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TV 3D comment ça marche ?
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TV LCD 3D et OLED 3D Ready

Vous voulez une TV LCD ou OLED 3D pour voir en relief comme au cinéma ?
Vous entendez parler de technologie active, passive, de lunettes etc. mais comment ça marche, et finalement à quoi s'attendre ?
Tout au long l'année 2010, l'industrie du cinéma et de l'électronique grand public a mis en avant la technologie 3D.
Désormais, impossible de se rendre chez un revendeur TV sans entendre parler de relief, de lunettes, etc. S'agit-il déjà d'une véritable révolution où sommes nous simplement au début d'une nouvelle ère qui bouleversera notre façon de regarder la TV ?
Essayons ensemble de décrypter les secrets des TV 3D.
Envie de voir les TV compatibles ? Consultez la liste des TV 3D Ready

Comment voit-on en relief ?

Nous avons tous deux yeux, on parle de vision "binoculaire", ils sont espacés de 6,5 centimètres environ. Chacun d'entre eux capte une image 2D (tenant compte de la largeur et de la hauteur uniquement) sous un angle légèrement différent. Le cerveau se charge ensuite de fusionner ces images en interprétant les distances aux objets selon la largeur, la hauteur mais aussi la profondeur pour aboutir à une seule image en relief.
Vision binoculaire
Illustration de la vision binoculaire
Donc, pour voir en 3D, il est nécessaire de fournir à notre cerveau deux images d'une même scène prises selon deux points de vue différents. C'est le principe de stéréoscopie. La distance entre les deux points de vue permet de calculer la profondeur de champ pour aboutir au relief.
Image stéréoscopique
Illustration d'une image stéréoscopique
Pour que chaque oeil reçoive l'image qui lui est destinée il existe différentes méthodes. Certains d'entre vous ont sûrement déjà utilisé des lunettes colorées en rouge et cyan afin de voir une image en 3D : il s'agit de lunettes "anaglyphiques".
Paire de lunettes anaglyphiques
Paire de lunettes anaglyphiques
Dans ce cas, les images sont filtrées par la couleur. Les deux images sont superposées et les lunettes intègrent un filtre coloré pour que chaque oeil ne puisse voir que l'image qui lui est destinée.
Aujourd'hui encore certains films blu-ray utilisent ce système, par exemple "Voyage au centre de la Terre", "Meurtres à la Saint Valentin" (les lunettes sont fournies dans la boîte). Mais ce système rencontre des inconvénients majeurs :
  • la définition des images est divisée par deux.
  • le filtrage par couleur est responsable d'une baisse de la luminosité et il fausse la colorimétrie.
  • l'utilisateur peut apercevoir des images "fantômes".
Pour remédier à ça, d'autres techniques ont été développées par l'industrie du cinéma.

La 3D au cinéma

Depuis quelques temps déjà, les cinémas proposent des projections en 3D. Si vous avez pu comparer, vous avez sans doute remarqué que les résultats sont supérieurs à ceux obtenus avec le système anaglyphique.

Les projecteurs numériques qui équipent les salles 3D diffusent alternativement les images destinées à chaque oeil. Ainsi les images conservent leur définition maximale. Pour éviter des phénomènes de scintillement, chaque image est projetée trois fois. En partant des 24 images par seconde initialement filmées, on obtient une fréquence de 144Hz.
Projecteur de cinéma 3D
Projecteur de cinéma 3D (NEC NC2500S)
Pour que les spectateurs bénéficient d'images en relief, des lunettes dites "passives" ou "actives" sont mises à leur disposition. Elles vont occulter alternativement la vision de chaque oeil en fonction des images affichées.

Les lunettes passives

Les lunettes 3D sont dites "passives" car elles n'embarquent pas d'électronique.

On distingue deux systèmes :
  • La technologie REAL-D®.
  • La technologie Dolby 3D®.


Dans le cas du REAL-D®, le projecteur est équipé d'un filtre ZScreen®. Il permet, en temps réel et de façon synchronisée, de "faire vibrer" les ondes lumineuses des images destinées à l'oeil droit dans le sens des aiguilles d'une montre et de "faire vibrer" les ondes lumineuses des images destinées à l'oeil gauche dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (appelé filtre polarisant).
Les images s'affichent ensuite sur une toile "métallisée" (différente des toiles blanches mates que l'on trouve habituellement) pour conserver la polarisation.
Enfin, les lunettes des spectateurs contiennent des filtres polarisés qui vont permettre à chaque oeil de recevoir les images qui lui sont destinées.
Matériel utilisé pour la projection d'images 3D polarisées
Matériel utilisé pour la projection d'images 3D polarisées
Ces lunettes 3D sont légères et relativement confortables, leur coût est faible. Cela dit, le système de polarisation diminue de façon significative la luminosité des images et engendre des frais pour les cinémas qui ne peuvent pas utiliser leurs écrans habituels.


Avec la technologie Dolby 3D®, la lumière émise par la lampe du projecteur est divisée en deux flux. Chacun d'entre eux passe au travers d'un filtre qui modifie la longueur d'onde 1 des couleurs primaires (vert, rouge et bleu). Ainsi les images destinées à chaque oeil contiennent des couleurs primaires dont la longueur d'onde est différente. Elles sont "codées".
Chaque flux est ensuite diffusé alternativement par le projecteur. Les lunettes sont également équipées de filtres de longueur d'onde pour que les images soient vues par l'oeil auquel elles sont destinées.

1 La longueur d'onde représente la distance parcourue par l'onde pendant une période d'oscillation.
Schema Dolby 3D
Illustration du fonctionnement du système Dolby 3D®
Ici aussi, le filtrage entraîne une perte de luminosité mais ce système permet de respecter une bonne colorimétrie et il n'exige pas l'utilisation d'un écran spécifique. Les lunettes nécessitent un entretien régulier et sont plus chères. Cette technologie 3D est actuellement peu utilisée en France.

Les lunettes actives

Les lunettes sont dites "actives" car elles embarquent un système électronique nécessitant une alimentation électrique (des batteries) pour fonctionner.

Le projecteur diffuse, les unes après les autres, des images destinées à l'oeil droit puis à l'oeil gauche. Un émetteur à infrarouges est connecté au projecteur, il va permettre aux lunettes de se synchroniser avec les images projetées. Les lunettes contiennent une matrice de cristaux liquides qui grâce à une alimentation électrique permet de rendre les verres opaques l'un après l'autre. Ainsi chaque oeil reçoit uniquement l'image qu'il doit voir.
Les lunettes sont synchronisées avec la fréquence du projecteur (144Hz), chaque verre est opaque puis clair 72 fois par seconde.
La 3D active au cinéma
Matériel nécessaire à la projection d'images 3D par obturation
Dans ce cas, les lunettes sont alourdies par les batteries ce qui les rend moins agréable à porter. Elles sont onéreuses et fragiles. L'avantage réside dans le fait que les images ne sont pas filtrées, la colorimétrie reste identique à celle de la source et la baisse de luminosité est faible. Il est possible d'utiliser les écrans de projection traditionnels.
Avantages et inconvénients des systèmes 3D au cinéma
Technologie Type de lunettes Avantages Inconvénients
Real-D Passives Confort Perte de luminosité
Nécessite l'utilisation d'un écran métallisé
Dolby 3D Passives Confort
Colorimétrie
Perte de luminosité
Coût des lunettes
Xpand Actives Colorimétrie
Luminosité
Confort
Coût des lunettes
Nécessite l'utilisation d'un émetteur à infrarouges

La 3D à la maison

Pour vivre l'expérience du relief chez soi, les fabricants de TV proposent des modèles de TV 3D.
Comme au cinéma, on retrouve les technologies 3D "active" et "passive" dans ces TV.
La fréquence d'affichage minimale d'une TV 3D active est de 100Hz.
La fluidité offerte par la technologie OLED est particulièrement adaptée. Il n'est pas exclu que des phénomènes de "rémanence" puissent apparaître avec les TV LCD LED 3D.
TV 3D LCD et OLED
TV 3D (LCD à gauche, OLED à droite)
Ces TV permettent bien évidemment d'afficher des images "classiques" en 2D.
Vous pouvez consulter la liste des TV 3D Ready, classées par popularité.


Pour voir en relief, des lunettes fournies ou optionnelles sont nécessaires.
Avec les TV 3D passives, les lunettes sont constituées de filtres polarisant qui permettent à chaque oeil de voir l'image qui lui est destinée. Une TV 3D passive affiche sur son écran simultanément les deux images qui sont destinées à chaque oeil. Une ligne sur deux de l'écran correspond à une image, les autres lignes à la seconde image.
Dans ce cas, chacune des deux images a une définition de 540 lignes.
Vous voulez savoir quels sont les modèles de TV compatibles ? Consultez la liste des TV 3D Passives
TV 3D passive
Illustration du fonctionnement d'une TV 3D passive
Les lunettes utilisées avec les TV 3D passives sont plus légères et moins onéreuses que celles utilisées avec les TV équipées de la technologie 3D active.


Avec les modèles de TV 3D actives, les lunettes sont synchronisées via un émetteur (intégré ou externe) à la TV.
Une batterie ou des piles fournissent l'alimentation dont elles ont besoin.
Comme au cinéma, elles contiennent une matrice de cristaux liquides qui va permettre d'opacifier les verres lorsque nécessaire.
Pour améliorer la perception des images en mouvement certains modèles de TV 3D active Panasonic disposent d'une fonction 3D Motion Remaster.
Envie de parcourir les fiches TV compatibles ? Consultez la liste des TV 3D Actives
TV 3D passive
Illustration du fonctionnement d'une TV 3D active
Certaines paires de lunettes 3D peuvent être compatibles avec différents modèles de TV. Par exemple, les lunettes Xpand X103 et X104 fonctionnent avec certaines TV 3D actives LG, Panasonic, Philips, Samsung, Sharp, Sony, Toshiba. Cela dit, en fonction des marques et des modèles, la synchronisation entre la TV et les lunettes peut se faire selon différentes technologies : "Bluetooth", "infrarouge", etc. aussi les lunettes commercialisées par les fabricants de TV qui sont compatibles avec un modèle ne le sont pas nécessairement avec d’autres modèles de la marque, ou avec les TV d'une marque différente. Il reste néanmoins possible que le consortium "Full HD 3D Glasses Initiative" permette à l’avenir de standardiser les modèles lunettes 3D actives des différentes marques, afin d’assurer une compatibilité avec de nombreux modèles.
Exemple de lunettes pur TV 3D
Exemple de paires de lunettes utilisées avec les TV 3D
Selon la qualité des obturateurs, les résultats 3D sont plus ou moins bons.
Les TV 3D actives affichent alternativement une image destinée à l'oeil droit puis une image pour l'oeil gauche et ainsi de suite. Cela permet de bénéficier d'images Full HD pour chaque oeil.
Ici les lunettes sont sensibles aux sources lumineuses directes (par exemple la lumière provenant d'une fenêtre située derrière la TV pourrait entraîner un scintillement désagréable). Alourdies par l'alimentation électrique, on peut ressentir une pression sur le nez et derrière les oreilles. Chez certains, l'utilisation prolongée de ces lunettes peut entrainer de la fatigue visuelle voir quelques maux de têtes.
Cela dit, on peut raisonnablement penser que les fabricants de lunettes proposeront des modèles 3D plus confortables et plus adaptés à notre morphologie.


Afin de profiter d'images en 3D avec toutes les sources, des TV 3D intègrent des convertisseurs 2D vers 3D. Ces traitements utilisent des algorithmes basés sur la détection de la profondeur de champ des objets.
Sur certains téléviseurs, il est possible de régler la profondeur du relief dans les réglages pour obtenir les meilleurs résultats mais il n'y a pas d'effet de "jaillissement" (perception d'une partie de l'image qui sort de l'écran).
Selon les retours des utilisateurs, les résultats sont appréciables sur les événements sportifs et les dessins animés. En utilisation "film", les avis sont plus mitigés.
La source 3D par excellence est le disque blu-ray 3D. Sa capacité de stockage permet de d'avoir deux flux d'image différents (un pour chaque oeil) d'une définition de 1920 x 1080 pixels chacun. Les vidéos sont compressées avec le codec MPEG-4 MVC (Multiview Video Coding) qui permet d'obtenir des vidéos 3D "Full HD" d'un poids 50% supérieur à celui des images "Full HD" 2D.
Pour voir un film blu-ray en 3D, le lecteur doit être compatible :
Les lecteurs blu-ray 3D peuvent être utilisés aussi bien avec une TV 3D passive qu'une TV 3D active.
Lecteurs bluray 3D
Exemples de lecteurs blu-ray 3D (à gauche le Panasonic DMP-BDT100, à droite le Samsung BD-C6900)
Note : Si vous avez un un lecteur blu-ray 2D, une rétrocompatibilité permet de lire un film bluray 3D en 2D.
La transmission des flux 3D du lecteur blu-ray 3D à la TV 3D nécessite une bande passante importante, c'est donc au travers de la connectique HDMI qu'ils sont transportés. Les connectiques HDMI v1.3 et v1.4 peuvent être utilisées.
Dans ce cas, les images sont transmises à la TV dans le format "frame packing" : les images destinées à l'oeil gauche et à l'oeil droit sont intégrées ensemble dans le même flux.
La connectique HDMI v1.3 ne permet pas de véhiculer en même temps des images 3D "frame packing" et du son HD sans perte (dans ce cas, un signal audio SD est transmis, "DTS" à la place du "DTS-HD" / "Master HD", "Dolby Digital" à la place du "Dolby True HD"). C'est le cas avec la Playstation 3 par exemple.
PS3 Slim
Le lecteur blu-ray qui équipe la PS3 permet de lire des bluray 3D si la mise à jour 3.50 est installée sur la console
La connectique HDMI v1.4 offre un débit suffisant pour transmettre à la fois des vidéos 3D et des flux audio HD sans pertes.
Depuis la coupe du monde de football de 2010, certaines chaînes TV diffusent des images en 3D (Canal+ 3D par exemple, accessible depuis le satellite ou une NeufBox, ou encore NRJ 12).
Dans ce cas, l'affichage 3D se fait en mode "Côte à côte" (Side by side) ou "Au dessus, au dessous" (Top, bottom).
Les deux images sont affichées en même temps sur la TV, les lunettes à obturateurs vont permettre à chaque oeil de voir uniquement l'image qui lui est destinée.
Avec ce système, la définition est dégradée (960x1080 pixels pour un affichage côte à côte).
Ce format d'image 3D est également utilisé pour certains fichiers vidéos, notamment certains MKV 3D.
Avec ce type de source, pour bénéficier des images en relief, il peut s'avérer nécessaire d'activer le mode 3D correspondant dans les réglages de la TV .
Illustration image 3D side by side
Illustration d'une image 3D side by side
D'autres sources peuvent fournir une image 3D au format "damier". Dans ce cas, les images gauche et droite sont stockées dans une seule image qui est divisée en plusieurs blocs, à la manière d'un damier.
Illustration image 3D damier
Illustration d'une image 3D damier
Les TV 3D compatibles avec ce type de sources disposent d'un mode d'image activable dans les réglages permettant de reconstituer les images droite et gauche avant de les diffuser alternativement (dans les cas des TV 3D actives) ou une ligne sur deux (avec les TV 3D passives).
Un ordinateur équipé d'une carte graphique compatible et des logiciels adéquats permet également d'afficher des images en relief sur une TV 3D ou un moniteur 3D.
TV 3D : efficacité selon les sources
Source Définition Profondeur Effet de jaillissement
Blu-ray 3D
+ + +
+ + +
+ + +
Vidéo Side by Side
+
+ +
+
Convertisseur 2D vers 3D
+
+
Les images en relief s'invitent donc à la maison au travers des TV 3D et si certains restent septiques, d'autres trouvent que l'immersion 3D est une révolution. Quoi qu'il en soit, il y a fort à parier que les constructeurs vont inclure de plus en plus de modèles 3D dans les gammes d'écran à venir. Les sources "3D" de tous types devraient également se démocratiser (cadres photos numériques 3D, caméscope 3D, appareils photos 3D, etc.).

La 3D sans lunettes, aujourd'hui chez les professionnels, partout demain ?

Oui, il est déjà possible de voir des images en 3D sans lunettes. Par exemple, Alioscopy®, propose des écrans LCD auto-stéréoscopiques. Ils fonctionnent à partir de sources contenant 8 images différentes pour chaque scène. L'écran est recouvert d'optiques lenticulaires permettant de voir en 3D sans lunettes tout en étant positionné à différents endroits.
Illustration revêtement écran Alioscopy
Illustration du revêtement qui équipe les écrans Alioscopy® Source : http://www.alioscopy.eu/fr/principes.php
Des écrans de ce type sont utilisés dans les domaines de la communication, de l'événementiel, etc.

La 3D sans lunettes pourrait prochainement se démocratiser, Toshiba a présenté à l'occasion du salon de l'IFA 2011 une TV 3D ne nécessitant pas l'utilisation de lunettes, le modèle Toshiba 55ZL2.
L'écran de la TV est équipé d'un réseau lenticulaire qui permet de diffuser les images en 3D, sans nécessiter le port de lunettes, selon différentes perspectives (neuf au total). Chacune est adaptée à une position de visualisation. Une caméra intégrée à la TV détecte la position des spectateurs pour permettre d'ajuster au mieux la zone de visualisation 3D.
Illustration de la diffusion 3D sans lunette de la TV Toshiba 55ZL2
Illustration de la diffusion 3D sans lunette de la TV Toshiba 55ZL2
Dolby a présenté à l'occasion du salon CES 2013 un prototype de TV 3D sans lunettes. Utilisant la technologie Dolby 3D® développée conjointement avec Philips ce modèle couvrirait un angle de vue de 160 degrés environ. Ce prototype utilise une dalle 4K, la mise sur le marché de ce type de TV pourrait intervenir d'ici deux ans.
TV 3D sans lunettes Dolby 3D
Illustration de la technologie de TV 3D sans lunettes Dolby 3D® (crédit : Dolby®)
La technologie holographique pourrait également permettre d'afficher des images 3D. Actuellement en développement, elle repose sur l'utilisation de lasers qui vont éclairer un objet. En comparant la lumière émise par le laser et celle réfléchie par l'objet, il est possible, via un réseau de diffraction de créer une image 3D de l'objet.


La technologie 3D est donc déjà parmi nous et son évolution devrait nous surprendre dans les années à venir en rapprochant de plus en plus la fiction à la réalité. On peut imaginer le salon du futur, associant la diffusion d'images 3D à des effets sensoriels (vibrations, simulateurs de soufflement, etc.) afin de vivre une expérience 4D...

En attendant, si vous souhaitez déjà franchir le cap vous pouvez consulter :
LCD-Compare Team (Tom) - Mise à jour du dossier en Avril 2013
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ODR BONS PLANS