Vision stéréoscopique

La stéréoscopie (du grec stéréo- : solide, -scope : vision) est l'ensemble des techniques mises en œuvre pour reproduire une perception du relief à partir de deux images planes.
Elle est née pratiquement en même temps que la photographie, bien que l'on en trouve des traces plus anciennes dans des interrogations et expérimentations picturales. Ainsi, la collection Jean-Baptiste Wicar du Palais des beaux-arts de Lille conserve deux dessins distinguant les visions d'un même sujet pour chaque œil, exécutés par Jacopo Chimenti, peintre de l'école florentine (1554 - 1640).

Elle se base sur le fait que la perception humaine du relief se forme dans le cerveau lorsqu'il reconstitue une seule image à partir de la perception des deux images planes et différentes provenant de chaque œil.

Il existe, pour réaliser ces images, aussi bien que pour les observer, une grande variété de moyens, à la description desquels plusieurs centaines de livres ont été consacrés.

Sommaire 1 Physiologie de la vue stéréoscopique 2 Pourquoi regarder en relief ? 3 Comment réaliser des images en relief ? 3.1 Trois méthodes en photographie 3.1.1 En deux temps 3.1.2 Par déclenchement simultané de deux appareils 3.1.3 Avec un appareil stéréoscopique 3.2 Applications particulières 4 Comment observer en relief des images réalisées dans ce but ? 4.1 Stéréoscope 4.2 Anaglyphe 4.3 Images à réseaux 4.4 Image polarisée 4.5 Décalage temporel 4.6 Autres méthodes 4.7 Vision libre 5 Les écueils à éviter, sources de fatigue visuelle 6 Organisations 7 Publications 8 Notes, références 9 Voir aussi 9.1 Articles connexes 9.2 Bibliographie 9.3 Filmographie 9.4 Liens externes

Physiologie de la vue 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 optique, ce qui fait qu'elles sont présentes dans des cellules voisines du cortex visuel. David Hubel, prix Nobel de médecine, fait aussi remarquer que 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 œil et ses homologues de l'autre œil 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 œil 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 ou manque de parallaxe X, présence de parallaxe Y, « images fantômes » ou vision atténuée de la vue droite par l'œil gauche et réciproquement, dissymétrie de la luminosité...

Pourquoi regarder en relief ?

L'observation en relief est naturelle, c'est l'image « plate » qui demande un effort d'interprétation, car elle n'est qu'une projection perspective de l'espace dans un plan. L'image en relief restitue chaque plan à sa place dans l'espace, les dimensions et la forme de chaque objet, sous réserve qu'il n'y ait pas d'effet de maquette ni de distorsion en profondeur.

Les images trop complexes, trop enchevêtrées, sont beaucoup plus lisibles si on les observe en relief : par exemple une cavité dans un objet apparaît effectivement comme creuse ; au contraire des aspérités n'apparaissent pas comme telles en photo « plate ». La présentation en relief procure une sensation de présence qui n'existe pas autrement, car le spectateur voit la scène comme s'il y était, surtout en projection dans une salle assez obscure pour que seule la photo en relief soit visible.

On peut aussi voir en relief ce qu'on ne voit pas naturellement ainsi : des montagnes ou des formations nuageuses sont trop éloignées pour qu'on en perçoive les plans successifs, mais si elles sont photographiées en relief depuis deux points assez écartés, on les voit, certes de taille réduite, mais avec tout leur relief et leurs formes réelles ; des microcristaux, des insectes ou des fleurs, trop petits pour être observés à l'œil nu, pris de deux points de vue assez rapprochés, apparaissent très agrandis avec leurs formes réelles et leur profondeur.

Comment réaliser des images en relief ?

Par images, on entend ici : photos, dessins, images de synthèse ou images réalisées par tout autre moyen. Il s'agit de prendre deux vues de la même scène, à partir de deux points de vue côte à côte.

Trois méthodes en photographie

En deux temps

On peut opérer en deux temps, en déplaçant l'appareil : dans ce cas, il est indispensable que rien n'ait bougé entre les deux prises de vues, par exemple personnages, animaux, véhicules, feuilles des arbres, vagues, nuages ou leurs ombres sous l'effet du vent ; il faut aussi que les deux prises de vues visent dans la même direction, que l'appareil n'ait pas avancé, n'ait pas été déplacé en hauteur ni n'ait tourné sur lui-même. Il existe dans le commerce des kits pour appareils photos comprenant un rail afin de bien stabiliser l'appareil photo. Ces derniers permettent aussi d'agir plus sûrement et rapidement qu'à main levée.

Par déclenchement simultané de deux appareils

On peut aussi déclencher en même temps deux appareils identiques : il faut pour cela que les appareils soient rigidement fixés et bien alignés, et que le déclenchement soit bien simultané, ce qui impose des contraintes, avec des appareils à film et surtout avec des appareils numériques. Plusieurs entreprises artisanales proposent des couplages de deux appareils numériques, bien fixés entre eux et bien synchronisés.

Avec un appareil stéréoscopique

On peut opérer avec un appareil spécial à deux objectifs : soit un appareil ancien, avec les contraintes habituelles des appareils anciens (absence de cellule et d’avancement automatique du film), soit avec un appareil moderne, dont il existe des fabrications en petit et moyen format.

Le prototype d'un appareil numérique stéréoscopique Fujifilm Finepix Real 3-D a été présenté à la Photokina 2008 et au Salon de la photo de Paris qui a suivi. La base est fixe, assez large, mais surtout, la visée s'opère en relief sur un écran lenticulaire. La sortie de l'appareil est annoncée pour septembre 2009^[1].

Applications particulières

Il existe encore d'autres méthodes, chacune adaptée à des cas particuliers, notamment pour les prises de vues en « macrostéréoscopie », c'est-à-dire avec une « base » étroite adaptée pour photographier de très petits objets : double diaphragme avec des miroirs, diviseurs d'images (attention aux « déformations en trapèze »), filtres de couleurs côte à côte devant l'objectif, miroirs semi-transparents, etc.

Des images stéréoscopiques peuvent facilement être extraites de toutes sortes modèles numériques professionnels tridimensionnels, en choisissant deux points de vue écartés par exemple d’un à deux dixièmes de la distance du premier plan, s’il s’agit de les présenter sur un écran d’ordinateur, mais pas plus d’un trentième s’il s’agit de les présenter en projection à un large auditoire.

Comment observer en relief des images réalisées dans ce but ?

Ces images peuvent être observées en diapositives, tirées sur papier, sur l'écran d'ordinateur, etc., par différentes méthodes.

Stéréoscope

• avec un instrument d'optique appelé stéréoscope. Il en existe plusieurs variétés : à deux lentilles, à deux miroirs, à un seul miroir, à miroir semi-transparent, etc.

Anaglyphe

• en séparant les vues gauche et droite par les couleurs (anaglyphes) : certes ce procédé dégrade les couleurs et exclut la présence d'objets aux couleurs vives trop voisines de celles des filtres colorés, mais c'est la seule manière connue pour imprimer des images de grand format facilement visibles en relief par des personnes non entraînées à la vision libre.

Images à réseaux

• Images imbriquées en bandes verticales : réseaux « lignés » ou « lenticulaires », visibles en relief sans aucun instrument (procédé auto-stéréoscopique).

Image polarisée

• Projection en lumière polarisée, de loin la méthode la plus facile, efficace et spectaculaire, qui certes demande des moyens aux organisateurs de ces projections, mais qui n'imposent aux spectateurs que de porter des lunettes légères, peu coûteuses et peu contraignantes, et ne détériorant pas du tout les couleurs.

Décalage temporel

• Nécessite un moniteur comme support et l'usage de lunette des lunettes alternantes à cristaux liquides. Le procédé consiste à alterner les deux photos divergentes sur un écran de manière synchrone à la transparence de chacun des verres de lunette, en ne laissant qu'un infime délai entre les changements d'image. En effet, ce changement est plutôt imperceptible à l'œil nu (persistance rétinienne), du moins si la fréquence de répétition est supérieure à 100 Hz (une vue gauche et une vue droite chacune 50 fois par seconde), d'où l'impression de regarder les deux images en même temps, ainsi que la création de stéréoscopie.

Autres méthodes

• Images réelles projetées dans l'espace, photostéréosynthèse, holographie, etc.

Vision libre

• En « vision libre », parallèle ou croisée, pour ceux qui le peuvent, soit spontanément, soit après des exercices oculaires. Pour certains, cette vision libre n'est possible qu'à une distance importante, d'où l'image apparaît quelque peu étirée.

L’aptitude à la vision libre est très variable selon les personnes : les uns (une minorité) y arrivent facilement, soit en parallèle, soit en croisé, même pour quelques-uns dans les deux sens ; d’autres y arrivent après un entraînement ; d’autres enfin pas du tout.

Il est surtout inutile de vous fatiguer si vous n'y arrivez pas : il existe divers moyens pour bien voir en relief un couple stéréoscopique formé de deux vues gauche et droite côte à côte, surtout si elles sont disposées en « parallèle » (la vue de gauche à gauche, la vue de droite à droite). Il existe aussi quelques équipements pour voir des couples stéréoscopiques croisés, mais moins confortablement.

Pour savoir si vous arrivez à voir ainsi, regardez l'image ci-jointe qui représente des anneaux. Cliquez sur le coin en bas à droite pour la voir en plus grand. L'un d'eux n'est attaché à aucun autre : devinez lequel. Un autre anneau est très allongé, lequel ? Si vous ne trouvez pas, cherchez un stéréoscope, par exemple une paire de loupes de 5 à 10 dioptries.

La vision croisée est parfois plus accessible : l'œil gauche regarde la figure droite et l'œil droit regarde la figure gauche. Pour s'aider, on peut fermer d'abord son œil gauche puis placer sa main droite à quelques centimètres de son œil droit, de façon à lui cacher la figure droite. Puis on ferme l'œil droit et on place la main gauche à quelques centimètres de son œil gauche de façon à lui cacher la figure gauche. On ouvre alors les deux yeux, chacun d'eux ne voyant qu'une figure. Loucher quelque part dans l'intervalle entre les deux mains pour faire superposer les deux figures en une figure unique.

Avec un peu d'entraînement, du moins pour la plupart des personnes sensiblisées au phénomène, le cerveau finit au bout de quelques secondes par accommoder la vision sur une figure nette en relief, comme dans l'exemple ci-dessous :

Animation stéréoscopique en vision croisée

D'autres animations stéréoscopiques sont accessibles en cliquant sur les liens suivants :

• Animation stéréoscopique croisée d'un ruban de Möbius :
  
• Animation stéréoscopique parallèle du même ruban :
  
• Les deux animations regroupées sur une même animation
  

Les écueils à éviter, sources de fatigue visuelle

• Vues gauche et droite trop disparates (ex : couleurs trop vives en anaglyphes).

• Décalages verticaux, notamment par défaut d'alignement lors de la prise de vues, rotation ou déformations en trapèze dues par exemple à l'utilisation de « diviseurs d'images » ou excès de convergence des axes optiques.

• Défauts de synchronisme, « parallaxe temporelle » par laquelle un objet qui a bougé vers le côté n'est plus vu à sa distance correcte.

• Excès de profondeur de relief : il convient de ne pas dépasser une limite typique d'écart extrême de parallaxe qui est en général estimée au trentième de la distance d'observation.

• Déformations de l'image en grandissement ou en étirement, surtout si ces déformations sont variables d'un objet à l'autre.

• Contradictions du relief, en particulier du fait d'un mauvais placement de la « fenêtre ».

Ces écueils peuvent être évités, notamment par un travail dit de « montage », aussi bien dans les cas de diapositives, que de tirages sur papier ou de photos numériques.

Organisations

La stéréoscopie intéresse des milliers d’amateurs à travers le monde, dont la plupart se regroupent en associations, notamment l’Union Internationale de Stéréoscopie et les clubs nationaux ou locaux qui lui sont affiliés (en France: le Stéréo-Club Français). Ces associations comptent aussi parmi leurs membres de nombreux professionnels.

La stéréoscopie intéresse également les professionnels, dans des domaines variés (géographie, biologie, chimie, architecture, imagerie médicale, « CAO », ainsi qu'évidemment en photogrammétrie). Il n’existe pas d’organisation qui regroupe ces utilisateurs de toutes ces professions. Par contre, l’essentiel des connaissances accumulées par ces professionnels se retrouve dans les comptes rendus des congrès annuels « Stereoscopic Displays and Applications ».

Publications

La plupart des informations sur les principes de l'image stéréoscopique, les méthodes pratiques de réalisation et de présentation des images en relief ont été publiées dans des revues d'associations : Stéréo-Club Français (plus de 900 numéros depuis 1904) ; en anglais : journal trimestriel de la Stereoscopic Society de Londres, revue bimestrielle américaine Stereo World, revue trimestrielle Stereoscopy de l'International Stereoscopic Union.

Plus de 500 livres ont déjà été écrits sur le sujet (bibliographie établie et tenue à jour par Sam Smith). Le premier en date est celui d'Antoine Claudet, en anglais (1853), le plus célèbre The Stereoscope, par David Brewster (1856), le plus pratique pour l'amateur The World of 3-D, par Jacopus Ferwerda (1986).

Notes, références

Voir aussi

Articles connexes

• Anaglyphe
• Appareil stéréoscopique
• Carte stéréoscopique
• Image stéréoscopique
• Projection en relief stéréoscopique
• Stéréo-Club Français
• Stéréoscope
• Stéréogramme (ou « autostéréogramme »)
• Télévision en 3D

Bibliographie

• Bulletin mensuel du Stéréo-Club Français, depuis 1904
• Hal Morgan et Dan Symmes, En relief, Wonderland Productions, Paris, 1984 (ISBN 2905067004)
• Louis Hurault, Problèmes techniques de la photographie stéréoscopique, Institut Géographique National, 1964
• Olivier Cahen, L'Image en relief. De la photographie stéréoscopique à la vidéo 3D, Masson, Paris, 1990 (ISBN 2225819688)
• Louis Peretz; L'image en 3 dimensions . Presses du CNRS 1990

Filmographie

• 3D Odyssey, documentaire en relief de Philippe Nicolet consacré à l'histoire de la stéréoscopie, 2007.

Liens externes

• Stéréo-Club Français, Association pour l'image en relief

Images en relief
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