergonomie

Sigma 8mm:

Cet objectif est de conception et de fabrication du niveau de la gamme professionnelle Sigma.

La bague de distance mise au point tourne de façon fluide. L'échelle graduée s'étend presque sur le tour complet du barillet de l'objectif et est donc très lisible et précise à l'usage.  L'échelle de profondeur de champ associée possède en conséquence les mêmes qualités d'interface. Il faut prendre garde qu'il est physiquement possible de régler la distance de mise au point au delà de la marque infini sur l'échelle. Cette position n'est nécessaire qu'en cas extrême de température où les verres d'indice de diffraction très différent le necessitent à cause de variation de leurs coéfficients de dilatation.

Comme sur la plupart des objectifs à monture d'origine ou compatible EOS Canon, il n'y a pas de bague de commande d'ouverture de diaphragme comme on peut le voir sur la photographie ci-dessus.

Nikkor 10.5mm:

Cet objectif est de très bonne qualité de fabrication.

Le pare-soleil de forme complexe indique de façon non ambigue que le champ de vue horizontal de l'objectif est différent suivant l'orientation portrait ou paysage. Celui-ci est montré sur cette photo avant le décalottage. Il est une très bonne protection contre les agressions de la face antérieure proéminente de la lentille avant.

La bague de réglage de distance de mise au point est placée à l'avant et est modérément facile à manoeuvrer mais elle est fluide dans sa rotation.

L'échelle de distance de mise au point et celle d'estimation de profondeur de champ associée est le point noir de cet objectif. Elle est emprisonnée dans une fenêtre plastique transparente minuscule et s'étend sur une fraction ridicule de la circonférence en rendant sa précision très approximative. L'échelle de profondeur de champ associée en est rendue quasiment inutile pour les ouverture de diaphragme les plus couramment utilisées.

Je ne peux m'empêcher personnellement de penser que Nikon a volontairement négligé cet aspect pour inciter l'utilisateur à recourir aux fonctions automatiques ou semi-automatiques seulement disponibles sur les caméras récentes de la marque Nikon.

Bien entendu, cela a aussi tenté des vendeurs vendeurs sur internet de contourner cet obstacle pour le usagers Canonistes.

Comme tous objectifs de série "G" de sa gamme, Nikon a dépourvu le fisheye 10,5 mm de toute bague de commande de l'ouverture de diaphragme. Ce qui peut être pallié par une parade.

9-Echelle des ouvertures de diaphragme

Lemme

Les méthodes mises en place sur les appareils de photographie modernes font qu'il n'est plus essentiel de connaître précisément et instantanément la valeur réelle de l'ouverture du diaphragme. Le couplage automatique avec la vitesse de l'obturation se fait numériquement et est basé sur la mesure de la lumière par une cellule intégrée. Des possibilités d'ajuster cette exposition en fonction du sujet par exemple et de varier la méthode de pondération sur la surface de la mesure renforcent la possibilité d'ajuster l'exposition sans devoir connaître la valeur de diaphragme avec une extrême précision. Même si la valeur réelle n'est pas exactement celle qui est connue, affichée ou lue sur les graduations de la bague, l'exposition sera correctement prise en compte par le système (automatique ou semi-automatique).

De plus, cette valeur mesurée prise pour "parole d'évangile" peut être en fait assez trompeuse si l'on n'y prend pas garde, notamment avec des fisheyes. En effet, l'assombrissement (voire le "noir" complet au delà du cercle de l'image utile captée) important sur le pourtour de l'image dans certains cas rend délicate l'apréciation de la valeur à considérer: hors des variations naturelles de luminosité dans la scène elle-même, il peut y avoir plus d'une valeur d'exposition d'écart suivant que la mesure est faite seulement au centre (spot) ou bien qu'elle intègre aussi (en mesure pondérée) les bords de l'image circulaire (ou bien les coins de l'image du fisheye plein cadre).  La justesse de l'échelle des diaphragme n'est donc normalement pas un sujet d'inquiétude ni d'étude nécessaire. Mais...

Etude

En légère contradiction avec ce qui est écrit ci-dessus, l'adaptation du Fisheye Nikkor10.5mm sur un appareil EOS Canon provoque alors un léger problème à surmonter car la valeur, même approximative, de l'ouverture sélectionnée est absolument inconnue ou, au mieux, elle sera estimée "à la louche". Sauf si l'on "grave" sur l'objectif une échelle graduée pour faciliter le réglage du diaphragme quand la modification d'adaptateur déjà mentionnée est adoptée.Cette parade amène alors (parmi d'autres possibiltés) à devoir calibrer l'ouverture réelle de l'objectif à l'échelle "muette" en référence à une échelle déjà connue qui servira d'échelle étalon. Et c'est ainsi que j'ai eu à comparer les deux fisheyes Sigma et Nikkor sous cet angle assez inattendu:

Le Sigma en monture Canon EF que je possède est couplé électriquement avec le boitier et la mesure à "priorité ouverture" propose des durées d'exposition parfaitement cohérentes avec les valeurs d'ouverture sur l'ensemble de l'étendue d'échelle d'ouverture.

Sur le graphe on peut voir que le Nikkor 10.5mm fermé à fond (et donc supposé être à f/22 d'après les information de Nikon), laisse passer en son centre environ deux fois moins de lumière que le Sigma le fait à f/22. A l'inverse, on peut aussi voir qu'il laisse passer plus de lumière que le Sigma 8mm quand il est ouvert à fond (et donc supposé ouvert à f/2,8).

L'examen des chiffres mesurés sur l'ensemble de la gamme d'ouverture avec l'aide complémentaire de deux autres objectifs (standard) confirme que l'échelle des ouvertures proposée par Nikon est "rétrécie" puisque l'amplitude de la gamme des durées d'exposition (mesurées sur 3% centraux du capteur d'un EOS 5D), s'étend mathématiquement sur bien plus que l'annonce Nikon. 

Pour le Nikkor 10.5 mm, il faut ajouter 1,3 EV environ pour retrouver l'accord avec l'ampleur mathématiquement attendue (par doublement du temps d'exposition à chaque valeur supplémentaire de diaphragme) sur la totalité de l'échelle.

Note: Pour éliminer l'hypothèse alternative possible où Nikon s'abstiendrait sur ses boitiers de mouvoir la languette de commande de diaphragme jusqu'aux deux butées mécaniques extrêmes, j'ai donc aussi utilisé la bague d'un Nikkor 50 mm f/1,8 serie E qui est un objectif "non-automatique".

On découvre qu'il présente un comportement semblable à celui du fisheye aux extrêmités de l'échelle. Cela semble donc "générique". De plus on trouve des maxima à des ouvertures intermédiaires qui montrent que la gravure à intervalles régulier des crans de diaphragme est fausse. Par ailleurs, le couplage mécanique de la bague avec l'iris provoque en plus un "hystérésis" notable dû à des jeux mécaniques lors de passage aux valeurs intermédiaires dans les deux sens opposés de rotation de la bague. Un tel comportement général est probablement aussi applicable au fisheye.

Echelle des ouvertures de diaphragme: conclusion

Le fisheye Sigma en monture Canon EF a une réponse quasiment parfaite en couplage avec les valeurs de durée d'exposition mesurées.La justesse et la linéarité de l'ensemble de l'échelle sont normales. C'est bien sûr attendu puisque l'asservissement électronique fait son office en l'absence de réglage purement manuel et mécanique d'ajustement de l'ouverture. L'ouverture maximale (f/4,0) est probablement un tout petit peu gonflée par raison de marketting.

Le fisheye Nikkor cache en son sein un mécanisme de commande de diaphragme capable d'un degré de fermeture plus étendu que prévu: l'amplitude de l'échelle semble en fait s'étaler de f/2,8 à f/35 (!) au lieu de f/2,8 à f/22. L'ouverture maximale "f/2,8" donnée par Nikon est vraissemblable (et donc sa mesure comparative jette un doute sur celle anoncée par Sigma). On peut d'ailleurs calculer la valeur absolue avec un logiciel spécifique et les spécifications, calculs et données détaillées contenues dans le brevet couvrant ce type de fisheye aux USA.

Celà semble indiquer par confrontation, que le Sigma 8mm a un échelle d'ouverture (f/4.3- f/35) environ.

Michel Thoby

rev 17 juin 2006 (simulation CCD D70)

maj 20 decembre 2006 (notes et rappels rajoutés en fin d'intro)

Reste encore à créer: