restitution 3D

RESTITUTION en STEREOSCOPIE

Le but de toute photographie est la restitution d'une image vue par l'oeil sur un support approprié. Cette restitution implique l'enregistrement sur un support, puis la visualisation de cet enregistrement.

Cette page explore comment l'effet stéréoscopique est conservé, ou bien modifié aux différentes étapes du processus de restitution.

Tout appareil photographique est constitué d'un objectif de focale F et d'un système imageur, film argentique ou capteur numérique.
Les points qui composent l'image 3D sont éloignés d'un écart stéréoscopique e qui a été défini à la page "principes fondamentaux".
Rappelons ici que la superposition de deux images identiques accroît la netteté globale d'une image indépendamment de tout effet stéréoscopique.

L' APPAREIL PHOTOGRAPHIQUE

Image de l'écart: Rappelons la formule de l'écart e: e = s . SR = a . (D+L) .SR acuité visuelle a = 0.0004 = 0,4 c Que devient sur l'imageur l'écart stéréoscopique? L'objectif forme l'image des points de cet écart sur l'imageur, et l'écart e prend la dimension u. F distance focale de l'objectif T distance de mise au point (tirage) D distance de l'appareil au sujet L intervalle entre le sujet et le plan qui suit Les formules d'optique sont: u / T = e / (D+L) 1 / F = [1 / T ] + [1 / (D+L)]		Par combinaison des formules ci-contre: u = SR . a . T u = SR . a . F . (D+L) / (D+L-F) Posons (D+L) / (D+L-F) = Q u = SR . a . F. Q Lorsque la mise au point est sur l'infini, T = F et Q = tend vers 1 donc u = SR . a . F ou encore u = SR . 0,4 . c . F Cette formule est suffisante car l'erreur est inférieure à 5% pour tout sujet éloigné de plus de 1m et moins de 0,5% à plus de 10m. La formule générale est utile seulement en macro photographie.
Rôle de la netteté: La netteté provient de la mise au point et du diaphragme, qui ensemble concourent à la profondeur de champ. Elle provient aussi de l'immobilité de l'appareil, ou de la vitesse d'obturation par rapport aux conditions de prise de vue. Il semble a priori évident qu'une altération de la netteté provoque une dégradation de l'effet stéréoscopique. Dans un premier temps, j'ai d'abord cherché à quantifier mathématiquement cette dégradation. N'aboutissant pas à des résultats tangibles, je suis revenu aux fondamentaux de la stéréoscopie et au processus physiologique de l'effet stéréoscopique La réalisation de couples stéréo volontairement flous en mise au point m'a permis de vérifier que l'effet stéréoscopique subsiste. Et mieux encore, l'image paraît même plus nette lorsqu'elle est observée en stéréoscopie.		Avec une paire de jumelles, il est facile de constater qu'une faible variation de netteté ne semble pas changer la perception stéréoscopique. Un excellent exemple de flou de bougé est montré par Gerhard Kuhn avec le couple d'images Abb132 page 89 de son livre Stereo Fotografie und Raumbild Projektion. L'effet stéréoscopique est excellent, et l'image paraît effectivement plus nette observée en stéréo . Ceci est à rapprocher de l'observation vue à vue des images d'un film video comportant des parties en mouvement. Des objets, des personnages sont flous en arrêt sur image, mais paraissent nets dans leur mouvement en visualisation normale du film. En conclusion, l'effet stéréoscopique n'est pas dégradé par une altération visible mais non excessive de la netteté.
Rôle de la focale: Changer de focale signifie changer l'angle de champ. L'écart stéréoscopique e est donc inversement proportionnel à la largeur du champ angulaire embrassé par chaque distance focale, c'est à dire 2.tan (A/2). La référence doit donc être identique à notre champ visuel habituel. Le champ horizontal de vision distincte est compris entre 50° et 60°. Comme avec A = 53° la valeur de 2.tan(A/2) est égale à 1, ce sera la valeur que l'on prendra pour référence. Cela correspond à une focale de 36mm en format 24x36. Souvent les focales 37mm ou 39 mm sont proposées comme référence car pour elles l'angle de champ diagonal est proche de 60° et l'angle de champ horizontal proche de 50°. .		La formule du ratio stéréoscopique peut s'écrire: SR = B . L / [2 tan(A/2) . k . D (D+L) ] L'effet stéréoscopique est davantage perçu quand la focale augmente et moins perçu lorsqu'elle diminue La variation de l'effet stéréoscopique est peu perceptible pour un changement de focale inférieur à 20% de la focale normale, et notablement perçue à partir de 50%. Sur le même imageur, la variation de tan(A/2) est proportionnelle au rapport des focales. On peut donc remplacer 2 tan(A/2) par F/F* où F* est la focale de référence, mais seulement pour le même imageur.
Rôle du cercle de confusion: Le rapport stéréoscopique SR' de l'image sur l'imageur est le rapport de la dimension u de l'écart stéréoscopique e avec la résolution c' propre à l'imageur. SR' = u / c' SR' = SR a .F.[(D+L-F) / (D+L)] / c' SR' = SR . a. F . Q / c' Avec la mise au point sur l'infini, SR' = SR . a . F / c' Plus le cercle de confusion est grand, plus l'effet stéréoscopique est réduit. La valeur de SR' à l'infini est prise comme valeur repère, étant peu différente des valeurs habituelles pour les photographies de sujets distants de plus d'1m.		Comme [a.F/c'] est toujours inférieur à 1 alors SR' est toujours inférieur à SR. Dans certaine parties de l'image SR' devenant inférieur à 1, l'effet stéréoscopique n'y est plus perceptible.L'effet stéréoscopique subsistera dans les zones pour lesquelles SR.a.F/c' > 1 D'où SR > c' / (a F) qui donne les zones où l'effet 3D est conservé. Le cercle de confusion de l'imageur "tue" les faibles valeurs de rapport stéréoscopique, et diminue l'ensemble de l'effet stéréoscopique.

EXEMPLES d'IMAGEURS

Film argentique 35mm:
La valeur du cercle de confusion en format 24x36mm
est c' = 0.03mm.
Appliqué à un objectif de focale 35mm, de champ angulaire horizontal 54° SR' = 0,47 SR avec SR > 2,1

Capteur numérique 1/1,8" :
La valeur du cercle de confusion pour un capteur de 4Mpx est c' = 0.006mm.
Avec un objectif de focale 7,3mm, de champ angulaire horizontal 52° SR' = 0,48 SR avec SR > 2,0
Pour d'autres capteurs, voir la page cercle de confusion.

MISE sur SUPPORT

Pour être visualisées, les paires stéréoscopiques sont placées sur un support de restitution. Ces supports sont divers: tirage photographique, impression numérique, écran d'ordinateur, écran de projection.		Seuls quelques cas sont traités ci-dessous. Les critères importants sont le rapport d'agrandissement P, et le cercle de confusion.
Rapport d'agrandissement: C'est le rapport entre la dimension du capteur et la dimension de l'image sur le support de restitution. Les dimensions sont: imageur UxV avec diagonale W support XxY avec diagonale Z Le rapport d'agrandissement P est: P = X/U = Y/V = Z/W Ecart stéréoscopique: L'écart stéréoscopique u de l'imageur devient t sur l'image: t = u . P t = SR . a . F . P Il s'en déduit SR'' = t / c'' et la condition sur SR: SR > c'' / (a.F.P)		Cercle de confusion: tirages photographiques Le cercle de confusion est c'' = c' . P tirages numériques: c'' = 2,5 x 25,4/n avec n le nombre de dpi. Prenons une impression classique à 96 dpi: c'' = 0,26 x 2,5 = 0,65mm écran d'ordinateur Le pas de masque, ou "dot-pitch" de l'écran est pris pour le calcul du cercle de confusion. Il est souvent de 0,26mm, donc: c'' = 0,26 x 2,5 = 0,65mm La dimension de l'image à l'écran fait: X = 0,26x nombre de pixels

La visualisation finale se fait soit à l'oeil nu, soit avec une visionneuse.		L' image agrandie de l'objet observé avec une visionneuse est appelée grandeur apparente de l'objet.
Oeil nu: Le cercle de confusion visuel est: c''' = 2,5 . a . H avec l'acuité visuelle a = 0.0004 et H la distance d'observation. La distance d'observation conventionnelle est 250mm qui donne le cercle de confusion conventionnel: cc = 2,5 x 0,0004 x 250 = 0,25 mm Une image de cercle de confusion c devrait être observé à la distance H = 0,4 c / a		Visionneuse: Les visionneuses se caractérisent par leur oculaire, de rapport de magnification M, et la distance H de l'oculaire au support de restitution. Comme pour une loupe, le grossissement M se calcule avec la distance focale R par: M = 250 / R Le cercle de confusion est: c''' = 2,5 x a x H / M c''' = a x H x R / 100
Ecart stéréoscopique: L'écart stéréoscopique t sur le tirage ou sur l'écran est vu sous une grandeur apparente qui dépend de l'éloignement de l'oeil, ou de la puissance de la visionneuse.		La grandeur apparente h de l'écart stéréoscopique t s'écrit: h = t . M = u . P . M

La dernière étape du processus de restitution, que ce soit par diapositive, sur papier, ou sur écran, est dépendante du support de restitution et de l'éventuel équipement de visualisation. Cette combinaison modifie à son tour la perception de l'image, et donc, l'effet stéréoscopique. La question est maintenant : Quel effet stéréoscopique sera obtenu en final? J'ai appelé rapport stéréoscopique apparent *SR^* celui qui est ressenti en fin de restitution.		Méthodologie: Elle est toujours de connaître l'effet stéréoscopique final, et de le comparer à l'effet stéréoscopique initial SR. La combinaison du support de restitution et du dispositif de visualisation impose de comparer le cercle de confusion de l'un et l'autre, et de prendre pour le calcul de l'effet stéréoscopique final le plus contraignant des deux. A cela s'y ajoutent les restrictions dues aux pertes de définition successives. Des exemples aident à voir le processus et à montrer des résultats chiffrés.
Formules: La formule simplifiée est t = SR.a.F.P Les conditions restrictives sur SR sont: SR > c' / (a F) SR > c'' / (a.F.P) ou SR > c''' / (a.F.P)		Le cercle de confusion du support est c'' Le cercle de confusion de la visualisation est c''' Le rapport stéréoscopique apparent est: SR^ = t / c''' si c'' < c''' SR^ = t / c'' si c'' > c'''
Visualisation diapositive : Dans ce cas, sans tirage, P=1 t = u = SR . a . F Visionneuse avec oculaire focale 78mm à la distance H=65mm de la diapositive. Rapport stéréoscopique apparent: SR^ = SR . a . F / c'' = SR'' = SR' Ainsi, SR^ = 0,47 SR avec SR > 2,1		Cercle de confusion du support: c'' = c' = 0.03mm Cercle de confusion de visualisation: c''' = a.RH/100 = 0.02mm Donc c'' > c''' et SR^ = t / c'' Observation: La restitution stéréoscopique sur diapositives avec visionneuse est bonne, et excellente avec une visionneuse de qualité. Ajoutons le plein cadrage, le meilleur contraste, la meilleure définition intrinsèque.
Visualisation sur papier photographique: à l'oeil nu: Observer à l'oeil nu correspond à H=250mm (distance conventionnelle) et G = 1 Exemple d'une paire stéréoscopique prise avec un appareil film 35mm et un objectif de focale 35mm, vue sur deux tirages 10x15cm par vision croisée. Rapport d'agrandissement: P=5 Rapport stéréoscopique apparent: SR^ = SR . c . F . P / c''' = SRx 0,0004x35x5/0,25 Ainsi, SR^ = 0,28 SR avec SR > 3.6		Cercle de confusion du support: c'' = c' . P = 0,15mm Cercle de confusion de visualisation c''' = 0.25mm Donc c'' < c''' et SR^ = t / c''' Le rapport d'agrandissement est P = 5 car les laboratoires agrandissent en chutant des marges, fi de nos cadrages soignés! Observation: La restitution stéréoscopique sur papier à l'oeil nu donne un résultat acceptable qui est facile à mettre en oeuvre.
avec une visionneuse stéréoscopique: Exemple d'une paire stéréoscopique prise avec un appareil film 35mm et un objectif 35mm, vue sur deux tirages 6x9cm avec une visionneuse de focale R=134mm à la distance H=110mm. Rapport stéréoscopique apparent: SR^ = SR . a . F . P / c'' = SRx 0,0004x35x3/0,09 Ainsi, SR^ = 0,47 SR avec SR > 2.1		Le rapport d'agrandissement est 90/36 = 2,5 mais avec un tirage "laboratoire", il faut prendre P=3 Cercle de confusion du support: c'' = c' . P = 0,09mm Cercle de confusion de visualisation c''' = a.H.R/100 = 0.015mm Donc c'' > c''' et SR^ = t / c'' Observation: La restitution stéréoscopique sur papier et visionneuse donne un bon résultat théorique.
Visualisation sur écran d'ordinateur ou de télévision: Exemple d'une paire stéréoscopique dont chaque vue fait, 320x240 pixels pour une vision croisée observée à l'oeil nu. L'image a été prise avec un photoscope, capteur 1/1,8" longueur = 7,2mm de 4 Mpx (2272x1704) et objectif de 7,3mm. L' image est re-dimensionée, chaque vue faisant 320x240 pixels pour pouvoir être affichée en couple stéréoscopique. Elle fait ainsi X=0,36x320=115mm Rapport stéréoscopique apparent: SR^ = SR . a . F . P / c'' = SRx 0,0004x7,3x16/0,65 Ainsi, SR^ = 0,07 SR avec SR > 14		Le rapport d'agrandissement est: P=X/U=115/7,2=16 Cercle de confusion du support: c'' = 0,65mm Cercle de confusion de visualisation c''' = 0.25mm Donc c'' > c''' et SR^ = t / c'' Observation: La restitution stéréoscopique d'une image digitale sur écran est loin d'atteindre la richesse de restitution des autres procédés. Cela tient réellement à la faible définition de l'écran. Nous devons nous souvenir que les zones de faible rapport stéréoscopique disparaissent et qu'une photographie toute en nuances 3D risque de devenir fade.
Visualisation par projection Une projection est dans son principe d'agrandissement identique aux autres méthodes, soit analogique comme un tirage papier, soit digitale comme sur un écran.		Dans la pratique une projection est un cas spécifique qui nécessite un mode opératoire très précis. Consulter les ouvrages spécialisés.

Cette méthodologie est un peu fastidieuse au premier abord. Elle nécessite quelques données élémentaires des équipements utilisés. Malgré tout, elle reste simple dans son approche. Surtout, elle permet de quantifier cette impression 3D et donc d'améliorer nos techniques pour plus de plaisir encore!