La perception du relief = la stéréoscopie

Présentation au sujet: "La perception du relief = la stéréoscopie"— Transcription de la présentation:

1 La perception du relief = la stéréoscopie
Et les techniques d’imageries « 3D » Ou comment afficher des images « en relief »? Le mot stéréoscopie a 2 sens: C’est d’abord le sens de la perception du relief avec 2 yeux Et c’est aussi l’ensemble des procédés permettant d'obtenir l'impression de relief à partir de 2 images. Cette définition correspond à l'étymologie du mot (stereo = solide, scopie = observer) C’est ce point que nous allons travailler dans ce MPS.

2 Petite expérience pour débuter:
Tenir un doigt levé à bout de bras puis fermer un œil puis l’autre, comparer les 2 images…. Faire une photo avec le fuji W1 3D pour montrer les différences!

3 Un dessin historique! Un cube vu par chaque œil
Dessiné par Wheastone en 1838

4 Explication: l’image droite et l’image gauche sont légèrement différentes.
Le cerveau utilise les différences pour contruire une image mentale en relief.

5 Bref historique de la stéréoscopie
Le principe a été décrit pour la première fois en 1838 par le physicien anglais Ch.Wheatstone. Il a mis en évidence la différence des images vues par les 2 yeux et il a inventé un stéréoscope à miroirs. À noter ce physicien est plus connu pour ses découvertes en électricité (pont de W.) Noter aussi que des peintres avaient rendu compte de la différence des images vues par les 2 yeux dès la renaissance. (Jacopo Cimenti au XVIIe)

6 1838: brevet du 1er stéréoscope
Premier dispositif pour voir des images en relief en 1838 1903 : Création du Stéréo-Club Français

7 1880 « Kayser panorama » Le succès de la stéréoscopie est important à la fin du XIXe et des dispositifs imposants (4,20m de diamètre) comme ce Kayser panorama sont contruits pour permettre à 25 personnes de voir des séries de 50 images en relief. C’est l’invention d’un physicien allemand August Fuhrmann et le premier est construit en 1880 dans la ville de Breslau. De nouvelles images étaient régulièrement exposées et le public payait pour les voir. C’est un spectacle précurseur du cinéma…. (200 de ces installations ont été vendues fin XIXe dont une à l’empereur d’Allemagne, le Kayser, d’où le nom! et 3 de ces machines existent encore; une à Berlin, une aux USA, une en hollande hugo de Wiis…)

8 Ramon y Cajal Stéréomicrographies de cellules nerveuses Publié en 1918
Dès le début du XXE siècle, également des applications scientifiques Avec des microphotographies stéréoscopiques…

9 Images aériennes, photogrammétrie…
Nadar en ballon dès 1860 fait des images aériennes. Après la 2e guerre mondiale, des couples d’images sont utilisés pour la cartographie…

10 Appareils stéréo dès 1853 Vérascope Jules Richard 1893 À plaques…
La photographie a été inventée presque simultanément à la stéréoscopie (un peu postérieurement en fait) avec le daguerréotype en 1839 Très vite des appareils permettant de réaliser des images en relief ont été inventés par exemple par J. Richard fin XIXe pour le modèle du haut à plaques (premier appareil à plaques chargeable en plein jour) et peu après la 2e guerre mondiale pour le modèle du bas à film souple. Montrer RBT ou réalist. Le Verascope F40 lancé en 1938 et vendu jusqu'en 1955. Il utilise des pellicules 35 mm avec un format d'images 24x30.

11 Réalist RBT X5 1996 1949 le "Realist" de Seton Rochwite
Ces appareils ont eu des successeurs après la 2e guerre mondiale avec par exemple le réalist américain des années 1960 au dessus (début de production 1951) Fed stéréo 1989… Ou le RBT X5 correspondant à la fusion de 2 nikonFM10 dans les années 1990, (firme RBT opérant jusqu’en 2011 et depuis 1989 pour le modèle Y à base de yashica 109) à la fin des images argentiques. RBT X5 1996

12 1980: Nimlo Un appareil original, produisant 4 vues 24x18mm pour des images sur support gaufré (support lenticulaire)

13 2e moitié XXe: Vues touristiques: view master/Lestrade…
Le View master est apparu en 1939 aux USA avec des vues touristiques Il y a un équivalent en France avec les cartes Lestrade ou Bruguières… Rq: la licence view master a été achetée par la firme de jouets Mattel en 1997

14 1970: imax : 3D imax Le cinéma en relief existe depuis le début du Xxe Il s’est peu développé commercialement. Les principaux succès sont dans des salles spécialisées comme le futuroscope de Poitiers ou la géode à la vilette Paris. Le système Imax, développé par une société canadienne, a été employé pour la première fois en 1970 à Osaka au Japon. C’est du cinéma sur un très grand écran sphérique. Il a été étendu à la 3D en 1986.

15 1er appareil numérique stéréo Fuji 2009 W1 2011 W3
Le premier appareil stéréo numérique est le fuji W1 en suivi par son évolution le W3 en 2011

16 XXIe siècle: le numérique arrive…
L’image stéréo est rebaptisée « 3D » ! Simultanément des systèmes de vision en stéréo sont apparus autour des jeux informatique surtout: Lunettes Elsa dans les années 2000 Et écran Zalmann en 2009 En parallèle développement de la télévision 3D avec la sortie du film Avatar en 2009 dont le succès provoque le développement d’autres films et l’équipement des salles (Privas en 2011…) (premiers télévisuers 3D ready en 2009) Mais reste la question: « comment cela marche? »

17 En 2013, les robots sur mars envoient des images stéréoscopiques…
Curiosity est équipé de plusieurs caméras. Plusieurs sont par paires pour des images stéréo! La 3d s’affiche pourtant avec une technique ancienne, celle des anaglyphes.

18 Les différentes techniques de présentation d’images 3D
Systèmes à miroirs (Wheastone…) Systèmes à prismes (Holmes) Stéréoscopes à lentilles Anaglyphes (lunettes de couleurs complémentaires) Projection polarisée avec lunettes Systèmes lenticulaires autostéréoscopiques Alternance temporelle (lunettes 3D actives) Ecrans avec entrelaçage (lunettes 3D passives) … Voici une liste de différentes techniques sur lesquelles vous allez travailler par groupe! Voir pour 4 d’entre eux:

19 1) Stéréoscopes à miroirs
Il y a plusieurs modèles possibles. Voir les angles selon les lois de la réflexion Un ou plusieurs miroirs… Voir:

20 2) Stéréoscopes à prismes, Stéréoscope de Holmes Prismes Holmes

21 3) Stéréoscopes à lentilles: Brewster
(1850->…)

22 4) Anaglyphes Technique inventée en 1853
(et première projection en 1858)

23 5) Projection avec lunettes polarisantes
Le polaroïd ou « filtre polarisant » a été découvert en 1929 par l'Américain Edward H. Land.

24 6) Ecran entrelacé à lunettes passives
polarisées

25 7) Lunettes 3D actives

26 8) Images et écran autostéréoscopiques (allioscopy, LG…)

27 1) 3 exemples de stéréoscopes à miroirs

28 2 et 3) Fig. S14 Principle of the Brewster-Holmes stereoscope (S, septum; A and B, stereograms; O, optical centre of the convex lenses decentred to produce BO prisms; V, fused images formed by the lenses)

29 Lunettes à prismes pour images juxtaposées
(ici haut/bas!)

30 4) 2 images G D superposées à l’impression ou à l’écran…
Et vue à travers des lunettes avec des filtres complémentaires.

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32 5) Le polaroïd est composé de microscopiques cristaux de sulfate d'iodoquinine, qui sont enfermés dans un film transparent fait à base de polymère de nitrocellulose. Le premier procédé consiste en un alignement de cristaux par application d'un champ magnétique ou électrique. Une fois alignés, ces cristaux permettent de former une feuille dichroïque, c'est-à-dire capable d'absorber la lumière, une lumière qui sera polarisée parallèlement à l'alignement des cristaux, et transmise perpendiculairement à la feuille dichroïque.

33 6) Du côté de l'affichage, l'écran va diffuser simultanément deux images (capturées selon des perspectives différentes), en affichant pour chacune une seule ligne de pixels sur deux (demi-résolution). Un filtre polarisant apposé à la surface de la dalle (deux polarités alternées une ligne sur deux également) va canaliser différemment chaque demi-trame (avec des angles différents). Et les lunettes polarisantes vont faire en sorte que chaque œil ne verra que la trame qui le concerne, le cerveau opérant alors l'assemblage en 3D. L'avantage, c'est que les lunettes sont parfaitement passives (pas d'électronique embarquée) donc légères et que la colorimétrie n'est pas altérée. L'inconvénient, c'est que chaque œil ne reçoit qu'une moitié de résolution et de luminosité, et qu'il faut être bien en face de l'écran pour percevoir un effet 3D réussi (donc pas trop nombreux dans le canapé). Cette technologie est utilisée sur les écrans Zalman Trimon ainsi que sur certains ordinateurs portables. La suite sur Clubic.com : Téléviseur 3D : tout ce qu'il faut savoir ! : La 3D : un principe, quatre technologies

34 7) La 3D avec lunettes actives
Aussi appelée stéréoscopie alternée, ou encore 3D active, cette technologie est la plus utilisée à l'heure actuelle. Le principe : remplacer chaque image par deux images différentes (gauche et droite, capturées avec l'écart de perspective correspondant à la parallaxe) affichées successivement, et faire en sorte que chacun des doublons ne soit vu que par un œil, en masquant à tour de rôle un des deux yeux. Le procédé nécessite ainsi un écran qui fonctionne à la fréquence minimum de 100 Hz (25 im/s en progressif, 50 im/s pour des trames entrelacées, soit 100 im/s en 3D) mais préférablement de 120 Hz (pour 30 im/s, 60 im/s en demi-trames, la norme NTSC, soit 120 im/s en 3D) pour digérer le volume doublé d'images. Egalement des lunettes actives (dites Active Shutter), dont les deux verres sont en fait des écrans à cristaux liquides qui scintillent de façon asynchrone entre opacité et transparence à la même fréquence que l'écran, laissant chaque œil voir uniquement l'image qui le concerne. Cette technologie est la plus qualitative (pleine résolution, colorimétrie intacte, pas de limitation d'angle de vision) mais elle exige des lunettes alimentées (rechargeable ou pas) qui peuvent être assez lourdes ainsi qu'un émetteur à infrarouges chargé d'assurer la bonne synchronisation entre l'écran et les lunettes. C'est entre autre la solution choisie par NVIDIA pour son 3D Vision. Et c'est aussi la technologie utilisée par la plupart des fabricants de téléviseurs.

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37 Sitographie: