Les différents aspects qualitatifs en vidéoprojection

Projecteur, distance, protection

Les différents aspects qualitatifs en vidéoprojection

Messagepar contemplationaveugle » 07 Fév 2014, 21:43

Bonjour,
Mon post n'a pas pour but d'affirmer qu'une marque ou une technologie employées sont meilleures que d'autres.
J'ai pris le temps de lire des documents sur des études scientifiques (réalisés par des laboratoires), des cours d'université ainsi que des thèses traitant les sujets de la colorimétrie, sur l'élaboration de modèles d'évaluation de la qualité du rendu des couleurs, sur l'optique biophysique de la vision etc... Tout ceci pour vous donner des explications les plus objectives possibles résultant de protocoles de tests, de résultats chiffrés et de normes.

Certains affirment que le Samsung spa900 prend le large à partir de 5 IRE par rapport à un JVC... C'est totalement faux. De plus il manque beaucoup trop de précisions et d'éléments lors de ces affirmations.

Tout d'abord intéressons nous à la physiologie du système visuel humain.
L'oeil dispose de photorécepteurs composés d'environ 100 millions de bâtonnets et de 4 à 7 millions de cônes. Les bâtonnets sont associés à la perception de l'intensité de la lumière. Plus petit que les cônes ils sont néanmoins 10 fois plus sensibles. Ils sont responsables de la vision nocturne ou vision scotopique lorsqu'il n'y a pas assez de lumière pour que les cônes soient activés.
Les cônes sont associés à la perception de la couleur. Ils sont activés en vision diurne ou vision photopique. Pour la précision il faut savoir que 3 types de cônes subsistent avec leur sensibilité spectrale propre.
La vision photopique (diurne) concerne des surfaces observées ayant une luminance de quelques cd/m² à plusieurs milliers de cd/m².
La vision mésopique (crépusculaire) concerne des surfaces observées ayant une luminance de 10-3 cd/m² à quelques cd/m².
La vision scotopique (nocturne) concerne des surfaces observées ayant une luminance inférieure à 10-3 cd/m².

Image

Graphique issu du document « Adaptation, anchoring&contrast »



Ce qui nous intéresse est de connaître le seuil de différentiation minimal de luminance du système visuel humain. L’une des expériences les plus connues, pour quantifier le seuil de variation de luminance minimal perceptible par l’œil humain, relatif au niveau de luminance environnant, a été menée par Weber :

Image
Figure issue du document « Eléments de base de la colorimétrie » laboratoire LIGIV

Par la suite la courbe de sensibilité aux différences de luminance a été établie (courbe de Weber).

Image

Figure issue du document « Eléments de base de la colorimétrie » laboratoire LIGIV

Il est observé une discontinuité entre 10-2 cd/m2 et 10-3cd/m² due au passage des cônes aux bâtonnets.
Qu’à partir de 1 cd/m², le seuil différentiel varie en fonction du logarithme de la luminance, et n’est donc pas régie par une loi linéaire. Cette propriété se manifeste par la partie horizontale de la courbe, et se traduit par la loi :

Image

D’une manière générale, cette courbe traduit le fait que la vision humaine est plus sensible aux contrastes de luminances pour les faibles niveaux de luminance que pour les niveaux élevés.


Je vous poste ce tableau (ci-dessous) que j'ai pris le temps de faire avec les différentes valeurs de luminance en rapport avec les mires de blanc (entre 0 IRE et 100 IRE) avec un gamma à 2.4 avec l’application de la correction BT 1886.
Vous pouvez y observer les 3 vidéoprojecteurs suivants ayant tous une luminance à 48 cd/m² (14 Fl) :

- Samsung SPA 900 avec un contraste séquentiel d’environ 3 000 :1
- JVC X35 avec un contraste séquentiel d’environ 30 000 :1
- Sony G90 avec un contraste séquentiel d’environ 1 280 000 :1

Image

Le seuil différentiel relatif est à peu près constant (0.01 ou 1%) dans un large domaine de luminance (10-1 cd/m² à 104 cd/m2) et remonte rapidement à 0.1 (10%) à 10-3 cd m².
A 10-2cd/m² il est à environ 0.03 (3%) et à 10-5cd/m² il est à environ 0.5 (50%)

Si nous observons ce qui se passe à 0 IRE dans le tableau nous constatons une différence de luminance de 90% entre le Samsung SPA900 et le JVC X35 et 99.76% entre le Samsung et le sony G90. Les résultats sont très éloignés du seuil différentiel de 3% donc la différence de luminance est visible et ce de façon très marquée.

A 5 IRE le delta de luminance est de 49.56% entre le Samsung SPA900 et le JVC X35 et 67% entre le Samsung SPA900 et le Sony G90. . Les résultats sont encore très éloignés du seuil différentiel de 1% (seuil différentiel correspondant à 10 cd/m²) donc la différence de luminance est visible de façon très marquée.

A 40 IRE le delta de luminance est de 7.29% entre le Samsung SPA900 et le JVC X35 et 10.75% entre le Samsung SPA900 et le Sony G90. . Les résultats sont se rapproche du seuil différentiel de 1% mais le delta reste important donc la différence de luminance est TOUJOURS visible.
Théoriquement et en comparaison directe (et encore d’autres éléments viendraient altérer le résultat) le seuil différentiel de 1% serait atteint à environ 80 IRE !
La comparaison directe étant difficile à mettre en œuvre, il faut tenir compte d’autres éléments comme la mémoire du système visuelle concernant la luminance. Le seuil différentiel est fixé à 1% lors d’un test suivant un protocole strict qui ne peut être mis en œuvre sur des images animées d’un film projeté en même temps par deux vidéoprojecteurs.

Pour le moment je n’ai pas trouvé d’études détaillée portant sur la mémoire du système visuelle et traitant du sujet de la luminance.
Il est toutefois admis, que la mise en œuvre du processus de la mémoire du système visuelle permet un seuil différentiel de 7 à 5% ce qui correspondrait de 40 IRE à 50 IRE.

Plus le delta de la luminance est important et s’écarte du seuil différentiel de notre système visuel et plus le contraste est visible et marqué. C’est pour cette raison qu’un vidéoprojecteur ayant un fort contraste ANSI comme le Samsung SPA 900 procurera une sensation de grande dynamique sur des images possédant tous les niveaux de luminance.

Cependant si l’amplitude de luminance d’une même image n’excède pas 0 IRE-40 ou 50 IRE un JVC ou un Tritube sera meilleur sur la sensation de contraste et surtout sur la sensation de la profondeur des noirs.

Un autre point à considérer, le temps d’adaptation aux variations de luminance.
Dans la vie de tous les jours, l'oeil doit s'accoutumer à de nouvelles conditions d'éclairement
Le plus long étant l'adaptation à l'obscurité = diminution progressive de la luminance seuil.

En vidéoprojection ou au cinéma, l’appréciation de la modulation de la lumière se fait sur des plages de faibles dimensions mais l'œil adapte sa sensibilité sur la luminance moyenne globale de l'image, et surtout lorsque cette image est une faible partie du champ visuel, sur la luminance de l'image corrigée par l'action de la luminance du champ périphérique. D'ailleurs c'est pour cette raison que l'on utilise un cadre de couleur légèrement plus clair que le niveau à 0 IRE d'un VP ayant une résiduelle élevée pour tromper l'oeil (renforcement de la sensation de noir).
C’est la vision mésopique et le début du mécanisme de la vision scotopique qui sont employées par le système visuel. De ce fait l’œil n’a besoin que de quelques dixièmes de seconde pour s’adapter à une forte variation de luminance dans une scène d’un fim (ex flash lumineux sur la totalité de l’écran puis passage brutal à un écran noir à 10-2 cd/m²) et pas plus de 3 à 4 secondes grand maxi pour le cas du tritube (avec un noir à 10-5 cd/m²).

Image

Graphique issu du document « Adaptation, anchoring&contrast »


Pour ma part c’est ce que je constate visuellement avec toutes mes expériences et mon vécu.


Autre point intéressant : l’acuité visuelle
Toutes les études démontrent que l’acuité visuelle diminue dès que la luminance baisse.

Image

Graphique issu du document « la lumière » école nationale supérieure d’architecture de Grenoble


D’après la courbe ci-dessus l’acuité visuelle chute à partie d’une valeur inférieure à 3 cd/m² ce qui correspond un peu moins de 30 IRE.
Pour toutes les images ayant une moyenne en dessous de 30 IRE, les grandes qualités du Samsung SPA900 (très bonne MTF, une bonne acutance et un bon contraste inter pixel) ne seront plus aussi efficaces visuellement qu’avec une image lumineuse.

Cependant si dans ce type d’image des zones ont une luminance supérieure à 30 IRE alors les différences visuelles sur le piqué dans ces zones seront marquées en comparaison avec la même image projetée par un autre vidéoprojecteur.
Il serait intéressant de comparer le contraste intra image avec des mires à damiers avec des cases noires à 0 IRE et des cases blanches à 30 IRE et moins.


Sources utilisées :
« Adaptation, anchoring&contrast » http://www.handprint.com/HP/WCL/color4.html
« Eléments de base de la colorimétrie » http://www-lagis.univ-lille1.fr/ehinc20 ... remeau.pdf
document « la lumière » école nationale supérieure d’architecture de Grenoble http://www.grenoble.archi.fr/cours-en-l ... erieur.pdf
« Ecrans plats de visualisation » enseignement polytechnique http://www.enseignement.polytechnique.f ... rsnSI4.pdf
Document « modèles et espaces perceptuels modèles et espaces corrigés » Haute école libre de Bruxelles http://claudegabriel.be/
Thèse pour l’obtention du grade de docteur à l’université de Poitiers de Benjamin Bragier « Elaboration de modèles d’évaluation de la qualité du rendu couleur » http://www.lne.fr/publications/theses/t ... ingier.pdf

Cordialement
Cédric
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Re: Les différents aspects qualitatifs en vidéoprojection

Messagepar Jean-Pierre Lafont » 08 Fév 2014, 19:35

Alors là Cedric, tu fais encore très fort ! C'est le genre de post que j'aime lire sur ce forum.

Je rappelle pour ceux qui ne le savent pas que Cedric possède les compétences et le matériel pour calibrer votre vidéo-projecteur et obtenir une image de qualité professionnelle.
Il a obtenu la certification THX niveau 2.
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Re: Les différents aspects qualitatifs en vidéoprojection

Messagepar contemplationaveugle » 10 Fév 2014, 19:07

Merci Jean Pierre,

J'ai fait un autre tableau pour répondre à la suggestion d'Emmanuel Piat avec le cas du contraste 'inter level" et j'ai édité des graphiques.

Ce tableau concerne les Samsung SPA900, le JVC X35 et Sony G90 théoriquement tous calibrés à 48 cd/m² avec un gamma à 2.4 avec la correction BT 1886. Ce tableau nous présente les contrastes "inter level" ainsi que les delta de luminance par palier de 1 IRE pour chaque vidéoprojecteur.

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Voici la vue d'ensemble des courbes des trois vidéoprojecteurs concernant leurs "contrast inter level" (manque de lisibilité à cause du fort contraste du G90 entre 0 et 1 IRE) :

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Voici le même graphique mais avec plus de lisibilité :

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Nous constatons que les valeurs des contrastes inter level se rejoignent entre 40 et 50 IRE. En dessous de 40 IRE ces valeurs sont non constantes.

Voici la vue d'ensemble des courbes des trois vidéoprojecteurs concernant leurs deltas de luminance (manque de lisibilité à cause du fort contraste du G90 entre 0 et 1 IRE) :

Image

Voici le même graphique mais avec plus de lisibilité :

Image

Même observation, les deltas de luminance se rejoignent entre 40 et 50 IRE. Pour rappel c'est en dessous des ces valeurs de ces stumulus que nous apprécions les différences de luminance et le contraste inter level entre ces trois vidéoprojecteurs.

Je n'ai pas tenté d'essayer l'autre cas de figure que proposait Emmanuel Piat qui était de comparer les contrastes inter level par rapport au niveau moyen de luminance d'une image pris en référence par l'oeil. D'après les études, l'oeil ne prends pas en référence le niveau moyen de luminance d'une image. C'est assez complexe, il peut prendre différente plage référence, aussi bien sur la valeur de la luminance la plus basse ou haute d'une zone d'image (perception de contraste intra image) que sur une valeur spectral dominante d'une zone d'image. De plus la sensibilité des photorécepteurs de l'oeil n'est pas la même en fonction de la bande spectrale de la couleur observée.

J'espère que cela apportera des éléments à la compréhension de notre perception de l'image de nos vidéoprojecteurs.

Cédric
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Re: Les différents aspects qualitatifs en vidéoprojection

Messagepar contemplationaveugle » 10 Fév 2014, 19:22

Concernant le contraste ANSI, pour évaluer les performances d'un vidéoprojecteur,

Le protocole de mesure doit être stricte et il faut surtout soustraire les valeurs de luminance induites par les réflexions de la pièce.

Pour répondre aux interrogations, la mesure du contraste ANSI consiste à évaluer la capacité d'un vidéoprojecteur calibré à restituer le plus grand contraste d'une image possédant, en quantité proportionnelle sur la surface de l'écran et répartie de façon homogène, la plus basse valeur de luminance et la plus haute valeur de luminance.
Avec une mire à damier on évalue la performance maximale du contraste intra image d'un vidéoprojecteur calibré. La technologie employée, la qualité de l'optique, le traitement du signal vidéo conditionne les performances du vidéoprojecteur.
Ensuite le contraste ANSI peut être fortement réduit à cause d'une salle non traitée.

Cependant un vidéoprojecteur avec un fort contraste AINSI mais avec un contraste séquentiel moyen n'aura pas forcément un meilleur contraste intra image pour une image ayant une luminance d'une amplitude de 0 IRE à 30 IRE qu'un vidéoprojecteur ayant un contraste intra image modeste mais possédant un fort contraste séquentiel.


Cédric
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