Comment j’ai réussi à photographier le système solaire, tout seul, et en 3D. Introduction : l’activité suivante s’adresse aux élèves de 1S. Il s’agit de travailler les connaissances et compétences autour des synthèses additive et soustractive. Dans un premier temps, nous amènerons les élèves à comprendre comment un anaglyphe peut reproduire la sensation de relief. Ensuite, ils pourront eux-mêmes produire différents types d’images stéréoscopiques. Pour finir, nous leur demanderons de faire preuve d’ingéniosité afin de concevoir des anaglyphes astronomiques. A- Commençons sur Terre. Vous disposez de trois filtres colorés primaires, (rouge, vert et bleu), trois filtres secondaires, (jaune, magenta et cyan), et de la photographie du planétaire (prise de vue rouge pour l’œil gauche et cyan pour l’œil droit). Questionnement Comment recréer l’illusion du relief avec des lunettes 3D ? Hypothèses argumentées Pour chaque proposition d’hypothèse, indiquez : Critère de réussite : proposer trois combinaisons différentes - la couleur des filtres posés devant chaque œil, - la lumière colorée issue de l’image perçue par chaque œil à travers ces filtres. Consignez les résultats dans le tableau cidessous. Expérimentation Validation de l’hypothèse Critère de réussite : si vous n’avez pas de résultat probant, consultez les autres groupes Argumentation Critère de réussite : vous indiquerez en argumentant - combien de photos sont nécessaires et comment les réaliser, - les couleurs des filtres utilisés pour faire ces photos, -les couleurs des filtres à placer devant les yeux pour voir en relief. a- Testez vos hypothèses, et consignez les résultats dans la dernière colonne du tableau. b- Quelle combinaison recrée une bonne illusion du relief ? c- Rédigez le protocole permettant de réaliser une photographie en 3D. couleur du filtre utilisé devant l’œil gauche couleur du filtre utilisé devant l’œil droit lumière colorée perçue par l’œil gauche lumière colorée perçue par l’œil droit Vision en relief ? oui/ non B- Exemple de correction et éléments de réponses acouleur du filtre utilisé devant l’œil gauche bleu rouge rouge couleur du filtre utilisé devant l’œil droit jaune vert cyan lumière colorée perçue par l’œil gauche lumière colorée perçue par l’œil droit Avec ces lunettes la vision est-elle en relief ? Le filtre bleu stoppe la lumière rouge mais transmet la composante bleue de la lumière cyan. Le filtre rouge ne laisse passer que la lumière rouge, et absorbe les lumières verte et bleue (cyan). Le filtre jaune transmet la lumière rouge mais aussi la composante verte de la lumière cyan. Non. Il y a deux images visibles. Il en serait de même avec des filtres magenta et vert... Le filtre vert absorbant les lumières rouge et bleue, seule la composante verte de l’image cyan est visible. Le filtre rouge ne laisse passer que la lumière rouge, et absorbe les lumières verte et bleue (cyan). Le filtre cyan laisse passer les lumières verte et bleue (cyan), et absorbe la lumière rouge. L’œil gauche voit en rouge l’image rouge qui lui est destinée, et l’œil droit voit en vert l’image cyan. Ces deux images sont décalées ; il y a perception d’un relief. Mais à travers ces deux filtres, la lumière blanche est vue jaune. L’œil gauche voit en rouge l’image rouge qui lui est destinée. De même l’œil droit voit en cyan l’image cyan qui lui est destinée. Ces deux images sont décalées ; il y a perception d’un relief. La synthèse additive des lumières rouge et cyan recrée la lumière blanche. b- L’expérimentation nous permet de conclure que seul l’usage des filtres rouge (œil gauche), et cyan (œil droit) reproduit une image en relief de qualité satisfaisante ; tout au moins pour la photographie proposée. cIl en va de la photographie en 3D comme de notre vision. Chaque œil doit percevoir une image qui lui est destinée. Il faut donc deux images décalées. Une première prise de vue correspondant à la vision de l’œil gauche, et après avoir déplacé l’appareil photographique, une seconde prise de vue correspondant à la vision de l’œil droit. Pour ce faire nous pouvons au choix centrer le sujet principal sur les deux photographies, ou bien laisser l’axe optique parallèle entre les deux prises de vue. Dans ce dernier cas, il faudra recentrer les images. Pour que chaque œil ne perçoive qu’une seule image, il faut utiliser deux filtres qui soient complémentaire. Par exemple, à travers le filtre rouge, l’œil gauche ne voit que l’image « gauche » puisse qu’elle est rouge. L’image cyan quant à elle n’est pas vue car ce filtre rouge absorbe les lumières verte et bleue (cyan). Au contraire, l’œil droit voit l’image « droite » cyan, et uniquement celle-ci, à travers le filtre de la même couleur cyan, car ce dernier absorbe le rouge. Pour conclure, les couleurs des filtres utilisés pour faire ces photos doivent être complémentaires : rouge pour la prise de vue ‘’œil gauche’’ et cyan pour celle ‘’œil droit’’ par exemple. Les filtres à placer devant les yeux pour voir en relief sont les mêmes et dans le même ordre. C- Comment réaliser un anaglyphe a- Les prises de vue : quelques règles La base entre les deux clichés est égale au centième de la distance au centre du cadrage. Pas de premier plan à une distance inférieure à 5 fois la base. L’anaglyphe est d’autant plus saisissant que les plans sont reliés entre eux. Pas de flou, une photo détaillée, pas d’ombre. b- Le montage Le tableau suivant est distribué aux élèves. Ils disposent d’un ordinateur avec photofiltre et des deux photos, œil droit et œil gauche (Od et Og). Est-il possible de réaliser un anaglyphe qui ne soit pas créé à partir du couple de filtres rouge/cyan ? Ecrivez ici votre hypothèse : A partir de l’exemple suivant, mettez en œuvre votre hypothèse Fichier ; ouvrir Charger les deux photos Od et Og Réglage Balance des couleurs Pour avoir l’image rouge, supprimer les Cyan/Rouge : 0% composantes verte et bleue de Og Magenta/Vert : -100% Jaune/Bleu : -100% Pour avoir l’image cyan, supprimer la Cyan/Rouge : -100% composante rouge de Od Magenta/Vert : 0% Jaune/Bleu : 0% Clic droit sur une photo Copier Clic droit sur l’autre photo Coller Clic droit sur la photo en surbrillance ; Opacité 50% option collage A la souris déplacer la photo du dessus Les détails doivent être sur une même ligne horizontale. Recherchez l’écart qui offre la meilleure impression visuelle. Observer à travers les filtres rouge Quand l’impression est satisfaisante, (Og) et cyan (Od) clic droit, valider le collage Recadrer Enregistrer sous Valider ou invalider votre hypothèse Appelez votre professeur Anaglyphe construit avec la méthode précédente. Prise de vue œil gauche rouge, œil droit cyan. Anaglyphe construit avec la méthode précédente. Prise de vue œil gauche vert, œil droit magenta. c- Autres solutions L’utilisation d’un logiciel de traitement d’image comme photofiltre est intéressante dans le sens ou l’élève peut vérifier ses hypothèses. Ceci-dit, il existe de nombreux logiciels qui automatisent ces opérations. Par exemple la photographie du planétaire proposée dans la première partie est réalisée à l’aide de Z-Anaglyph, téléchargeable avec un excellent livret d’utilisation à l’adresse suivante : http://rosset.org/graphix/anaglyph/zadown.htm Dans la pratique, le couple rouge/cyan est celui qui offre les meilleures perceptions. D- Poursuivons dans l’espace. Certes, le titre de départ de ces activités était présomptueux. Cependant, nous allons maintenant mettre en œuvre nos connaissances et compétences afin de produire de véritables anaglyphes astronomiques. On se heurte tout d’abord à deux difficultés majeures. - Nous savons que pour créer des anaglyphes étonnants, les clichés doivent présenter de nombreux détails. La Lune, Jupiter et son cortège de satellites, Mars lors de son opposition, et dans une moindre mesure les anneaux de Saturne sont des cibles potentielles. Par contre le diamètre angulaire de Mercure est trop faible pour permettre à nos télescopes d’amateurs d’imager assez finement sa surface. Vénus ne présente pas de détail, de même que Neptune et Uranus, de toute façon, de diamètre trop faible. - La base entre les deux clichés doit être égale au centième(*) de la distance au centre du cadrage !!! (*) On trouve aussi le 1/30 comme indication suivant les auteurs Alors quelles solutions ? - Jupiter : laissez tourner... Passage de la grande tache rouge sur Jupiter. Dix minutes entre les deux prises de vue. Tout se passe comme si vous aviez fait simultanément deux clichés en deux points différents de l’espace. Les bandes nuageuses ne variant pas en si peu de temps. Passage de Io devant Jupiter ; l’ombre est effacée sur l’un des clichés, sinon deux ombres seraient visibles... Les deux photographies ont été recalées sur Europe à droite. Dix minutes entre les deux prises de vue. - Saturne : laissez pencher... Saturne en avril 2011 et juin 2012 On joue ici sur l’ouverture des anneaux. Les images sont redimensionnées. Les anneaux sont placés à la verticale pour renforcer l’impression de relief. - La Lune : laissez « librer »... (Photographie à suivre... la libration doit remettre une même phase de la Lune sous un angle différent, d’où la possibilité d’anaglyphe. Utiliser l’Atlas virtuel de la Lune pour trouver la même phase. Faire le choix de deux phases identiques ayant une libration maximale en longitude, et minimale en latitude. Sinon, l’assiette n’est pas bonne, et l’anaglyphe raté). - La Lune bis : ne rien faire, ... mais être deux. Avec l’aide de Jean-Michel Vienney, ci-dessus. Et de Roger Meunier, ci-dessous. Remarque importante sur les clichés précédents. Lionel Ruiz, du planétarium de Marseille a bien voulu reprendre ces clichés. Or, en rétablissant l’assiette, par une correction en latitude, l’effet d’anaglyphe est faible, mis à part sur le limbe lunaire. En effet, la base entre les photographes est faible ; une photographie réalisée au nord et une autre au sud de la France… Il ne faut pas confondre décaler deux plans pour donner du relief, et faire un anaglyphe. Seul ce dernier utilise le phénomène physique de parallaxe. Tableau 1: extrait du nouveau programme de 1 S OBSERVER Couleurs et images Comment l’œil fonctionne-t-il ? D’où vient la lumière colorée ? Comment créer de la couleur ? Notions et contenus Compétences attendues Couleur, vision et image Couleur des objets. Synthèse additive, synthèse soustractive. Absorption, diffusion, transmission. Vision des couleurs et trichromie. Daltonisme. Principe de la restitution des couleurs par un écran plat (ordinateur, téléphone portable, etc.). Utiliser les notions de couleur blanche et de couleurs complémentaires. Prévoir le résultat de la superposition de lumières colorées et l’effet d’un ou plusieurs filtres colorés sur une lumière incidente. Pratiquer une démarche expérimentale permettant d’illustrer et comprendre les notions de couleurs des objets. Distinguer couleur perçue et couleur spectrale. Recueillir et exploiter le Tableau 2 : compétences figurant dans le livret scolaire des élèves de 1S et T S. Les compétences que j’ai choisi d’évaluer dans la seconde colonne peuvent bien sûr être changées. Compétences générales : Restituer et mobiliser les connaissances exigibles. Rechercher, extraire et exploiter l’information utile. Raisonner, modéliser, argumenter et faire preuve d’esprit critique. Communiquer en utilisant des langages et des outils pertinents. Calculer, appliquer des consignes. A Compétences expérimentales : Concevoir et réaliser un protocole expérimental. Analyser les phénomènes, protocoles et résultats. Valider ou invalider une hypothèse, des résultats d’expériences. Etre autonome, faire preuve d’initiative. C-b