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La stereoscopie: l'art de la vision en relief

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par khaled zrig
Institut Provincial d'Enseignement de Promotion Sociale de Herstal - optique-optometrie 2008
  

Disponible en mode multipage

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







Rassembler les contraires c est creer l harmonie