FLASH INFORMATIQUE FI

FI spécial été 2007 - Images


L’image et quelques détails non négligeables




Valentin CHAREYRON


À l’ère de l’image électronique omniprésente, il n’est peut-être pas inutile de se pencher sur la nature même de l’image avant de la confondre trop souvent avec la réalité. Toute image suppose un point de vue et, si elle n’est pas omnidirectionnelle (ce qu’elle est très rarement), un cadrage. Point de vue et cadrage de l’image constituent deux facteurs de distorsion de la réalité.
Il en existe d’autres : les limites techniques des optiques, des cibles et supports photographiques (films, capteurs CCD, papiers photo, impression, écrans, etc.) telles que plage colorimétrique, dynamique, etc. L’une des moins perceptibles est peut-être la distorsion spatio-temporelle.

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ou symbole ?
source : US NAtional Park Service

De la distorsion spatio-temporelle

L’image perçue par nos yeux, qui en convertissent la forme optique en signaux destinés à notre cerveau, est le résultat de la fin simultanée d’une multitude de voyages - de quelques centimètres (comme la flamme d’une bougie) à quelques millions d’années-lumière (comme la lueur d’une galaxie) - des rayons lumineux qui la composent.

Dans un univers dans lequel la vitesse de la lumière serait infinie, une image du ciel étoilé nous montrerait la projection de la position réelle des astres à l’instant considéré dans les deux dimensions du plan. Mais dans notre univers, dans lequel la lumière se déplace à environ 300’000 km/s, cette image du ciel est affectée d’une distorsion spatio-temporelle qui se traduit par le fait que certains astres, qui émettent pourtant de la lumière depuis déjà fort longtemps, ne nous sont pas encore visibles et que d’autres, qui ont cessé de luire, nous sont encore visibles. Et que la plupart ne sont pas à leur place.

Ainsi, une certaine idée d’une image en deux dimensions du ciel étoilé à un instant t nous échappe au profit d’une image en trois dimensions, composée de deux dimensions spatiales [1] et de la dimension temporelle. Dans l’image, la position apparente de chaque source lumineuse est fonction de sa position réelle et de son éloignement - donc de la durée du voyage de la lumière - qui concourent à former cette image (indépendamment, notamment, des déviations gravitationnelles).


Plus près de nous ? Lorsque nous admirons un coucher de soleil en bord de mer, nous pouvons mieux appréhender les distorsions qu’instaure la dimension temporelle dans les images. Le Soleil étant distant d’environ 150 millions de km de la Terre [2], la lumière parcourt cette distance en 8 min 20 [3]. À l’équateur, cela correspond à un écart d’environ 2° entre la position réelle et la position apparente. Le diamètre apparent du Soleil correspond à environ 0.5°, soit environ 2 min [4] de son déplacement apparent. Ainsi, lorsque le Soleil semble toucher la surface de la mer, il est en réalité déjà entièrement caché par l’horizon marin depuis 6 min 20 [5].

Plus près encore, cela devient humainement indécelable, mais pas nul. L’image de la Lune, à environ 384’500 km de distance, est en retard d’environ 1% [6] de son diamètre apparent, qui est quasiment identique à celui du Soleil. L’avion de ligne volant à 800 km/h, à 10’000 m au-dessus de nos têtes, nous apparaît avec un retard d’environ 7.4 mm [7]. Le train roulant à 120 km/h, à 100 m, est dans la réalité en avance de 11µm (11 millièmes de millimètre) [8] par rapport à son image.

Si les objets mobiles nous permettent de nous représenter l’effet de la distorsion spatio-temporelle des images dans sa dimension spatiale, dans le cas du Soleil notamment (le sujet n’est pas à sa place réelle), il est moins évident d’en percevoir l’effet dans sa dimension temporelle.

Essayons ... Deux amoureux courant l’un vers l’autre verront l’autre vieillir plus rapidement que lorsqu’ils déjeunent assis face à face. Au fur et à mesure qu’ils se rapprochent, la lumière réfléchie par chacun d’eux met moins de temps à parvenir à l’autre, formant une image de moins en moins jeune, la lumière reçue étant de moins en moins ancienne (son voyage depuis l’autre étant de plus en plus court). À l’inverse, ils pourront se regarder vieillir moins rapidement [9] lorsqu’ils s’éloigneront l’un de l’autre. Ce dernier effet, a priori positif, n’a toutefois pas beaucoup de succès sur les quais des gares ...

Globalement, ce phénomène s’apparente aux effets Doppler (décalage vers le grave ou l’aigu selon la direction de déplacement d’une source sonore) et de redshift de Hubble (décalage vers le rouge de la lumière des galaxies s’éloignant les unes des autres).

La simple reproduction d’un tableau subit également une telle distorsion. Les angles du tableau, plus éloignés du plan du film ou de la cible électronique que le centre, seront reproduits un peu plus jeunes que le centre. En effet, lorsque la lumière réfléchie par le centre du tableau a frappé la cible photographique, la lumière réfléchie par les angles avait parcouru une distance supérieure à celle provenant du centre ; elle était donc plus ancienne, véhiculant une information relative à des angles plus jeunes que le centre.

Dans l’absolu, lorsque vous regardez un tableau (ou tout autre objet plan de face), vous voyez en fait, sans vous en apercevoir ni même pouvoir le détecter, le temps s’écouler du centre vers les bords de manière concentrique, toute la surface plane n’étant jamais perceptible en un tout simultané.

La seule certitude que nous puissions formaliser est que la réalité d’un instant est différente de l’image que nous en percevons faute d’obtenir une image du présent mais seulement du passé, et encore, cette image-là est-elle victime de distorsions spatio-temporelles.

Des couleurs

Nous sommes tous trop habitués aux photographies en noir et blanc [10] pour les regarder comme une curiosité. Et pourtant, il ne va pas de soi que ces images-là - qui n’enregistrent que la luminosité du sujet, sans les couleurs quasiment omniprésentes dans notre perception de notre environnement - restent suffisamment parlantes aux yeux humains, au point d’apporter parfois même un surcroît d’émotion par rapport aux images en couleur. Aurions-nous spontanément recherché à produire de telles images en noir et blanc si l’évolution technologique de la photographie et de la télévision ne nous avait pas imposé cette étape ? Et ces images-là auraient-elles eu autant de succès ? Pas sûr.

Les daltoniens mis à part, il semble que nous percevions tous notre univers avec à peu près les mêmes couleurs. Nous pouvons discuter de tons chauds, ou froids, des nuances des bleus lavande, des verts émeraude et des rouges pivoine ; préférer associer telle cravate à telle chemise, tel pull à telle jupe.

Nous sommes persuadés de vivre dans un monde en couleur. Mais est-ce si sûr ?
La lumière blanche peut être vue comme un spectre de fréquence continu de 3.85 à 7.50 x 1014 Hz (avec les longueurs d’onde correspondantes de 780 à 400 nm). Lorsque cette lumière frappe les molécules d’un objet, une partie des fréquences est plus ou moins absorbée et le reste est réfléchi. La lumière réfléchie, ne contenant qu’une partie du spectre de la lumière blanche initiale, est de ce fait différente. Peut-on dire pour autant, à ce stade, qu’elle soit intrinsèquement colorée ?

Imaginons notre univers comme uniformément gris, les variations d’absorption de la lumière par les objets étant seules à le modeler visuellement parlant (un peu comme une photographie en noir et blanc nous le restituerait). Nos yeux captant les lumières blanches et autres lumières réfléchies encodent alors l’image en fonction de l’intensité par le biais des bâtonnets et des longueurs d’ondes grâce aux cônes. Ensuite notre cerveau calculerait notre représentation mentale de l’image en associant des couleurs, inventées par lui, en fonction des longueurs d’onde reçues. Sur Terre, l’évolution des espèces aurait abouti progressivement à cette formidable invention qu’est le codage des fréquences en couleurs d’un univers par ailleurs peut-être incolore. La beauté du monde, parfois apparemment si riche en couleurs, n’existerait donc que dans l’esprit de certains animaux, dont les humains.

Les cibles photographiques qui, dans un premier élan, nous donnent à penser que les couleurs existent telles quelles dans la nature (puisque le résultat photographique ressemble tant à notre perception), ont en fait été conçues pour restituer une image que, par-delà nos yeux, notre cerveau encodera de façon similaire à l’encodage de l’image oculaire du sujet initial. Les couleurs, qui ne naîtraient que dans le cerveau, ne sont donc pas plus ou moins fidèlement reproduites, mais les réflexions qui en sont à l’origine (spectre et intensité) plus ou moins bien simulées. En cela, toute image en couleur, issue d’une image d’origine oculaire ou photographique, serait, en fait, une image de synthèse produite par le cerveau.

Petite expérience colorée à la portée de tous

De jour, disposez une table avec une lampe de bureau près d’une fenêtre. Placez deux feuilles de papier blanc A4 à plat sur la table, l’une éclairée seulement par la lumière du jour, l’autre, autant que possible, seulement par la lampe.
Maintenant, prévenez vos éventuels amis présents que vous faites une expérience, sinon ils risquent de se poser des questions à votre sujet ! Ok ? Allons-y.
Masquez avec la main votre oeil le plus proche de la feuille exposée à la lumière du jour et, avec l’autre oeil, regardez quelques secondes la feuille sous la lampe, assez près pour que la feuille remplisse suffisamment votre champ de vision. Aussitôt après, faites l’inverse : masquez votre oeil le plus proche de la feuille sous la lampe et, avec l’autre oeil, regardez quelques secondes la feuille exposée à la lumière du jour.
Répétez l’opération plusieurs fois de suite ...
Finalement, toujours en masquant un oeil, regardez la feuille sous la lampe avec l’oeil qui n’a vu jusque-là que la feuille exposée à la lumière du jour (la feuille devrait paraître jaune-orangée) et vice-versa (l’autre feuille devrait paraître bleutée).
Conclusion : votre cerveau fait le blanc en fonction du spectre de la lumière, comme une caméra vidéo (température de couleur automatique), mais - et c’est ce qui est étonnant - de manière indépendante pour chaque oeil !

[1] Dans ce cas, aux distances en jeu, la vision binoculaire n’est d’aucun recours pour appréhender une troisième dimension spatiale.

[2] Toutes les données astronomiques : D. H. Menzel, J. M. Pasachoff, Guide des étoiles et planètes , Delachaux et Niestlé, Neuchâtel et Paris, 3ème éd., 1989.

[3] 15 x 107 km / 3 x 105 km/s = 5 x 102 s = 8.333 min = 8 min 20.

[4] 24 h x 60 min / (360° / 0.5°) = 1’440 min / 720 = 2 min = 120 s.

[5] 8 min 20 s - 2 min = 6 min 20 s.

[6] 3’845 x 102 km / 3 x 105 km/s = 1.282 s ; 2 min = 120 s ; 1.282 s / 120 s = 1%.

[7] 104 m / 3 x 108 m/s x 8 x 105 m / 36 x 102 s = 74 x 10-4 m = 7.4 mm.

[8] (102 m / 3 x 108 m/s) x (12 x 104 m / 36 x 102 s) = 11 x 10-6 m = 11µm.

[9] Mais pas rajeunir (faut pas rêver !).

[10] Le terme monochrome parfois utilisé n’est pas approprié : une image monochrome, bleue ou rouge par exemple, n’est assurément pas en noir et blanc.



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