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PROVINCE DE LIEGE
Institut Provincial d'Enseignement
IPEPS Herstal
de Promotion Sociale de Herstal
Travail de Fin d'Etudes
Titre du travail : La
stéréoscopie : l'art de la vision en relief
Présenté par : Zrig
Khaled
Etudiant(e) de la section :
GRADUAT
Optique - Optométrie
Année académique :
2007-2008
IPEPS Herstal
Rue de l'Ecole Technique, 34
B 4040 Herstal
Matricule : 6.188.035
Tél. : +32 4 248.41.70
URL : http://www.prov-liege.be/ps_liege
Table des matières
Introduction :
Chapitre 1 : La vision
stéréoscopique
5
1.1. Définition :
5
1.2 Physiologie de la vision
stéréoscopique :
6
1.2.1. La vision
stéréoscopique naturelle :
7
1.2.2. La vision
stéréoscopique artificielle :
7
1.3. Les principes de la perception de la
profondeur :
8
1.3.1 Les indicateurs physiologiques :
8
1. 3.1.1 Accommodation et convergence
:
8
1.3.1.2 Disparité
binoculaire :
9
1.3.1.3 Parallaxe du mouvement :
9
1.3.2 Les six indicateurs psychologiques
:
10
1.3.2.1 Taille de l'image
rétinienne :
10
1.3.2.2 Perspective
linéaire :
10
1.3.2.3. Perspective de surface :
10
1.3.2.4 Recouvrement :
10
1.3.2.5 Nuances et ombres :
10
1.3.2.6 Perspective de texture :
11
Chapitre 2. La vision binoculaire
stéréoscopique :
11
2.1 La convergence binoculaire :
12
2.2 La disparité binoculaire
horizontale :
13
2.3 Le fusionnement :
14
2.4 Examen de la vision
stéréoscopique :
15
2.4.1 Le test Wirt :
16
2.4.2 Le test TNO :
19
2.4.3 Le Lang :
20
2.4.4 Les tests à
différentes distances :
21
2.4.4.1 RDE (Random-dot E) de Reinecke
21
2.4.4.2 Test de Frisby
21
2.4.4.3 Test de Weiss
21
2.4.4.4 Le Synoptophore
21
2.4.4.5 Le test anaglyphe :
21
Chapitre 3. Les techniques de la vision
stéréoscopique :
22
3.1. Stéréoscopie par vision
parallèle :
23
3.2. Stéréoscopie par vision
croisée :
25
3.3. Anaglyphe :
26
3.3.1 Principe:
27
Chapitre 4 : Les
stéréoscopes :
28
4.1. Historique :
28
4.2. Les différents types de
stéréoscopes
29
Chapitre 5 :L'holographie :
31
5.1. Découverte :
31
5.2. Principes :
31
5.3 En pratique :
33
Chapitre 6 : cinéma en
relief
33
Chapitre 7: Autostereoscopie :
36
7.1 Définition :
36
7.2 Les différents systèmes
d'auto stéréoscopie :
37
7.2.1 Autostéréoscopie
à réseau lenticulaire :
37
7.2.1.1 Nouvelles techniques de la
télévision en 3D :
38
7.2.2 Autostéréoscopie
à barrière de parallaxe :
39
7.2.3 Autostéréoscopie
à illumination :
40
7.2.4 Autostéréoscopie
à écran holographique
40
7.2.5 Autostéréoscopie avec
prisme
40
7.3 Les techniques des jeux
vidéo :
41
Partie pratique :
Conclusion :
Bibliographie :
Introduction :
Chapitre 1 : La vision
stéréoscopique
1.1.
Définition :
La stéréoscopie (du
grec
stéréo : solide, scope : vision) est
l'ensemble des techniques mises en oeuvre pour reproduire une
perception du
relief à partir de
deux
images planes.
Qu'est-ce que c'est que la vision
stéréoscopique ?
Si vous avez une vue à peu
près correcte des deux yeux, savez-vous que vous pratiquez sans le
savoir la vision stéréoscopique ? Pour vous faire sentir ce
qu'est la vision stéréoscopique, je vous propose une
expérience relativement simple :
Regardez des objets à 2 ou 3
mètres de vous pendant 4 ou 5 secondes. En continuant de regarder,
placer une main devant l'un de vos yeux pour lui boucher la vue. Restez ainsi 4
ou 5 secondes. En alternant ainsi la vision "avec deux yeux", et la vision
"avec un seul oeil", vous remarquerez sans doute que lorsque l'on utilise les
deux yeux, on a beaucoup plus la sensation du volume et du relief, l'image
parait plus plate lorsqu'elle est vue d'un seul oeil... La sensation de relief
que donne la vision avec les deux yeux s'appelle la
stéréoscopie.
En effet, en regardant deux images
différentes et en mettant notre main une fois sur l'oeil gauche une
fois sur le droit, on voit successivement ce que voit l'oeil droit, et ce que
voit l'oeil gauche. Si vous comparez les deux images celle "vue de l'oeil
droit" et celle "vue de l'oeil gauche", vous verrez des petites
différences : la position horizontale d'un objet proche par rapport
à un objet loin n'est pas la même entre les deux
images.
Voici ci-dessous deux photos : une prise à l'emplacement
de l'oeil gauche, et une prise à l'emplacement de l'oeil droit :
On voit bien, par exemple, que la
position de la voiture par rapport a la personne n'est pas la même pour
les deux yeux. Sur l'image vue par l'oeil gauche, on voit les objets de premier
plan décalés vers la droite et sur l'image vue par l'oeil droit
ils sont décalés vers la gauche.
Nos deux yeux ne voient donc
jamais la même chose ! A partir de deux images
légèrement différentes, le cerveau parvient à
reconstituer une scène en relief ! Le relief est donc produit à
partir des différences entre les images vues par chacun des deux
yeux.
1.2 Physiologie de la
vision stéréoscopique :
La vision
stéréoscopique est due, en grande partie, aux
neurones binoculaires
situés dans le
cortex
cérébral au niveau des zones spécifiques et primaires
du traitement de la vision (Aire V1). Ces neurones binoculaires sont les seuls
neurones à recevoir l'
influx nerveux de
deux neurones homonymes de la
rétine via la
chaîne neuronale.
Les images
gauche et
droite du même objet,
captées en même temps par les deux
rétines, sont
acheminées au
cortex visuel par les
nerfs optiques qui se
croisent dans le "
chiasma", ce qui fait
qu'elles sont présentes dans des cellules voisines du cortex visuel.
Les
cellules des parties gauche
et droite du cortex visuel communiquent aussi par le
corps calleux, ce qui
contribue au mécanisme de la fusion binoculaire.
Cette double information permet par
des mécanismes complexes faisant intervenir d'autres zones du
cerveau la perception de
l'angle entre l'information visuelle captée par des
photorécepteurs
d'un oeil et ses homologues de l'autre oeil permettant de percevoir les
reliefs et la
distance.
De ce fait, les personnes souffrant
de
strabisme (mauvaise
adaptation des zones de photorécepteurs rétiniens homologues) ou
les personnes souffrant d'anopsie sur un oeil ont une vision très
altérée du relief et de la profondeur.
La
vision
stéréoscopique est normalement très précise (on
apprécie couramment un écart en profondeur de dix
centimètres à une distance de dix mètres), de
précision inversement proportionnelle à la distance, et
limitée en
amplitude : on voit
difficilement en relief un objet très rapproché ou un objet
très éloigné.
La vision
stéréoscopique est troublée, sinon empêchée,
par divers défauts des images: décalages verticaux,
contradictions du relief, excès de
parallaxe, "images
fantômes" ou vision atténuée de la vue droite par l'oeil
gauche et réciproquement, dissymétrie de la
luminosité...
1.2.1. La vision
stéréoscopique naturelle :
Notre sensation de profondeur
découle d'une recomposition de l'espace effectuée par notre
cerveau grâce à de nombreux indices.
La perception de profondeur
découle de la binocularité mais néanmoins les autres
indices se corroborent dans le milieu naturel et ne se contredisent pas.
C'est à la binocularité
que les procédés relief font appel.
L'être humain dispose de deux
yeux qui lui permettent de percevoir son environnement de deux points de vue
légèrement différents. La fusion mentale de ces deux vues
permet d'engendrer une image spatiale de notre environnement, un processus
purement psychologique. La perception spatiale représente une aptitude
typique d'un chasseur, d'un carnivore. Dans ce cas-là, le faible
recouvrement des deux champs de vision ne permet guère la perception de
la profondeur.
On se rend facilement compte de
l'importance de la vision spatiale si l'on regarde avec un seul oeil. Dans ce
cas, verser par exemple le contenu d'une bouteille dans un verre cause des
difficultés réelles, sauf si l'on se sert de moyens auxiliaires
comme par exemple le recouvrement des objets afin d'évaluer la distance
entre la bouteille et le verre.
La vision
stéréoscopique est une aptitude naturelle chez l'homme.
Cependant, le faible écartement des yeux ne permet une vision spatiale
que pour notre environnement proche à moins qu'on essaie d'agrandir
cette base de manière artificielle comme pour les jumelles ou les
télescopes d'artillerie.
1.2.2. La vision
stéréoscopique artificielle :
Une image représente une
projection, sur une surface, du monde tridimensionnel dans lequel nous vivons.
Comme cette surface ne possède que deux dimensions, des renseignements
essentiels sur la structure de la scène sont perdus lors de la
projection. Par exemple, deux objets paraissant côte à côte
sur une image peuvent en fait être à des distances très
différentes de la caméra au moment de la capture de l'image. Mais
certains indices visuels révélés par une image peuvent
nous aider à reconstituer la scène originale : nos connaissances
sur la taille des objets, l'éclairage, les textures sur les objets, le
flou, les points de fuite, etc. De plus, lorsque plusieurs images de la
même scène sont captées en variant le point de vue de la
caméra entre les clichés (c'est le cas de la vision binoculaire,
par exemple), de l'information supplémentaire et parfois suffisante sur
la structure de la scène est obtenue.
La vision par ordinateur regroupe des
techniques se servant, entre autres, de tous ces indices afin de reconstituer
une scène en trois dimensions à partir d'une ou de plusieurs
images de cette scène.
1.2. Les principes de la
perception de la profondeur :
La perception de la profondeur repose
sur dix indicateurs. Ces derniers contiennent de l'information qui, s'ajoutant
à l'image 2D projetée sur la rétine, nous permettent de
voir les objets de l'image dans un espace tridimensionnel. Ces indicateurs se
divisent en deux groupes : le premier, concerne quatre indicateurs
physiologiques et le second, six indicateurs psychologiques.
1.3.1 Les indicateurs
physiologiques sont les suivants :
1.3.1.1 Accommodation et
convergence :
1.3.1.1 Accommodation
Le cristallin (la lentille biconvexe
derrière la pupille) se contracte ou s'allonge selon qu'il cherche
à mettre au foyer l'image sur la rétine d'un objet proche ou
éloigné. Cette source physiologique d'information serait
essentiellement exploitée pour des objets perçus à des
distances inférieures à deux mètres, puisqu'au-delà
de cet éloignement, le cristallin n'est pratiquement plus
déformé.
1.3.1.2 Convergence
Les deux yeux convergent vers le
point fixé par le regard. Plus les objets sont à
proximité, plus l'angle d'ouverture séparant les axes de
visée sera prononcé. En d'autres termes, les yeux sont davantage
tournés vers l'intérieur si l'on fixe un objet près de
nous et ils sont plutôt parallèles pour les objets
éloignés.
1.3.1.2 Disparité
binoculaire :
La disparité binoculaire est
l'indicateur de perception de profondeur jugé le plus important pour la
vision sur des distances moyennes. Chaque oeil dispose d'un point de vue sur la
scène. Étant donné le phénomène de
convergence, les différences entre les images rétiniennes
diminuent avec l'éloignement. Par contre, les objets rapprochés
montreront des différences significatives, notamment au niveau des
configurations perçues, du dévoilement de parties cachées,
de variations d'éclairage sur les surfaces.
1.3.1.3 Parallaxe du
mouvement :
On tire une information des vitesses
de déplacement des objets dans le champ de vision. C'est le principe de
l'observateur dans le train, voyant les poteaux électriques (ceux
longeant la voie de chemin de fer) défiler plus rapidement que les
vaches au loin dans le champ. Ou encore, la fixité des corps
célestes (la lune), laissant ainsi supposer d'un éloignement
considérable. Ce mécanisme est donc également fonctionnel
lorsque l'observateur se déplace. Selon l'objet qu'il fixe, il percevra
des dévoilements en sens opposé (la parallaxe de
mouvement) : une direction inverse au mouvement de l'observateur pour les
objets se situant entre lui et la chose qu'il suit du regard et la même
direction pour les objets au-delà.
Les motifs sont appelés
à s'«étendre» plus rapidement en
périphérie et moins rapidement près du point vers lequel
on se déplace).
1.3.2 Les six indicateurs
psychologiques sont les suivants :
1.3.2.1 Taille de l'image
rétinienne :
Lorsque des objets vus
présentent des similitudes formelles, l'observateur infère les
distances en regard de leur taille relative sur l'image rétinienne.
S'ils sont plus petits, ils sont plus éloignés.
1.3.2.2 Perspective
linéaire :
La perspective révèle
des convergences vers des points spécifiques du plan (les points de
fuite). Ils sont principalement apparents dans les scènes comportant des
objets aux arêtes régulières ou à partir de motifs
répétés sur des axes colinéaires.
1.3.2.3. Perspective de
surface :
La perspective de surface se forme
par l'atténuation des contrastes des objets lointains due à la
diffusion atmosphériques. Dans la nature, les objets
éloignés sont plus ou moins indistincts, et les objets
rapprochés, au contraire, sont nets. Ceci donne avec le concours des
phénomènes atmosphériques, une sensation de profondeur
renforcée.
1.3.2.3
Recouvrement :
C'est l'effet produit lorsque des
contours continus semblent plus près de l'observateur.
1.3.2.4 Nuances et
ombres :
C'est l'impression de
convexité ou de concavité due au fait que la majeure partie de
l'éclairage provient du haut.
1.3.2.5 Perspective de
texture :
C'est un type de perspective
linéaire qui correspond au degré de rugosité d'un objet
uniforme à mesure qu'il s'éloigne. La réduction
progressive d'une texture dans une direction provoque une perception de
profondeur (la réduction progressive de l'immeuble vers l'infini).
Exemple :
Les indicateurs psychologiques sont
des indicateurs qui prennent de l'importance avec l'expérience.
Lorsqu'ils sont combinés, ces indicateurs accroissent grandement la
perception de la profondeur.
Pour la vision
stéréoscopique, les principaux indicateurs de perception de
profondeur sont la disparité binoculaire et l'effet des nuances et
ombres.
Chapitre 2. La vision
binoculaire stéréoscopique :
C'est l'aptitude à utiliser
ses deux yeux alternativement ou simultanément de manière
à ce que chaque image contribue à la perception finale. Elle est
reconnue pour avoir trois degrés: la perception monoculaire
simultanée, la fusion et la stéréoscopie.
La vision
stéréoscopique est une des fonctions binoculaires. Du fait que le
développement de la stéréoscopie nécessite un
alignement parfait des yeux et une vision correcte pendant la première
année de la vie.
La plupart des enfants
déficients visuels n'ont pas de stéréoscopie. On en
déduit parfois que ces enfants ne perçoivent pas le monde en
trois dimensions, c'est une erreur.
Notre expérience des trois
dimensions repose sur un certain nombre de repères visuels, par exemple
la taille relative des objets, les ombres, le mouvement apparent lorsque nous
nous déplaçons, la façon dont les objets proches masquent
partiellement les objets plus éloignés. Certains sujets normaux
n'ont pas de vision stéréoscopique mais sont inconscients du fait
que leur vision n'est pas parfaite. De même, la plupart des
problèmes que rencontrent les enfants et les adultes en ce qui concerne
l'appréhension de l'espace ne s'expliquent pas par l'absence de
stéréoscopie. Par contre, la perte secondaire de la
stéréoscopie entraîne un mauvais contrôle des
mouvements de la main pendant des semaines voire des mois, jusqu'à ce
que de nouvelles techniques de coordination oeil main soient acquises.
De même, évaluer la
vision binoculaire, savoir quel est l'oeil préféré, est
souvent difficile. Le plus simple est de cacher un oeil puis l'autre pour
savoir de quel oeil l'enfant se sert ou si les deux yeux sont utilisés
de façon équivalente de près et de loin.
En pratique : les points
de vue
On peut vérifier la
supériorité de la vision binoculaire sur la vision monoculaire en
suspendant devant nos yeux, un cube de fil de fer. Si on le regarde avec les
deux yeux, on perçoit son volume. Si on ferme un oeil, il évoque
une surface plate.
La raison en est que, dans la vision
monoculaire, la perception du relief et des distances est affaiblie. Essayons,
par exemple en fermant un oeil, d'attraper une balle qui répondit sur le
sol. Lorsqu'on utilise les deux yeux, le fait de disposer de deux points de vue
différents permet d'évaluer les distances. Avec un seul oeil, on
a besoin d'autres repères.
2.1 La convergence
binoculaire :
C'est la convergence des deux yeux
vers l'objet observé qui est principalement à l'origine de la
vision stéréoscopique.
Le premier mécanisme plausible
serait une perception absolue de la convergence des yeux. Certes il s'agit
d'angles très petits pour des organes qui peuvent se mouvoir très
rapidement avec une très grande amplitude de mouvement. Cependant il
semble que les mouvements relatifs qui font tourner un oeil un peu plus qu'un
autre soient produits par un système neuro-moteur distinct de celui qui
fait tourner à la fois les deux yeux.
La reconstitution du relief
binoculaire passe donc aussi par une appréciation, non pas de la
convergence de nos axes oculaires, mais plus précisément des
écarts, relatifs à des objets situés à des
distances différentes.
Nous savons tous qu'une personne
observant des objets proches a tendance à croiser ses yeux.
Au-delà d'une dizaine de mètres, l'axe de chaque oeil est quasi
parallèle. On voit d'après le schéma qui suit les
variations d'angles de convergence :
on constate que plus l'objet
observé est proche, plus l'angle de convergence est prononcé (en
bleu sur le schéma). Cette information est principalement
utilisée par le cerveau pour effectuer l'analyse
stéréoscopique. Les convergences de l'oeil sont rendues possibles
par les muscles externes, dont le rôle est de faire pivoter l'oeil. Les
influx nerveux transmettent la mesure vers le cerveau. Cet angle permet au
cerveau de connaître l'ajustement des positions entre les deux images lui
étant fournies, car il s'agit de trouver les points communs entre les
deux images.
Ensuite la convergence permet à l'oeil de savoir quelle
doit être l'accommodation des cristallins. Ceux-ci se « gonflent
» plus ou moins grâce au corps ciliaire, et changent la distance
focale de l'oeil. Quand un objet est proche, les muscles ciliaires se
relâchent, laissant se courber le cristallin. Cette modification de la
courbure permet à l'image de s'afficher à l'envers ! Exactement
à l'emplacement de la rétine. La convergence binoculaire joue
aussi un rôle majeur dans l'acuité visuelle. Evidemment, elle ne
suffit pas à elle seule à observer en 3D. Le second facteur est
l'écart interpupillaire entre les deux yeux, qui conduit à la
disparité binoculaire horizontale.
2.2 La disparité
binoculaire horizontale :
Voir une image en 3D signifie
percevoir les différents plans se succédant dans l'image, mais
aussi sentir la profondeur de chaque objet qui la compose et leur distance
relative. La profondeur des objets n'est visible qu'avec la vision binoculaire.
En effet on sait que les images vues par l'oeil gauche et droit sont
légèrement différentes. Parfois on peut se forcer à
voir double, c'est ce que l'on appelle la diplopie. Mais il est plus difficile
de voir double des images éloignées puisque l'écart
angulaire entre les deux images est alors beaucoup plus faible, et les yeux ne
convergent quasiment pas. C'est pourquoi d'après Charles Wheatstone,
inventeur du stéréoscope (le premier modèle qui comportait
deux miroirs à angle droit, bientôt suivi d'un modèle plus
agréable à deux oculaires), les images fusionnent mieux dans ce
cas. Quand les images observées sont très proches, l'écart
angulaire est important et il y a diplopie.
Il est à noter que l'on
peut obtenir la sensation de relief à partir de la disparité
binoculaire seule, sans faire intervenir les facteurs monoculaires cités
plus haut.
Il est possible d'obtenir la sensation de profondeur par le
décalage horizontal qui existe entre les deux images rétiniennes
d'une même scène. On obtient alors une « parallaxe
stéréoscopique », proportionnelle au décalage
linéaire entre deux objets situés à des profondeurs
différentes.
En observant les deux images successives on a
l'impression que l'une s'obtient à partir de l'autre par une rotation
dont le centre se situe au niveau de l'écart interpupillaire (entre 65
et 75 mm). Plus l'écart est important, plus le relief s'obtient
facilement.
Finalement convergence et
disparité binoculaire permettent au cerveau le décodage
nécessaire en quelques millionièmes de secondes afin d'obtenir
une image unique tridimensionnelle en profondeur. On peut alors distinguer les
distances relatives entre objets et les plans qui se succèdent.
2.3 Le
fusionnement :
Les images perçues par chacun
des deux yeux présentent des différences, mais le cerveau sait
les fusionner pour produire une image unique, la seule dont on soit conscient.
D'étranges phénomènes peuvent se produire, toutefois,
quand les images rétiniennes sont trop différentes l'une de
l'autre, ou quand le fusionnement connait des défaillances.
Pour que les images d'un objet
perçues simultanément par les deux yeux puissent fusionner
correctement, L'accommodation dépend de la fovéa, Une minuscule
dépression de la partie centrale de la rétine qui ne contient que
des cônes, et ou l'acuité visuelle est en conséquence
maximale. Quand on regarde un objet a environ 6 mètres de soi, cette
accommodation n'est possible que si les yeux se tournent
légèrement l'un vers l'autre. Plus un objet est proche, plus les
yeux doivent converger. A partir d'un certain point, appelé
« punctum proximum», les yeux ne peuvent plus accommoder par ce
que leur rayons visuels se croisent.
Dans des circonstances normales, le
fusionnement s'effectue sans qu'on en prenne conscience. Mais il faut savoir
que le cerveau n'accorde pas la même importance aux images que lui
transmettent les deux yeux.
Tout comme on a une main ou un pied
dominant, on a aussi un oeil dominant « généralement
l'oeil droit pour les droitiers » qui détermine et dirige la
vision
2 .4 Examen de la vision
stéréoscopique :
Cet examen fait partie de l'examen
systématique de la vision de l'enfant. La vision
stéréoscopique est la vision en 3 dimensions. Elle relève
d'un phénomène cérébral qui permet l'obtention
d'une image unique et en relief à partir des images en 2 dimensions
données par chaque oeil. C'est le stade le plus évolué de
la vision binoculaire. Du fait de l'écart interpupillaire, si les
fovéas fixent bien un même point, les images d'un objet fournies
par les deux yeux sont semblables mais non rigoureusement identique puisque
observées de deux point différents. Elles sont
légèrement décalées l'une par rapport à
l'autre : on dit qu'elles présentent une disparité. De cette
disparité des deux images monoculaires nait la perception binoculaire du
relief. La vision stéréoscopique est étudiée
à l'aide de tests qualitatifs et de test quantitatifs. Ces derniers sont
les plus intéressants et doivent être utilisés chez
l'enfant dés que cela est possible.
Le seuil stéréoscopique
en vision central est chez les sujets normaux adultes de 20 à 30
secondes d'arc. Chez l'enfant, on considère souvent que 60 secondes est
un résultat normal. Le seuil stéréoscopique décroit
avec l'excentricité rétinienne.
Les tests doivent être
présentés simultanément mais chaque oeil ne doit en
percevoir qu'un seul. Pour obtenir ce résultat, soit on utilise des
tests avec des verres polarisés, soit des tests avec des filtres
colorés rouge et vert. Les tests polarisés les plus anciens
étaient constitués de deux figures semblables superposées
mais légèrement décalés, ce qui laissait même
en vision monoculaire deviner un double contour et donc l'existence d'un relief
sans réellement percevoir celui-ci. Ceci est assez net sur le Titmus
test.
Les tests les plus utilisés
actuellement en vision de près sont les suivant :
· Le test Wirt.
· Le TNO.
· Le test de LANG.
Et il existe d'autres tests
complémentaires et à des distances variées.
2.4.1 Le test Wirt :
Est le plus connu, il est
constitué d'un livret comportant : le test de la mouche et le
Titmus test. Chaque élément du test est fait de deux images
superposées plus ou moins décalées. Vues au travers de
lunettes polarisées. Elles sont perçues en relief avec une valeur
de parallaxe stéréoscopique plus ou moins importante.
Le test de la mouche est un test
très grossier (disparité ou parallaxe de 1000 secondes d'arc) et
ne test qu'une stéréoscopie périphérique.
Le Titmus test est composé,
sur le même principe, d'une série d'animaux dont 3 sont
perçus en relief correspondant respectivement à 400, 200 et 100
secondes d'arc et d'une série de 9 carrés contenant chacun 4
cercles dont l'un parait en relief, allant de 800 à 40 secondes
d'arc.
Les avantages de ce
test :
C'est l'un des tests les plus
courants, très facile et qui peut être utilisait par les enfants.
Les
inconvénients :
Il n'étudie pas une
acuité stéréoscopique très fine puisque d'autres
tests vont jusqu'à 15 secondes d'arc. En binoculaire, sa perception dans
les microtropies peut arriver à 80 secondes d'arc. De plus en
monoculaire, le décalage des images peut être perçu, pour
les tests donnant une acuité stéréoscopique de l'ordre de
120 secondes d'arc.
En pratique :C'est un test de grande surface, dont la perception
déborde largement la macula. Il permet de constater un sens fruste du
relief, sans pouvoir toutefois le chiffrer.
Il a, de plus, l'avantage de
présenter une image connue de tous, même des tout-petits. Leur
mouvement de recul, en cas de perception du relief, vaut toutes les
réponses.
On peut demander aux adultes et aux enfants assez grands
s'ils voient la mouche en relief, mais cependant s'ils ne semblent pas saisir
ce qui leur est demandé, on peut leur faire pincer les ailes de la
mouche entre le pouce et l'index. La façon dont ils s'y prendront
indique clairement qu'ils voient les ailes en avant, comme
détachées du livre, ou qu'au contraire la mouche leur
apparaît toute plate, comme si elle était « repassée
dans le livre ».
On peut aussi en cas de réponse positive,
retourner le test, la mouche apparaîtra alors la tête en bas et
comme si elle était derrière une vitre. En?n, de très
légers mouvements latéraux imprimés au test permettent
parfois de mettre en évidence le sens du relief : la mouche semble alors
s'aplatir sur les côtés pour se redresser de face.
Le R et le L
ainsi que l'inscription « house ?y » permettent de savoir que la
perception du relief est bonne ; car on pourrait voir la mouche en relief mais
pas les inscriptions, ce qui prouverait un sens très fruste du
relief.
 
La série de cercles dans
les neuf carrés :
Si la mouche ne permet que la
constatation d'un sens du relief parfois très fruste, la série
des neuf carrés rend possible sa mesure en secondes d'arc. La graduation
est progressive, de 800 secondes pour le test n° 1 jusqu'à 40
secondes pour le test n° 9.
Pour étudier le relief, on demande
au sujet d'indiquer dans chaque carré le cercle qui lui paraît en
avant. Il est préférable de se servir d'une petite baguette,
genre aiguille à tricoter, plutôt que du doigt, jamais en tout cas
d'un stylo de quelque genre qu'il soit.
Dans la pratique on note souvent que
le sujet voit le relief jusqu'au test n° 4 par exemple,
c'est-à-dire que ses réponses sont exactes jusque-là, et
qu'ensuite, il se trompe, ou bien n'y voit plus aucune
différence.
Les trois lignes
d'animaux :
Dans chacune de ces trois lignes d'animaux, un
seul se trouve en relief. L'enfant ayant un sens du relief, s'il est assez
grand pour comprendre ce qui lui est demandé, s'y retrouvera mieux ; il
est bon parfois de commencer par les animaux pour terminer par les cercles. Il
est souvent nécessaire de ne présenter qu'une ligne à la
fois, en cachant les deux autres.
La progression est nettement moins ?ne,
puisque la ligne A correspond à une vision stéréoscopique
de 400 secondes, la ligne B à 200 secondes et la ligne C à 100
secondes.
Interprétation des
résultats
L'équivalence des différents
éléments du stéréo test de la mouche est
donnée ci-dessous :
Tableau
d'équivalence des différents éléments
du stéréotest de la mouche(Wirt)
Une réponse positive aux
cercles 1 et 2, sans la perception en relief de la mouche ou du chat (ligne A)
doit faire conclure à l'absence du sens stéréoscopique,
car on perçoit à l'oeil nu, et mieux encore d'un seul oeil avec
les lunettes polarisantes, le décalage latéral de ces deux
cercles.
Il est bon en cas de doute, de faire préciser au sujet s'il
voit les cercles en avant ou décalés sur le
côté.
Intérêt et limites du
stéréotest de Wirt
Le stéréo test de Wirt
permet de savoir si le sens du relief existe chez un sujet et s'il a des
chances de l'utiliser dans la vie courante, mais l'état de la
correspondance rétinienne doit avoir été testé
auparavant spécialement avec les verres striés de Bagolini, si
l'on veut pouvoir conclure à une vraie vision du relief sur base
sensorielle normale.
Par contre, en cas d'union binoculaire plus ou moins
affirmée, il permet de savoir si le sujet se sert ou non de ses deux
yeux, car n'étant absolument pas dissociant, le test aide à
déterminer la qualité de l'union binoculaire. En effet, un sujet
ayant une vision partielle du relief au Wirt, doit utiliser son union
binoculaire dans la vie courante lorsqu'il lit ou écrit.
Ceci est
précieux à connaître du point de vue pronostic, surtout en
cas d'amblyopie rééduquée, on peut alors raisonnablement
espérer que l'acuité visuelle, récupérée par
le traitement adéquat, se maintiendra.
Verres striés de Bogolini
2.4.2 Le test TNO :
Est conçu sur le principe des
tests de Julesz de nappes de points au hasard. Il comprend 6 planches dans
lesquelles les deux stéréogrammes, un rouge et un vert, sont
superposés. Le relief apparait grâce à des lunettes dont un
verre est rouge et l'autre est vert « principe des
anaglyphes ». Trois planches qualitatives et comportent des motifs
dont les uns sont vues en vision monoculaire et d'autre semblables qui
n'apparaissent qu'en vision binoculaire « papillons, figures
géométriques ». Les tests montrés par l'enfant
renseignent sur l'existence ou non d'une vision binoculaire. Trois planches
sont quantitatives et conçues sur le même principe. La
stéréoscopie testée s'échelonne de 480 à 15
secondes d'arc.
La distance d'examen est ?xe,
l'acuité stéréoscopique est appréciée
d'après la disparité variée des ?gures.
Les avantages de ce
test :
Ce test mesure une acuité
stéréoscopique très ?ne. Aucun des tests n'est
perçu en monoculaire ou sans ?ltres. Ce test est plus fiable pour les
acuités stéréoscopiques moyennes. Un sujet en microtropie
arrive très rarement à une acuité
stéréoscopique inférieure à 100 secondes d'arc.
Les
inconvénients :
Ce test duochrome rouge-vert peut
être dissociant dans les phories et notamment dans certaines
exophorie-tropies.
2.4.3 Le Lang :
Il est très utilisé
pour l'examen des enfants, il se présente sous la forme d'une carte
postale. Il est bâti sur le principe des points aléatoires mais ne
nécessite pas l'interposition de verres polarisés, la
séparation des images étant obtenue par un principe de
microlentilles cylindriques situées sur la face avant du test. Il
comporte 3 dessins allant de 1 200 à 550 secondes d'arc.
Il doit être
présenté à l'enfant à 40 cm et tenu immobile dans
le plan frontal. L'enfant doit dire ce qu'il voit ou s'il est trop jeune le
toucher du doigt.
Les avantages de ce
test :
Il est très facilement
utilisable chez les jeunes enfants à partir de 2 ans, mais il doit
être pratiqué avec soin. Une simple perception de l'image ne
suffit pas pour dire que la vision binoculaire est normale. Il faut que
l'enfant reconnaisse et, si possible, nomme la structure. En effet, une
perception ?oue du test se retrouve dans certaines microtropies. L'enfant peut
percevoir les structures mais ne peut pas les reconnaitre.
Les
inconvénients :
Devant la nappe de points, certains
enfants ont des difficultés à comprendre et à
répondre.
 
2.4.4 Les tests à
différentes distances :
La disparité de la ?gure est
?xe, c'est d'après la distance que l'on déduit la valeur de
l'acuité stéréoscopique.
2.4.4.1 RDE (Random-dot E) de
Reinecke
Il comporte 3 plaquettes vues au
travers de lunettes polarisées.
Une plaquette avec un E en relief vu
sans lunettes polarisées ;
Une plaquette avec un E vu en relief
avec des lunettes polarisées ;
Une plaquette sans ?gure. La
disparité de la ?gure est ?xe (900 secondes d'arc à 28 cm). Il
peut être présenté à 50 cm, 1, 2 ou 5
mètres.
Il permet des mesures à
différentes distances, mais sa cotation manque de
précision.
2.4.4.2 Test de
Frisby
Il comporte également 3
planches, vues sans système polarisé.
2.4.4.3 Test de
Weiss
Le chat : C'est un test, perçu
à 5 mètres, constitué de nappes de points au hasard vu au
travers de lunettes rouge-vertes. L'acuité stéréoscopique
est de 250 " à 5 mètres, 500 " à 2,50 mètres.
À 5 mètres c'est un test central, plus près la fusion
périphérique intervient. Il ne compte qu'une seule image et
mesure une acuité stéréoscopique assez
grossière.
2.4.4.4 Le
Synoptophore
Il a été conçu pour le traitement des
troubles oculomoteurs. Il permet de lever une neutralisation, de
développer une amplitude, et d'améliorer un trouble de
l'accommodation-convergence.
2.4.4.5 Le test
anaglyphe :
En VL et en
VP : Les anneaux de BROCK
Sur une carte à fond noir, on trouve un cercle blanc
de fixation centrale, deux séries d'anneaux l'un rouge l'autre vert. Ces
anneaux sont légèrement décalés, les rouges
à gauche. Le sujet est muni de lunettes rouge vert (filtre rouge sur
l'oeil droit) et on lui demande de fixer le point central. On lui fait indiquer
ce qu'il voit: nombre d'anneaux, couleur. S'il voit deux anneaux blancs (un
grand et un petit) on le questionne sur position relative des anneaux (sont-ils
soulevés et de combien). Si le sujet est dans la norme, il doit voir
deux anneaux blancs: le grand anneau doit être en avant d'environ 2 m et
le petit d'environ 1,25 m. S'il ne voit que les anneaux verts ou rouges, il y a
suspension d'un oeil. S'il voit 2 anneaux rouges et deux verts
décalés, le sujet ne fusionne pas malgré le cercle
central, il y a donc une hétérophorie mal compensée.
Utilisation des tests
-Dans la
pratique, il faut tenir compte du mode de présentation :
-De la distance pour laquelle est
conçu le test ;
-De la position et de
l'immobilité du test ;
-De la précision et de la
rapidité des réponses ;
-De l'âge du sujet, toutes les
études montrent qu'il faut attendre l'âge de 5 ans pour avoir une
acuité stéréoscopique ?ne.
Interprétation des
résultats :
La majorité des auteurs et des
utilisateurs s'accordent pour dire que les tests à points
aléatoires sont plus précis et mesurent une acuité
stéréoscopique plus ?ne. D'autre part ils ne peuvent être
perçus en monoculaire ou sans systèmes polarisants, alors que
dans les tests basés sur la parallaxe, les contours ou la forme peuvent
être perçus monoculairement jusqu'à un certain
degré.
Dans un certain nombre de microtropies, notamment celles
inférieures à 10 ?, il existe une binocularité qui permet
un certain degré de vision stéréoscopique, qui
dépend de plusieurs facteurs, la valeur de l'angle, la neutralisation,
le test utilisé. Cette vision stéréoscopique est toujours
meilleure avec les tests basés sur la parallaxe.
Pour les sujets avec
vision binoculaire normale, quel que soit le test, une bonne vision
stéréoscopique implique une bonne vision binoculaire, les deux
étant intimement liées. L'amplitude de fusion en convergence ou
divergence ne peut exister sans elle si l'on considère une amplitude de
fusion avec ses deux composantes motrices et sensorielles. Ces vergences
peuvent être modi?ées par plusieurs facteurs : tonus central,
vigilance, accommodation. Ces perturbations peuvent amener des troubles
fonctionnels, mais dans la mesure où il n'a pas dissociation,
l'acuité stéréoscopique n'est pas perturbée. Il est
rare de voir une insuffisance de convergence provoquer une baisse
d'acuité stéréoscopique, auquel cas il faut faire un
examen approfondi de la vision binoculaire.
Chapitre 3. Les techniques
de la vision stéréoscopique :
La technique la plus efficace,
consiste dans un premier temps à coller le couple d'images contre les
yeux, puis à l'éloigner lentement. Vient un moment ou vous verrez
une image au centre, soit seule, soit flanquée de deux images à
gauche et à droite. Quand vous aurez obtenu cette image centrale, donc
vous aurez réussi la fusion des deux images initiales. Reste à
attendre que cette image prenne du relief. Si, dans cet exercice de
rapprochement et d'éloignement du plan des images, vous en voyez 4 au
lieu de 2, vous êtes également dans la bonne voie.
Quand on voit ces deux couples
d'images, l'un un peu plus grand que l'autre. Ceux qui explorent les images en
vision croisée « en louchant
légèrement » pourront s'exercer avec les grandes
images. Les autres, qui utilisent la vision parallèle ou
décroisée, réussiront mieux avec les petites.
Une autre méthode efficace,
mais qui implique la vision croisée, consiste à placer un objet
mince et pointu entre les deux images, on la rapproche lentement du nez et on
l'immobilise quand se forme une image centrale. On essaye alors de la
conserver, et on attend que vienne le relief.
Il existe plusieurs
procédés pour reconstituer une image
stéréoscopique. Toutes ces méthodes n'ont qu'un but: il
faut que l'oeil gauche voit l'image de gauche et que l'oeil droit voit celle de
droite. Cela peut paraître simple, mais soit on regarde l'image de gauche
avec ses deux yeux, soit on regarde l'image de droite avec ses deux yeux. Donc
pour que, en même temps, chaque oeil regarde une image différente,
il faut normalement utiliser un stéréoscope avec deux oculaires,
mais avec un peu d'entraînement, on pourrait s'en passer.
3.1.
Stéréoscopie par vision parallèle :
La technique de la "Vision
parallèle" est moins fatigante pour les yeux, puisqu'on ne force pas les
yeux à "loucher" mais au contraire à se remettre en position
"naturelle". Au repos, en
regardant au loin, les muscles
oculaires sont relâchés et les axes optiques des deux yeux sont
parallèles.
Dans ces conditions, on place l'image
de gauche à gauche et l'image de droite à droite.
Il faut que les deux images aient
à peu près le même écartement que les yeux, 6.5
centimètres environ, 7 cm au maximum. Cela entraîne une limitation
pour la largeur des images et favorise donc le format portrait (vertical) par
rapport au format paysage (horizontal), à moins d'adopter un format
carré en recadrant les photos prises horizontalement.
Avec un ordinateur,
l'écartement des deux images dépend de leur largeur, en "pixels",
de la taille de l'écran et de la résolution de l'affichage
écran choisie.
Il faut regarder les images sans
faire converger les axes optiques des yeux, en les conservant bien
parallèles. C'est le cerveau qui assure la fusion des deux images,
interprète leurs différences en termes de distance et reconstitue
le relief.
Pour réduire le champ de
vision, on pourrait utiliser un cache en carton muni de deux petits orifices
rectangulaires ayant le même écartement que les yeux. On peut
aussi utiliser deux tubes de section circulaire ou mieux rectangulaire et dont
les axes sont parallèles.
Vous pouvez également imprimer
les images affichées à l'écran pour les observer ensuite
à l'aide d'un "stéréoscope" constitué de deux
loupes. Vous pouvez enfin les observer en "Vision parallèle". La largeur
de chaque image doit rester voisine de 6.5 centimètres.
Alors, si on a une tête avec
un cerveau et deux yeux avec une vision normale, on doit arriver à voir
les images stéréo en 3D sans optique aucune.
C'est une gymnastique oculaire, mais
qui ne demande que de la relaxation... C'est l'image 3D qui doit vous "sauter
aux yeux", sans aucun effort. On doit voir 3 images placées à la
même distance, celle du milieu, l'image 3D, paraissant en relief. Il faut
conservez les yeux à la même hauteur, tête bien verticale,
il ne faut pas la pencher vers une des épaules, sauf un peu au
début, pour trouver la meilleure position.
Avantage: Il n'y a pas besoin
de matériel ni de traitement sur les images.
Inconvénient: La
technique de vision parallèle nécessite un apprentissage et est
assez difficile à acquérir. Les images sont de petite taille.
Représentation
visuelle :
3.2.
Stéréoscopie par vision croisée :
La technique de la "Vision
croisée" nécessite de "loucher" de manière à ce
que l'oeil "gauche" ne voie que l'image de "droite" et que l'oeil "droit" ne
voie que l'image de "gauche".
Dans ces conditions, on doit placer
l'image de gauche à droite et l'image de droite à gauche.
On pourrait utilisé un cache
en carton percé d'une unique fenêtre rectangulaire, en le
plaçant de manière à ce que l'oeil droit ne voie que
l'image "gauche" et que l'oeil gauche ne voie que l'image "droite". On ne voit
plus que l'image 3D encadrée par le cache en carton.
En utilisant une fenêtre plus
large ou en déplaçant un peu le cache, l'image 3D sera
bordée par un cadre constitué par une partie de l'écran.
La principale difficulté,
c'est que pour s'entraîner à loucher, il faut placer un objet, un
crayon, par exemple ou même simplement un doigt, devant son nez et forcer
les yeux à converger.
Néanmoins, un "réflexe"
difficile à maîtriser entraîne aussi l'accommodation sur cet
objet proche, alors que les images à observer à l'écran
sont plus éloignées. Il faut donc arriver à contrarier ce
"réflexe".
Par contre en "Vision
parallèle", le "réflexe" joue dans le bon sens. Lorsqu'on regarde
au loin, les axes optiques tendent à devenir parallèles et les
yeux accommodent à l'infini. La difficulté, c'est alors de ne pas
laisser les axes optiques converger vers l'écran.
Avantage : de la
technique de la "Vision croisée" est que la taille des images n'est pas
limitée, contrairement à la technique de la "Vision
parallèle", où la largeur de chaque image doit être voisine
de 6,5 centimètres (en fait, si on se place assez loin de
l'écran, cette limite peut être largement
dépassée.), et Il n'y a pas besoin de matériel ni de
traitement sur les images. Pas de restriction de taille pour les images.
Inconvénient: C'est
qu'on ne peut pas imprimer directement les images affichées à
l'écran pour les observer ensuite à l'aide d'un
"stéréoscope" constitué de deux loupes. On ne peut que les
observer "Vision croisée" ou bien il faut les inverser. Et que la
technique de vision croisée nécessite un apprentissage.
Représentation
visuelle :
La largeur de chaque
image peut dépasser l'écartement des yeux.
Utilisation de deux
petits tubes ou d'un gros tube en carton.
Comparaison avec les lunettes
oeillères percées de deux très petites fenêtres
rectangulaires.
Utilisation d'un
écran en carton percé d'une fenêtre ajustée ou d'une
fenêtre large.
Utilisation de lunettes oeillères percées
de deux très petites fenêtres rectangulaires.
3.3. Anaglyphe :
Un anaglyphe (en grec ancien :
« ciselure en relief », « bas-relief »,
« ouvrage sculpté », composé d'ana,
« du bas vers le haut » et de glyphe,
« ciselure ») est une image imprimée pour être
vue en relief, à l'aide de deux filtres de couleurs différentes
(lunettes
3D) disposés
devant chacun des yeux de
l'observateur. Ce principe est fondé sur la notion de
stéréoscopie
qui permet à notre cerveau d'utiliser le décalage entre nos deux
yeux pour percevoir le relief.
3.3.1 Principe:
Pour voir en relief il faut que
chaque oeil voie une image différente, correspondant à 2
positions d'observation décalées de quelques centimètres.
Un anaglyphe est une image obtenue
par superposition de 2 images de couleurs complémentaires, par exemple
Rouge et Cyan. En regardant cette image avec une paire de lunette Rouge/Cyan,
l'oeil gauche voit l'image Rouge, l'oeil droit voit l'image Cyan. Le cerveau
recompose les couleurs et donne l'impression de voir une image possédant
toutes les couleurs d'origine... et en relief.
Cela marche très bien pour
toutes les couleurs qui ne sont pas trop proches du Rouge ou du Cyan. Parce que
sinon, il n'y a plus qu'un seul oeil qui voit la partie de l'image de cette
couleur : un rosier à roses rouges ne rend pas très bien en
Anaglyphe. Dans ce cas, la fonction de désaturation automatique des
rouges et des cyans, vous permettra de corriger les teintes de manière
à rendre l'Anaglyphe observable : les roses ne seront plus rouges, mais
elles seront visibles dans la teinte de votre choix (violettes, jaunes,
noires.. roses).
On pourrait créer l'anaglyphe
à l'aide d'un logiciel, on peut séparer une image en ses trois
couches primaires rouge verte et bleue et combiner indépendamment ces
couches avec celles d'une autre image de la même dimension. On
procède ainsi pour créer l'anaglyphe: on conserve uniquement la
couche rouge de l'image de gauche et les couches verte et bleue de celle de
droite, puis on combine ces trois couches en une seule image.
Pour voir l'anaglyphe, il suffit de
mettre les lunettes avec filtre rouge/cyan: un filtre rouge pour l'oeil gauche
et un filtre cyan pour l'oeil droit. Chaque oeil ne voit alors que l'image qui
lui est destinée.
Avantage: Leur visualisation
ne nécessite pas d'apprentissage ni de gymnastique oculaire fatigante.
Pas de restriction de taille pour les images, elles peuvent être
affichées en plein écran. Il accepte aussi bien le format
horizontal ou "paysage" que le format vertical ou "portrait". Il existe
même des tableaux sur toile réalisés avec de la peinture
acrylique qu'on peut admirer en relief avec les lunettes 3D colorées.
Inconvénient: Les
images doivent être traitées avec un logiciel graphique. La
qualité de l'image est moyenne et les couleurs sont faussées. La
nécessitée de porter des lunettes avec filtres colorés. A
la longue, c'est un peu fatigant pour les yeux, surtout quand on regarde autre
chose avec. Il vaut mieux les enlever pour lire les textes à
l'écran.
Représentation visuelle:
Le filtre rouge ne
laisse passer que le rouge.
Le filtre cyan ne laisse passer que le cyan,
mélange de vert et de bleu
Chapitre 4 : Les
stéréoscopes :
4.1.
Historique :
Le mot
« stéréoscopie » dérivé du grec
stéréos « solide » et scopein
« voir » , cet adjectif qualifie tout ce qui est en
relation avec le fait de voir ou d'avoir l'illusion de voir le choses en trois
dimensions (en relief).
Ce n'est qu'en 1755 qu'un savant
anglais ,joseph Harris, reconnut le caractère
stéréoscopique de la vision , écrivant à ce
sujet : « et grâce à la parallaxe due à
la distance entre nos yeux, nous pouvons faire la distinction entre l'avant et
les deux cotés d'un objet proche...et cela donne un relief visible
à ces objets , ce qui aide grandement à les
détachés du plan sur lequel ils se trouvent. »
En d'autres termes, par ce qu'on
perçoit simultanément les objets selon deux angles
légèrement différents, on est apte à en voir les
trois dimensions.
Le premier stéréoscope
fut imaginé en 1838 par sir Charles Wheatstone
Charles
Wheatstone
4.2. Les différents
types de stéréoscopes :
Il en existe plusieurs types
différents: à miroirs, à lentilles et à prismes.
Le premier, inventé en 1838
par Charles Wheatstone, est muni de deux miroirs à 45° (en bleu sur
le dessin) qui reflètent les images placées à chaque
extrémité du stéréoscope. En regardant dans ces
miroirs, une nouvelle image se forme en relief face à l'utilisateur.
Ce système est toujours
utilisé de nos jours, principalement pour la cartographie, mais avec
deux miroirs en plus (en rouge sur le dessin). Ceux-ci permettent de voir de
grandes images l'une à côté de l'autre.
En 1849, Sir David Brewster fait
breveter un stéréoscope à lentilles (en vert sur le
dessin). Les photos sont installées côte à côte, mais
leur largeur ne doit pas dépasser l'écart entre les yeux. Le
format 6 x 13 cm (dimension totale des 2 images) est celui qui convient le
mieux.
Ce type de visionneuse est souvent
fabriqué soit avec un fond en verre dépoli mobile, soit avec une
partie du dessus qui s'ouvre. Ceci permet de regarder des photos en verre ou
imprimées sur carton.
Nous utilisons toujours ce type de
stéréoscope pour visionner les diapositives ou les photos papier.
Ils sont généralement assez petits et même parfois
pliables.
En 1859, Oliver Wendell Holmes met au
point un stéréoscope plus léger et meilleur marché
que tous les autres modèles de l'époque. Il est muni de deux
prismes (en rose sur le dessin) qui permettent de regarder des images d'un
format 9 x 18 cm au total.
L'utilisateur ne peut voir avec
chaque oeil que l'image appropriée car une paroi verticale de
séparation interdit à son regard de s'égarer. De plus, son
front prend appui sur une sorte d'oeillère qui lui permet d'être
stable et de ne pas avoir de lumières parasites dans les yeux.
Chapitre
5 :L'holographie
5.1.
Découverte :
Le principe de l'holographie a
été découvert par
Dennis Gabor en
1948 (Il a reçu le Prix
Nobel en 1971 pour sa découverte) alors qu'il travaillait à
l'amélioration de
microscopes
électroniques dans la compagnie
Thomson-Houston
à
Rugby en
Angleterre. Une source
cohérente est utilisée pour interférer avec le
rayonnement
diffracté par un « objet ». Cette
interférence
est soit enregistrée pour donner un
hologramme, soit
modifiée par une
lentille qui en
donnant une
transformée
de Fourier forme une « image
3D » de l'objet.
 
Dennis Gabor recevant le prix Nobel en
1971
5.2. Principes :
Le mot holographie vient du grec
holos, « entier », et graphis, signifiant
« dessin, message, écriture ». L'holographie, tout
comme la photographie, est une technique d'enregistrement et de reproduction
des images sur un support photosensible-souvent une plaque ou une simple
pellicule photographique.
Les photographies ordinaires
n'enregistrent que les variations d'amplitude des ondes lumineuses provenant
d'un objet, ne donnant ainsi qu'une impression illusoire de profondeur et de
perspective. L'holographie, en revanche, enregistre également les
variations des phases de ces ondes, indicatrices de la distance à
laquelle se trouve chaque point de l'objet, ce qui lui permet de produire des
images réellement tridimensionnelles, ou la profondeur et la perspective
ne sont plus des illusions. Pour ce faire elle utilise un rayon laser, qui lui
produit une lumière « cohérente »
c'est-à-dire une lumière dont toutes les ondes ont la même
longueur et sont en phase. Ce rayon est divisé en deux parties à
l'aide d'un miroir semi-transparent. La partie réfléchie par le
miroir (faisceau de référence) est directement dirigée sur
la plaque photographique. La partie qui traverse le miroir (faisceau de
l'objet) vient frapper l'objet à photographier, dont la lumière
diffractée illumine également la plaque. Celle-ci reçoit
donc à la fois le faisceau de référence et le faisceau de
l'objet, les différences de phase variant selon la distance à
laquelle se trouve chaque point particulier de l'objet. Comme les deux
faisceaux superposés sont tous les deux cohérents, ils forment un
réseau de franges d'interférence, appelé
interférogramme, qui contient toutes les informations sur le relief de
l'objet photographié. L'enregistrement de cet interférogramme sur
la plaque constitue l'hologramme. Quand l'hologramme est illuminé d'une
certaine manière, il reconstitue une image en trois dimensions si
convaincante qu'elle peut même recréer la parallaxe et le
changement apparent de perspective qui se produit quand un objet est vu sous
différents angles.
On distingue couramment deux
principaux types d'hologrammes :
Hologramme par transmission,
enregistré en faisant arriver du même coté de la plaque
photographique la lumière diffusé par l'objet et celle qui vient
directement du laser.
Hologramme par
réflexion, obtenus en faisant arriver les deux faisceaux de la
lumière de part et d'autre da la plaque.
5.3 En pratique :
L'hologramme :
Chapitre 6 :
cinéma en relief
Pour obtenir une image en relief, il
faut projeter deux films simultanément un film pour l'oeil droit et un
film pour l'oeil gauche, il faut donc disposer d'un énorme projecteur
équipé de deux objectifs ou bien de deux projecteurs
synchronisés comme le montre la photo :
Dans la salle de
cinéma : deux films, deux objectifs donc deux images seront
projetés sur l'écran mais seront décalés.
Pour voir une seule image et en
relief, il faut impérativement chausser des lunettes avec verre
filtrant l'un des deux verres dirigeant l'une des deux images vers l'oeil
gauche et l'autre vers l'oeil droit. Pour voir en relief il faut regarder avec
les deux yeux en même temps, car ils ne voient pas la même chose
et c'est le cerveau qui va faire la synthèse des deux images pour
recréer le relief qui existe dans la réalité.
La difficulté est de
recréer le relief sur un écran parfaitement plat en faisant
sorte que nos deux yeux ne voient pas la même chose. Pour cela on
commence par tourner deux films, un pour chaque oeil avec une caméra qui
possède deux objectifs séparés de 7cm comme nos deux yeux
et ensuite on projette ces deux films un pour chaque oeil qui fatalement vont
se retrouver légèrement décalés. Alors
évidemment a l'oeil nu on ne perçoit pas le relief, mais
dés que les spectateurs sont équipés avec des lunettes un
peu spéciales qui vont filtrer les images de sorte que l'oeil gauche
ne voit que les images projetées par l'objectif de gauche et l'oeil
droit celles projetées par l'objectif de droite dont la mesure ou nos
deux yeux voient des images différentes et bien le cerveau va faire la
synthèse des deux images persuader que la scène qui se
déroule devant lui est en relief .
Les premiers films en relief date des
années 50 au début on utilisait des lunettes avec des filtres
vert et rouge pour sélectionner les images destinées à
chaque oeil mais ce système a altéré les couleurs du
film.
Aujourd'hui pour voir en relief on
utilise d'autres types de lunettes plus performantes notamment celles à
filtre polarisant. On met le filtre devant chaque oeil, un filtre droit qui
va mettre l'image dans un sens pour l'oeil droit et un filtre gauche qui va
mettre l'image gauche pour l'oeil gauche.
Ça marche bien si on a la
tête bien droite parce que les lunettes ne bougent pas. Si on bouge la
tête, on voit l'image droite dans les deux yeux et l'image gauche aussi
dans les deux yeux, donc il faut rester bien la tête droite.
Actuellement, il existe des lunettes
plus performantes se sont des lunettes à cristaux liquides.
Et donc le problème ne se
pose plus, on peut bouger la tête dans tous les sens et on voit
toujours l'image en relief. Le principe est simple quand l'objectif de
gauche projette une image sur l'écran l'image destinée à
l'oeil gauche et l'objectif de droite lui est masqué ; coté
spectateur la règle est exactement la même. L'oeil droit est
masqué seul l'oeil gauche peut regarder l'écran. Puisque c'est
l'image qui lui est destiné qui est projetée. À
l'instant suivant l'objectif de gauche est masqué, c'est
désormais l'objectif de droite qui projette une image que seul l'oeil
droit peut voir car l'oeil gauche est masqué.
Le cerveau n'a pas conscience de tous
ces changements, grâce à la persistance rétinienne, en
effet chaque image persiste un court instant sur chaque rétine, comme
ces deux images sont légèrement différentes et bien le
cerveau fait le mélange et reconstitue le relief.
Les nouvelles
techniques :
Le cinéma en relief a pris une
nouvelle nature, depuis l'apparition des procédés de
cinéma panoramiques en très grand format, comme le
procédé IMAX. Des films en relief IMAX-3D sont diffusés
dans quelques dizaines de lieux dans le monde (comme au Futuroscope en France).
Les scènes tournées pour le cinéma IMAX sont
filmées avec deux caméras, et les images sont projetées
à l'écran à l'aide de deux projecteurs. Le format d'image
utilisée est la plus grande de l'histoire du cinéma, une
pellicule de 70mm, soit 10 fois la taille de l'image d'une pellicule standard
35 mm. Elle est projetée sur un écran 10 fois plus grand qu'un
écran normal.
Pour ce qui est de la configuration spatiale des
salles IMAX, les sièges sont disposés selon une forte
déclivité, permettant à tous les spectateurs d'avoir une
excellente vue de l'écran.
Ci-dessous, le diagramme des salles IMAX:
Le système de
projection IMAX 3D est composé de deux projecteurs (l'un pout l'oeil
gauche et l'autre pour l'oeil droit). L'image de chaque projecteur est
polarisée d'une certaine façon avant d'être
reflétée par l'écran et de revenir dans notre oeil
à travers les lunettes 3D, indispensables au processus. Comme elles sont
polarisées de la même manière que les projecteurs, l'oeil
gauche ne capte que l'image du projecteur de gauche tandis que l'oeil droit ne
capte que l'image du projecteur de droite. Le mouvement du film par «
boucle déroulante » est l'une des spécificités du
projecteur IMAX, Cette boucle faisant avancer le film horizontalement dans le
projecteur. Ci-dessous, le diagramme du projecteur IMAX:
Chapitre 7:
Autostéréoscopie
7.1
Définition :
Auto-stéréoscopie : Terme
improprement étendu à toute vision relief sans lunettes. A
l'origine il désignait les seules doubles images à regarder en
faisant un effort de parallélisme de notre regard malgré la
proximité de l'image.
7.2 Les différents
systèmes d'autostéréoscopie :
Il existe plusieurs systèmes
d'autostéréoscopie, dont les principaux sont les réseaux
lignés et lenticulaires, à écran holographique, à
barrière de parallaxe, à illumination, et avec prisme.
7.2.1
Autostéréoscopie à réseau
lenticulaire :
L'auto-stéréoscopie
avec réseau lenticulaire s'obtient en plaçant à la surface
de l'écran regardé, un réseau de micro-lentilles, dit
réseau lenticulaire. L'image projetée derrière le
réseau doit être composée de micro-images imbriquées
représentant la scène filmée sous des points de vue
différents. L'observateur, s'il se place sur une des bonnes positions
par rapport à l'écran, voit avec chaque oeil, au travers de
chaque lentille, des pixels différents. Sur chaque oeil se reconstitue
une image complète différente. Ce dispositif a été
inventé pour la photographie par Maurice Bonnet sous forme de lentilles
cylindriques.
En France, Pierre Allio a
adapté l'idée en 1987 à la télévision
numérique et grâce à toute une série d'innovations
qui vont de la prise de vue à la restitution en passant par l'encodage.
Il est en mesure aujourd'hui de commercialiser une solution
opérationnelle: l'alioscopie. En fait, le procédé de
l'inventeur français, consiste à utiliser une seule caméra
et de plus un modèle standard.
Un système de lentilles
spéciales disposé devant l'objectif d'un caméscope
classique assure l'enregistrement de quatre images avec des points de vue
légèrement différents.
Lors de la relecture, un traitement
informatique en temps réel alterne les différentes images sur les
pixels Rouge-Vert-Bleu disposés devant un réseau lenticulaire
vertical dont chaque colonne recouvre quatre pixels successifs.
Initialement étudié
pour l'imagerie médicale, le dispositif est commercialisé sous la
marque Alioscopy et utilisé par quelques entreprises. Mais le prix de
l'écran, plus du double de celui d'un écran plat standard, en
limite la diffusion.
Et le bloc optique ne doit pas
être donné non plus, même si une solution alternative
n'utilisant que deux images ouvre la voie à un procédé
stéréoscopique en vision directe.
Cette technique de réalisation
d'images en relief sans lunettes nécessite un codage et un
décodage.
Le codage: un système
de lentilles spéciales disposé devant l'objectif d'un
caméscope classique assure l'enregistrement de quatre images avec des
points de vue légèrement différents. C'est un premier
réseau lenticulaire.
Le décodage: un second
réseau lenticulaire placé devant l'écran "recompose" ces
points de vue en une image pour chaque oeil.
Le principe du réseau
lenticulaire : est montré sur cette figure, on voit en coupe
quelques lentilles cylindriques 1, 2, 3,..., de largeur exagérée
pour que la figure paraisse plus claire. Les points notés sont les
traces des axes des lentilles cylindriques. Les objectifs des prises de vue
sont placés loin à l'échelle de la figure, dans les
directions G et D. Ils donnent d'un même objet, par chacune des lentilles
cylindrique, des images notées G1, D1, G2, D2... etc. Dans le plan de
plaque photographique.
La photographie obtenue peut alors
être observée directement, sans aucun instrument, sans lunettes
spéciales, en relief et en couleur, car à toutes les images G1,
G2,...etc. Correspond une même direction où peut être
placé l'oeil gauche, et aux images de droite une direction où
se place l'oeil droit. Chacun des yeux ne voit donc que les images du bon
coté.
7.2.1.1 Nouvelles techniques
de la télévision en 3D :
De plus en plus d'écran tv et
moniteurs informatiques à réseau lenticulaire(ou barrière
parallaxe) se développent. La définition des écrans, LCD
ou plasma ne permet pas un très grand nombre de perspectives. Certains
fonctionnent avec deux seulement, d'autres avec quatre mais la distance
d'observation est fixe (selon l'écartement de vos yeux) et si on bouge
on perd le relief, il s'inverse, surtout avec deux perspectives seulement, il
faut rester la tête fixe, donc si le film dure trop longtemps cela
devient très vite fatiguant.
Une technologie permet aujourd'hui de
voir le relief à plusieurs distances, elle va jusqu'à huit
perspectives et fonctionne avec un réseau en diagonale. En fin 2007,
une télévision a apparu avec cette technologie, mais comme les
films
relief à huit perspectives
sont rares un logiciel est capable d'en créer à partir de deux
seulement. Cependant comme la quantité dans le monde de film3D bien
qu'énorme, est loin de celle des films plats « 2D »
il va être utilisés des circuits ou des logiciels convertisseurs
de vidéo 2D en 3D.
Le réseau lenticulaire
7.2.2
Autostéréoscopie à barrière de
parallaxe :
Son principe est essentiellement le
même que l'auto-stéréoscopie à réseau
lenticulaire (également utilisée en vidéo), à la
place duquel un filtre (la barrière) distribue en alternance les points
de vue destinés à l'un ou l'autre des deux yeux. La
barrière de parallaxe est plus ancienne que l'écran lenticulaire.
Comme pour le réseau lenticulaire, un bon positionnement du spectateur
est nécessaire. Mais contrairement au cas des réseaux
lenticulaires les positions latérales pour bien voir l'image
entière sont toutes à la même distance du plan de
l'image.
Le champion de cette technologie est
japonais. Sharp est le premier constructeur à avoir d'abord
proposé un ordinateur portable 3D au grand public, puis un écran
LCD 15 pouces. Son premier avantage sur la stéréosocopie : on
passe de la 2D à la 3D en appuyant sur un bouton. L'écran n'est
pas condamné à travailler en 3D.
Lors du passage en 3D,
l'image passe à travers une "barrière parallaxe", un filtre dont
le rôle est dédoubler l'image et de donner à chacune une
orientation différente. Une première image est envoyée
à l'oeil droit, une deuxième, vue d'un angle
légèrement différent, arrive sur l'oeil gauche. Chacun des
yeux récupère donc une image qui lui est propre, que le cerveau
additionne en recréant cette impression de relief.
7.2.3
Autostéréoscopie à illumination :
Auto-stéréoscopie avec
illumination : Il s'agit d'une variante de la barrière de parallaxe,
L'écran est composé de deux plans : un écran à
cristaux liquides, et juste derrière un autre écran
composé de fines colonnes illuminées séparées entre
elles par des zones sombres. Il y a une colonne de lumière pour deux
colonnes de pixels de l'écran LCD. L'observateur voit la colonne de
lumière à travers la colonne paire de pixels pour son oeil
gauche, et à travers la colonne impaire de pixels avec son oeil droit.
Sharp et Nec
auraient commercialisé ces écrans. On ne trouve dans le commerce,
aux USA et depuis 2004 seulement, qu'un ordinateur portable Sharp Actius pourvu
d'un tel écran.
7.2.4
Autostéréoscopie à écran holographique
Auto-stéréoscopie avec
HOE : un élément Optique Holographique est placé devant
l'écran de visualisation. Les images pour les deux yeux sont chacune
projetées par un projecteur LCD et réfléchies par un
miroir sur un écran convexe. Physical Optics Corporation commercialise
des écrans de projection, les HDS™
Holographic
Display Screen, qui fonctionnent sur ce principe.
7.2.5 Autostéréoscopie avec
prisme
Auto-stéréoscopie avec
prisme : un large miroir vient collecter les images
stéréoscopiques de deux panneaux LCD, pour les renvoyer sur un
prisme. Le prisme focalise précisément les deux images sur le nez
de l'utilisateur, avec séparation entre l'oeil gauche et droit. Le
système est mono-utilisateur.
7.3 Les techniques des jeux
vidéo :
Sans lunettes :
À partir des années
1990, l'image de synthèse et la 3D se développent vraiment, avec
notamment l'arrivée d'ordinateurs plus puissants et de consoles de jeux
vidéo plus performantes qui permettent l'utilisation d'images en temps
réel et en trois dimensions (PlayStation,...), ainsi que d'images de
synthèse.
Ainsi, la plupart des jeux
vidéo actuels sont en trois dimensions, et la création d'images
3D s'est répandue chez les particuliers grâce à des
logiciels et des machines plus performantes et moins coûteuses, donc plus
accessibles.
Voici un petit aperçu de
l'évolution de la 3D dans les jeux vidéo :
Wolfenstein 3D ( Super
Nintendo ), 1993
Le premier jeu sur console proposant
un environnement en trois dimensions, mais dont les éléments sont
encore plats (en deux dimensions). Doom est un autre exemple de jeu avec des
graphismes semblables.
Starwing ( Super Nintendo ),
1994
Il a proposé de
véritables graphismes en trois dimensions, texturés et offrant
une réelle profondeur. C'est le seul jeu sur console 16 bits à
proposer ces graphismes, la 3D s'étant démocratisée avec
l'arrivée des consoles 32 bits (PlayStation, Saturn...).
Tenchu ( PlayStation ),
1998
Un jeu intégralement en trois
dimensions, de réalisation moyenne ; les décors "pixellisent"
beaucoup, les éléments lointains apparaissent par à-coups
à l'écran et la qualité des textures est moyenne.
Néanmoins, cette 3D en temps réel permet des changements de
caméra à volonté.
Tekken 3 ( PlayStation ),
1999
Un jeu de combat en trois dimensions,
avec des décors en deux dimensions qui défilent pour simuler la
rotation de la caméra, tandis que les personnages sont réellement
en 3D texturée, les rotations de la caméra nous les faisant voir
sous différents aspects. Ce jeu propose une nette évolution
graphique par rapport à Starwing, due à la puissance de la
PlayStation, et à quatre ans d'expérience du développement
sur cette machine.
Vagrant Story (PlayStation),
2000
Un jeu totalement en trois dimensions
qui, s'il n'égale pas la qualité graphique de Tekken 3, par
exemple, malgré une sortie plus tardive, propose un environnement
modélisé entièrement en trois dimensions, permettant des
mouvements de caméra.
Phantasy Star Online (
Dreamcast ), 2001
Un jeu totalement
modélisé en trois dimensions, à l'image de Vagrant Story,
avec les mêmes possibilités de déplacement de caméra
mais proposant une qualité graphique nettement supérieure.
Halo (Xbox),
2002
Un jeu de combat tellement
réaliste que les scènes en temps réel paraissent
pré-calculées.
Avec lunettes :
Il faut afficher deux films en
même temps, polarisant différemment une image sur deux, et les
objets ressortent de l'écran comme par magie.
Et là où c'est
épatant, c'est que cette technologie peut aussi servir à autre
chose que de la 3D. Une démo a été faite avec une TV 3D
Samsung, affichant un jeu de course, avec la technologie Texas Instrument's
Duel View.
En fait, chaque joueur a la télé pour lui tout
seul. Au lieu de couper l'écran en deux comme on fait depuis toujours,
il suffit de montrer à chaque polarisation ce que le joueur veut bien
voir sur ses lunettes. Evidemment, pour les compères qui veulent
regarder aussi, s'ils n'ont pas de lunettes ils verront deux films en
même temps l'un sur l'autre.
Des exemples :
 
 
Partie pratique :
Démonstration avec ce Kit :
Conclusion :
Bibliographie :
Livres :
COURVILLE, Daniel (1993). Procédés et
systèmes d'enregistrement et de reproduction du son en 3D.
Mémoire de maîtrise. Université du Québec à
Montréal.
Delorme, André et Michelangelo. (2003). perception et
réalité.
Une introduction à la psychologie des perceptions.
Stéréomagie, Jackes NINIO. Edition du
seuil(1994)
PALMER, Stephen E. (1999). Vision Science.
Manuel de strabologie aspects cliniques et
thérapeutiques, De Nicole Jeanrot, François
Jeanrot, (2003)
Masson
Ophtalmologie pédiatrique, De D Goddé-Jolly,
Jean-Louis Dufier (1992)
Masson
Neurosciences médicales : Les bases neuroanatomiques
et neurophysiologiques ,De Thomas C. Pritchard, Kevin D. (2002)
De
Boeck Université
Illusion d'optique (édition 1999 Solar )
La photogrammétrie appliquée a la
topographie, De R. Daniel, Publié 1952
Eyrolles
L'holographie : de la découverte à la
réalisation (édition 1987 Jean Héraud)
L'holographie industrielle (édition 1994 Paul
Smigielski)
La télévision en relief 3DTV, Chauvierre Marc,
édition technique et scientifique française 1978
Beyond 3D Improve your vision, Marc Grossman, Magic eye 1986
Sites internet :
http://cct.rncan.gc.ca/resource/tutor/stereo/chap2/chapter2_5_f.php
http://www.sequence3d.com/fr_pages/technique/relief_0.html
http://www.health.state.mn.us/divs/fh/mch/webcourse/vision/mod7b.cfm
http://pagesperso-orange.fr/emsdiffusion/catalogue3/catalogue3.html
http://psychocognitiv67.canalblog.com/
http://www.3dp.be/im3df/stereo/images.htm
http://fr.wikipedia.org/wiki/Anaglyphe
http://pagesperso-orange.fr/alpes-stereo/anaglyph.htm
http://odebeaulieu.free.fr/stereoscopie/histoire.htm
http://hologrammes.tpe.free.fr/
http://www.imaxquebec.com/techno1.html
http://www.futuroscope.com/parc-attraction-experience.php
http://pagesperso-orange.fr/jean-paul.davalan/divers/ster/flot.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Auto-st%C3%A9r%C3%A9oscopie
http://www.3d-test.com/dossiers/games_2.htm
http://kotaku.com/359988/texas-instruments-duel-view-look-ma-no-split-screen
Documents :
http://classiques.uqac.ca/classiques/lavelle_louis/perception_visuelle_profondeur/lavelle_perception_profondeur.doc
http://aae.isep.fr/revue_signaux/98_perception.pdf
http://brainimaging.waisman.wisc.edu/~lutz/Memoire_philo_Lutz_1999.pdf
http://www.ulb.ac.be/inforsciences/pdscd2005/docs/anapola.pdf
http://www.forestry.oregonstate.edu/cof/teach/for220/lecture/Lecture11.ppt
Emission :
C'est pas sorcier, France 3
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