Stéréoscopie : définition, principe et usages

Toute l’idée en un objet : une carte avec deux photographies presque identiques, et une visionneuse qui en montre une à chaque œil. Photo : Ben Franske, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.

Que veut dire « stéréoscopie » ?

Le Robert définit la stéréoscopie comme une « Technique permettant d'obtenir une impression de relief, au moyen de deux images d'un objet. » [3]

Le mot vient du grec : stéréo-, « solide », et -scope, « vision » [1]. Il est né avec l’instrument : le mot anglais stereoscope a été « créé par son inventeur C. Wheatstone en 1838 » [4].

L’adjectif « stéréoscopique » signifie « relatif à la stéréoscopie » [5]. Une image stéréoscopique, ou couple stéréoscopique, est un « Ensemble de deux photographies d'un même sujet, prises par un appareil spécialement équipé, et associées pour l'examen au stéréoscope. » [6]

Stéréoscopie et 3D, est-ce la même chose ? Au cinéma, oui : Wikipédia rappelle que « film en 3D » est un anglicisme pour « film stéréoscopique » [1]. Mais le cinéma en relief ne doit pas être confondu avec l’animation 3D ou l’image de synthèse [7].

Comment deux images planes donnent du relief

« Nous voyons en relief parce que nous avons deux yeux séparés d’environ 6,5 cm. » [8] La différence entre l’image gauche et l’image droite s’appelle la disparité [9]. Le cerveau fusionne les deux points de vue et utilise leur décalage pour percevoir la profondeur [2].

La stéréoscopie reproduit artificiellement ce mécanisme : elle présente deux images légèrement différentes, une pour chaque œil [2]. À la prise de vue, l’écart standard entre les deux objectifs, 6,5 cm, correspond à l’écartement moyen des yeux d’un adulte [9]. Quel que soit le procédé, une règle s’applique toujours, « la règle d’or de la stéréoscopie » selon Wikipédia : l’œil gauche ne doit voir que l’image de gauche, et l’œil droit que celle de droite [7].

Devant, sur ou derrière l’écran

Sur un écran 3D, la place où un objet semble se trouver dépend du sens et de l’ampleur du décalage entre ses deux images, appelé parallaxe [10]. La société 3D Emotion l’explique avec une balle de ping-pong [11] :

• Les deux images sont superposées : la balle apparaît au niveau de l’écran.
• Les images sont croisées (celle destinée à l’œil droit est décalée vers la gauche, celle de l’œil gauche vers la droite) : la balle semble flotter devant l’écran. On dit alors que l’objet est « en jaillissement » [1].
• Les images sont écartées dans l’autre sens : la balle apparaît derrière l’écran, « qui devient une fenêtre » [11].

Comment chaque œil reçoit sa propre image

Tous les procédés appliquent la même règle d’or ; ils diffèrent par la façon de séparer les deux images [7].

Comment fonctionne un stéréoscope ?

Un stéréoscope restitue « l'impression de la profondeur et du relief grâce à la fusion de deux images planes légèrement différentes, observées simultanément et séparément par chaque œil » [4].

Le stéréoscope à miroirs de Wheatstone. Gravure parue en 1882 dans le Popular Science Monthly, domaine public, via Wikimedia Commons.

Le premier, présenté par Charles Wheatstone en 1838, permettait d’« observer des dessins en relief grâce à deux miroirs à angle droit inclinables » [1]. David Brewster remplace ensuite les miroirs par des lentilles [15], en 1849 selon Wikipédia [1] ; le stéréoscope prend alors « l'aspect que nous lui connaissons encore aujourd'hui » : un boîtier, deux oculaires et un réglage de mise au point [15]. Le View-Master, né en 1939, applique le même principe à des disques cartonnés portant sept paires de diapositives [16].

Voir le relief sans appareil : la vision libre

On peut fusionner un couple d’images à l’œil nu, ce qu’on appelle la vision libre, en vision parallèle ou en vision croisée [1]. En vision parallèle, l’œil gauche regarde l’image de gauche et l’œil droit celle de droite ; en vision croisée, l’œil gauche regarde l’image de droite et inversement [1]. Le couple ci-dessous est prévu pour la vision croisée.

1. Placez le bout d’un doigt juste sous la limite entre les deux images [17].
2. Rapprochez-le lentement de vos yeux, sans le quitter du regard [17].
3. Observez les images derrière lui. À une certaine distance, une image fusionnée en relief devrait sembler flotter juste au-dessus du doigt [17].

En clair, la vision croisée consiste à loucher volontairement [18]. Le Stéréo-Club Français note qu’elle se passe de tout accessoire, mais que « l'image apparaît petite et le relief est comprimé ! » [18]

Vous ne voyez pas le relief ?

• Sans appareil, tout le monde n’y arrive pas. « L’aptitude à la vision libre est très variable selon les personnes » : certains y arrivent facilement, d’autres après un entraînement, d’autres pas du tout [1]. Avec un stéréoscope ou des lunettes rouge-cyan, ce sont les lentilles ou les filtres qui séparent les deux images [7].
• Avec un seul œil, le relief stéréoscopique ne se forme pas. Il naît de la disparité entre les images des deux yeux [9]. Il reste alors les indices dits monoculaires (perspective, recouvrement, taille, ombres, brume, flou), qui donnent une impression partielle de relief [9].
• Vous avez deux yeux mais ne voyez jamais le relief, même au cinéma ? La vision stéréoscopique se mesure : son évaluation fait partie du dépistage visuel pratiqué par les orthoptistes [19]. La question relève d’un orthoptiste ou d’un ophtalmologiste.

Prise de vue : comment obtient-on les deux images ?

• Deux objectifs en même temps. Un appareil à double objectif, comme celui qu’Alexandre-Marie Quinet fabrique à Paris en 1853 [1], ou deux appareils identiques fixés côte à côte et déclenchés ensemble [1]. Pour de petits objets, on rapproche les deux points de vue ; on les écarte pour des montagnes ou des nuages [1].
• Deux photos à la suite, en déplaçant l’appareil entre les deux prises. Cela ne marche que si rien n’a bougé entre-temps : personnages, feuilles, vagues ou nuages [1].
• La conversion d’une image 2D. Le Stéréo-Club Français cite, parmi les usages des cartes de profondeur (des images en niveaux de gris où les zones claires sont au premier plan et les sombres à l’arrière-plan), la conversion d’images 2D en 3D [9].

Le logiciel de conversion 3D d’Owl3D, pour Windows et Mac, convertit par IA des vidéos et des photos 2D en 3D stéréoscopique ; le calcul se fait sur votre ordinateur. Ce n’est pas instantané : vous lui donnez un fichier que vous avez le droit d’utiliser, et la conversion prend du temps. Le résultat est une conversion par IA, et non une prise de vue à deux objectifs ni la version 3D du studio. L’application Owl3D est en anglais.

Les produits Owl3DLogiciel Owl3DUne application pour Windows et Mac qui convertit vos vidéos et photos 2D en 3D.

À quoi sert la stéréoscopie aujourd’hui ?

Limites et précautions

Devant une image stéréoscopique, vos yeux font la mise au point sur l’écran mais convergent vers un objet placé devant ou derrière lui : l’Anses, l’agence française de sécurité sanitaire, appelle cela le « conflit accommodation-vergence » et y voit une source de fatigue visuelle [24]. En 2014, elle a recommandé « de déconseiller l’exposition aux technologies 3D aux enfants de moins de 6 ans », de modérer l’usage avant 13 ans et de « ne pas se positionner trop proche de l’écran » [24]. Elle précise que, chez l’adulte, les symptômes sont temporaires [25].

Autre défaut : les images fantômes, qui apparaissent quand la séparation est insuffisante et que « l'œil gauche perçoit un peu de l'image droite et vice-versa » ; elles touchent par exemple les anaglyphes dont les filtres colorés ne sont pas assez sélectifs [9].

Brève histoire de la stéréoscopie

• 1838. Charles Wheatstone présente ses travaux sur la vision binoculaire à la Royal Society de Londres, le 21 juin [1].
• Années 1850. L’opticien parisien Jules Duboscq fabrique et vend en France le stéréoscope de Brewster [2]. Après l’Exposition universelle de Londres de 1851, les images stéréoscopiques connaissent un engouement populaire [1]. En 1859, Baudelaire écrit : « Des milliers d'yeux avides se penchaient sur les trous du stéréoscope comme sur les lucarnes de l'infini » [1].
• 1893. Jules Richard fait breveter le Vérascope, un appareil photo stéréoscopique entièrement métallique [26].
• 1935. Louis Lumière présente un procédé de cinéma stéréoscopique à l’Académie des sciences et l’applique à L’Arrivée d’un train en gare de La Ciotat [2].
• 2009. En France, la sortie d’Avatar en IMAX 3D est « un moment charnière », selon le CNC [2].

Questions fréquentes

Qu’est-ce que la vision stéréoscopique ?

C’est la perception du relief à partir des deux images, légèrement différentes, que reçoivent nos deux yeux : le cerveau les fusionne en une seule [1][27]. Voir aussi la partie Vous ne voyez pas le relief ?.

À quoi sert l’option « stéréoscopie » d’un pilote graphique ou d’un jeu ?

Sur PC, selon Wikipédia, NVIDIA a commercialisé le kit 3D Vision : l’affichage des images gauche et droite y est synchronisé avec des lunettes par un émetteur infrarouge [1]. Selon NVIDIA, après le dernier pilote de la branche 418, publié en avril 2019, les pilotes GeForce Game Ready ont cessé de prendre en charge la technologie 3D Vision [28]. Sans dispositif qui donne à chaque œil son image (voir le tableau), la règle d’or de la stéréoscopie n’est pas respectée [7].

Quelle différence entre un stéréoscope et un stéréogramme ?

Le stéréoscope est l’instrument qui montre à chaque œil sa propre image [4]. Le stéréogramme est l’image : pour le Stéréo-Club Français, c’est un couple stéréoscopique et, par extension, toute image visible en relief [9]. Certains, comme les stéréogrammes à points aléatoires, se regardent sans appareil, en vision libre [1].