Une image stéréoscopique est la juxtaposition de deux vues dites gauche et droite, produite à l’aide de deux caméras optiques prenant un même sujet depuis deux points de vue légèrement distants, mais à la même hauteur et à la même distance du premier plan.

Ces deux images sont présentées de façon à ce que l’œil gauche ne voie que l’image de la caméra gauche et l’œil droit uniquement celle de la caméra droite, créant un effet tridimensionnel.

L’effet tridimensionnel est généré grâce à la parallaxe, qui est la différence de position entre les images gauche et droite d’un objet sur le support. Les caméras doivent être calibrées de manière à ce que la parallaxe pour un élément en arrière-plan ne dépasse pas 65 mm, soit la distance moyenne entre les yeux d’un adulte.

Matériel employé pour réaliser des images stéréoscopiques

Caméra unique à deux objectifs

C’est Sir Charles Wheatstone qui a introduit le concept de stéréoscopie en 1838, avant même la popularisation de la photographie. Il a conçu le premier stéréoscope en utilisant des dessins pour démontrer le concept de vision stéréoscopique.

Ce n’est que 20 ans plus tard, dans les années 1850, que les premiers appareils stéréoscopiques, qui utilisaient deux objectifs pour prendre simultanément deux photographies séparées du même sujet, ont vu le jour (début de la photogrammétrie).

La plupart des fabricants d’appareils photo stéréoscopiques ont introduit un « surécartement », par lequel les centres des capteurs sont un peu plus éloignés que les centres des objectifs. 

Les bénéfices liés à l’utilisation d’une caméra unique à double objectifs sont nombreux : 

1. Synchronisation parfaite : Une caméra unique garantit que les deux images (gauche et droite) sont capturées simultanément, éliminant les problèmes de synchronisation qui peuvent survenir avec deux caméras séparées.
   
2. Compacité et portabilité : Une caméra à double objectif est généralement plus compacte et plus facile à transporter que deux caméras séparées montées sur un rig.
   
3. Consistance environnementale : Étant donné que c’est une seule caméra qui capture les deux images, les variations dues aux conditions environnementales (comme la luminosité ou la température) sont uniformément appliquées aux deux vues, ce qui rend l’effet stéréoscopique plus naturel.
   
4. Simplicité de calibrage : Ajuster et calibrer une caméra unique est souvent plus simple que de calibrer deux caméras distinctes pour garantir que leurs axes et leurs points focaux sont correctement alignés.
   
5. Réduction des coûts : Une caméra à double objectif peut être moins coûteuse que l’achat de deux caméras séparées et de l’équipement supplémentaire nécessaire pour les maintenir en synchronisation et alignées.
   
6. Facilité de post-production : Les données provenant d’une seule caméra sont souvent plus simples à traiter en post-production, car elles proviennent d’une source unique, réduisant ainsi les étapes d’alignement et de synchronisation.

Caméras parallèles

Dans une configuration parallèle, deux caméras (ou deux objectifs sur une caméra) sont placées côte à côte à une distance qui imite approximativement l’écartement des yeux humains, généralement entre 50 et 70 mm. Les deux caméras pointent directement en avant, restant parallèles entre elles, sans convergence.

Les bénéfices de l’utilisation de ce matériel

1. Distorsions Minimales : Contrairement à la configuration “toe-in”, il y a moins de risque de distorsion parallèle, en particulier sur les bords de l’image.
   
2. Plus simple à mettre en œuvre : Garantir que deux caméras restent parallèles est généralement plus simple que d’assurer une convergence précise entre elles.
   
3. Prédiction de la Parallaxe : La parallaxe (la différence horizontale entre les images gauche et droite) est constante sur l’ensemble de l’image, rendant la post-production prévisible.

Caméras convergentes

Ce dispositif repose sur l’usage de deux caméras semblables. Plutôt que de se positionner en parallèle, leurs axes optiques se rejoignent en un point spécifique, influencé par l’angle entre eux et la séparation des objectifs. En modifiant cet angle, on peut décider si les sujets affichés ressortiront devant ou derrière l’écran. 

Toutefois, une trop grande convergence peut entraîner des distorsions en forme de trapèze et des déplacements verticaux non souhaités. Dans le domaine du numérique, des logiciels peuvent rectifier ces imperfections. Bien que cette méthode de convergence soit courante dans la production cinématographique, elle n’est pas couramment utilisée en photographie, sauf pour capturer de petits objets en déplacement devant une caméra unique.

Affichages stéréoscopique

Stéréoscope

Un stéréoscope est un dispositif optique permettant de visualiser des images stéréoscopiques. Ces images, composées de deux photographies prises à partir de points de vue légèrement différents (correspondant approximativement à l’écart entre les yeux humains), donnent, lorsqu’elles sont observées à travers un stéréoscope, une impression de profondeur et de relief tridimensionnel.

Le principe de la stéréoscopie remonte à l’antiquité, mais le stéréoscope en tant que dispositif a été popularisé au 19ème siècle. Le stéréoscope de Brewster est l’un des premiers modèles commercialisés et est nommé d’après son inventeur, Sir David Brewster, un physicien écossais. Brewster est crédité de l’invention du stéréoscope à lentilles (vers 1849), bien que d’autres aient également travaillé sur des concepts similaires à la même époque.

Anaglyphe

Un anaglyphe est une technique d’image stéréoscopique qui crée une illusion de profondeur en utilisant des images destinées à être vues avec des lunettes à filtres colorés, généralement en rouge et en cyan. Lorsque l’on regarde une image anaglyphique avec ces lunettes, chaque œil perçoit une image légèrement différente, en raison de la filtration des couleurs, créant ainsi l’illusion de la tridimensionnalité.

La technique des anaglyphes a été complétée par des filtres à bandes passantes multiples, en particulier par les entreprises Infitec et Omega3D. Surtout avec les filtres Infitec, on voit parfaitement en relief des images stéréoscopiques de toutes les couleurs.

Autostéréoscopie

Un autostéréoscope est un dispositif qui permet la visualisation d’images stéréoscopiques (3D) sans avoir besoin de lunettes ou d’autres aides optiques. Contrairement aux méthodes traditionnelles de stéréoscopie qui nécessitent des lunettes (comme l’anaglyphe ou les lunettes polarisées), l’autostéréoscopie se base sur des techniques qui dirigent les images appropriées directement vers chaque œil, ce qui crée l’illusion de la profondeur.

Les deux principaux types d’autostéréoscopie sont les suivants :

Barrières de parallaxe : Ces systèmes utilisent un écran filtrant composé de bandes verticales opaques, placé à une certaine distance du support d’image.

Systèmes lenticulaires : Ces systèmes disposent d’un écran filtrant doté d’une série de lentilles verticales. Parmi ces systèmes, certains offrent des vues multiples, comme les systèmes actifs de la société Alioscopy pour les téléviseurs. Ces dispositifs permettent à l’utilisateur de se déplacer latéralement devant l’écran tout en conservant une vision en relief.

Pour les barrières de parallaxe et les systèmes lenticulaires à deux vues uniquement, sans un système de localisation adaptatif, l’utilisateur doit rester centré devant l’écran pour maintenir l’effet de tridimensionnalité.

Écran à polarisation

La technique de polarisation offre une flexibilité accrue dans les systèmes d’affichage. Dans cette approche, les spectateurs portent des lunettes polarisées, à la fois légères et économiques. Les projecteurs intègrent un mécanisme de polarisation qui attribue une polarisation différente aux images destinées à l’œil gauche et à l’œil droit. Ainsi, chaque œil perçoit uniquement l’image qui lui est destinée. Ce procédé préserve les couleurs et convient à un large public. Il est idéal pour les cinémas, notamment IMAX, mais s’avère également efficace pour les projections privées à domicile.

Multiplexage temporel

L’affichage à multiplexage temporel a été utilisé au cinéma et pour le visionnement sur un écran de télévision. Ici, les images gauche et droite sont affichées l’une après l’autre. Des lunettes d’obstruction, dites « actives », sont synchronisées à l’affichage, permettant de séparer les images droite et gauche et de créer un effet de profondeur.