Un système d’affichage numérique qui compense une mauvaise vue !

Nombre de gens doivent porter des lunettes ou des verres de contact pour regarder un écran d’ordinateur. Ils pourront s’en affranchir avec un nouveau système d’affichage sur écran numérique qui modifie l’image pour un observateur donné  et lui permet ainsi de la percevoir nettement. C’est une équipe de chercheurs de l’université de Californie à  Berkeley et du MIT à Boston, Etats Unis, qui a mis au point un tel système alliant pour la première fois haute résolution et fort contraste.

 

 Fig.1. Correction de la vision avec un affichage modifié et un préfiltrage par calcul. Crédit B. A. Barsky. Flickr user dfbphotos. ACM Trans. Graph.

Fig.1. Correction de la vision avec un affichage modifié et un préfiltrage par calcul. Crédit B. A. Barsky. Flickr user dfbphotos. ACM Trans. Graph.

Ce résultat a été obtenu grâce à l’utilisation du concept de champ de lumière.

Tout objet éclairé envoie un ensemble de rayons dans toutes les directions. Ces rayons constituent ce que les opticiens appellent un “champ de lumière”.
Dans la photographie conventionnelle, un objectif projette sur un film plan (ou maintenant une mosaïque de capteurs) une image dont, pour une mise au point donnée, certains éléments sont nets. Pour avoir une profondeur de champ suffisante, un diaphragme sélectionne les rayons lumineux relativement proches de l’axe de l’objectif.
Si l’on pouvait enregistrer l’intégrale du champ de lumière, on pourrait reconstituer parfaitement, par exemple, une image 3 D de l’objet ou des images nettes à volonté dans divers plans. Les dispositifs dits «plénoptiques» enregistrent une partie du champ de lumière et approchent ainsi ceci (cf le blog des sciences : 14 nov 2011, Un appareil photographique révolutionnaire: la mise au point se fait après la prise de vue !).

 

On a obtenu au début du 20e siècle des vues en relief sans lunettes. Elles étaient obtenues soit par une matrice de microlentilles (procédé du physicien français Lippmann, prix Nobel 1908) ou par des barrières de parallaxe formées de séries de traits opaques parallèles (procédé de l’ingénieur américain Ives).

 

C’est en 1903 qu’Ives crée le stéréogramme à parallaxe, premier système de vues en relief (3D) sans utilisation de lunettes. Une paire d’images stéréoscopiques est divisée en fines lamelles parallèles adjacentes. L’image résultante est vue en 3D lorsqu’on la regarde au travers d’une barrière de parallaxe, fine grille parallèle aux lamelles. La grille permet à chaque œil de ne voir que les lamelles qui le concernent. Ces vues en relief sont un bon exemple d’affichage par champ de lumière.

 

Pour envoyer dans l’œil d’un observateur myope ou hypermétrope une image qu’il percevra nette, les chercheurs de Berkeley ont utilisé une technique analogue. Ils ont réalisé des barrières de parallaxe à l’aide d’une matrice de trous d’aiguille (figure 2). Cette plaque de micro-trous est montée légèrement en avant d’une tablette numérique de 900x 640 pixels.

Fig. 2. Vue du prototype réalisé à partir d’une tablette numérique de 960x640 pixels. La barrière de parallaxe (à gauche) est constituée par un masque imprimé sur transparent présentant une matrice de micro-trous de 75 µm espacés de 390 µm. Elle est montée à 5,4 mm au-dessus de l’écran de la tablette (en bas à droite). En haut à droite, on voit la tablette ainsi équipée : deux chiffres sont émis dans deux directions différentes. Crédit B. A. Barsky.

Fig. 2. Vue du prototype réalisé à partir d’une tablette numérique
de 960×640 pixels.
La barrière de parallaxe (à gauche) est constituée par un masque imprimé
sur transparent présentant une matrice de micro-trous de 75 µm espacés de
390 µm. Elle est montée à 5,4 mm au-dessus de l’écran de la tablette (en bas à droite). En haut à droite, on voit la tablette ainsi équipée : deux chiffres sont émis dans deux directions différentes. Crédit B. A. Barsky. ACM. Trans. Graph.

 

Cette modification de l’affichage de la tablette est relativement simple. Mais il faut en outre un logiciel de calcul sophistiqué qui, d’une part, pilote l’affichage correcteur de vision, mais, d’autre part, effectue un pré-filtrage de l’image. Ce dernier est essentiel pour obtenir une image de haute résolution. Ce logiciel est chargé dans un PC (2 cœurs à 2,7 GHz et 8 Gb de RAM) qui envoie l’image à la tablette. On pourra par la suite le charger dans le processeur graphique de la tablette.

La figure 3 ci-dessous montre plusieurs images obtenues à partir de la tablette modifiée prototype. Les deux premières colonnes sont des photographies prises avec une caméra placée à 25 cm de l’affichage. Elle est mise au point sur un plan situé à 38 cm de l’objectif, c’est-à-dire sur un plan à 13 cm derrière l’écran d’affichage. Ceci correspond parfaitement à un observateur hypermétrope (défaut de 6 dioptries).

On trouvera une excellente présentation de l’hypermétropie (et de la myopie) sur le site : guide-vue.fr/la-sante-de-vos-yeux

La première colonne représente ce que voit l’hypermétrope sans correction. La deuxième représente ce qu’il voit après correction par l’écran modifié et le calcul. La troisième colonne est une simulation qui représente les images avec le traitement de pré-filtration par calcul seulement. Les images du prototype, deuxième colonne, sont très proches des images simulées pré-filtrées de la troisième colonne.

Fig.3. Photographies de l’affichage prototype.Un appareil photo placé à 25 cm de l’écran est réglé pour prendre une image à 38 cm, ce qui équivaut à une vison d’hypermétrope à 6 dioptries. Il a donné les images des deux premières colonnes. Dans la première, on voit que les images fournies par un écran conventionnel sont brouillées. Celles obtenues (deuxième colonne) avec le prototype de tablette de la figure 2 et le pré-filtrage du champ de lumière par calcul est nette. Sur la troisième colonne, on a placé des images de simulation qui n’ont subi que le préfiltrage. On voit que les images du prototype sont très proches de celles-ci. Crédit B. A. Barsky. dfbphotos(flickr), Van Gogh, Houang Stephane (flickr), Jameziecakes (flickr), JFxie (flickr).

Fig.3. Photographies de l’affichage prototype.Un appareil photo placé à 25 cm de l’écran est réglé pour prendre une image à 38 cm, ce qui équivaut à une vison d’hypermétrope à 6 dioptries. Il a donné les images des deux premières colonnes. Dans la première, on voit que les images fournies par un écran conventionnel sont brouillées. Celles obtenues (deuxième colonne) avec le prototype de tablette de la figure 2 et le pré-filtrage du champ de lumière par calcul sont nettes. Sur la troisième colonne, on a placé des images de simulation qui n’ont subi que le préfiltrage. On voit que les images du prototype sont très proches de celles-ci.
Crédit B. A. Barsky. dfbphotos(flickr), Van Gogh, Houang Stephane (flickr), Jameziecakes (flickr), JFxie (flickr). ACM Trans. Graph.

 

Cette technique pourrait être implantée dans des téléphones, des tablettes, des téléviseurs ou même des dispositifs d’affichage accrochés sur la tête. Comme la distance entre l’œil de l’observateur et l’écran doit être spécifiée dans le calcul, il faut qu’elle soit fixe ou mesurée. On pourrait utiliser à cette fin de nombreux systèmes électroniques existants et bon marché.

Notons en outre que ce système pourrait être fort utile pour la conduite automobile. En effet, un conducteur hypermétrope voit très bien le trafic sans lunettes, mais il en aurait besoin pour lire son compteur de vitesse ou son GPS. Dans ce cas l’affichage corrigé serait le bienvenu.

 

 

 

 

 

Pour en savoir plus :

 

Eyeglasses-free Display: Towards Correcting Visual Aberrations

with Computational Light Field Displays

Fu-Chung Huang, Gordon Wetzstein, Brian A. Barsky, Ramesh Raskar

ACM Trans. Graph. (Proc. SIGGRAPH), vol. 33, no. 4, pp. 1-12, July 2014.

 

 

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