Cône de vision

Lorsqu'un observateur regarde un écran dont la taille est infinie, chaque point de la surface d'affichage est vu d'une direction différente , comme illustré sur la figure 1. Deux points de l'écran ne sont jamais vus de la même direction. Plus l'écran est grand et plus l'observateur est proche, plus la direction de vision varie sur toute la surface de l'écran.

Dans le langage courant, la direction de vision est souvent appelée « angle de vision ». Il s'agit d'une expression mal choisie qu'il convient d'éviter, car la direction de vision est spécifiée par deux angles polaires : l'angle d' inclinaison , θ (mesuré par rapport à la normale à la surface de l'écran) et l' angle d'azimut , Φ, mesuré dans le plan de l'écran, comme illustré sur la figure 3.

Sur la figure 2, l'œil représente l'observateur fixant un point précis de l'écran, correspondant à l'origine du système de coordonnées polaires. La flèche verte indique la direction d'observation. Cette direction est définie par l'angle d' inclinaison θ, mesuré par rapport à la normale à la surface de l'écran (flèche verticale bleue), tandis que l' angle d' azimut Φ est l'angle que forme la projection de la direction d'observation sur la surface de l'écran avec l'axe des abscisses (flèche rouge). Cette projection est représentée ici par l'ombre de la flèche verte. L'angle d' azimut Φ augmente dans le sens antihoraire, comme illustré sur la figure 3.

La multitude de directions à partir desquelles un écran peut être vu sans artefacts ni distorsions qui rendraient impossible son utilisation prévue (par exemple, travail de bureau informatisé, télévision, divertissement) est appelée cône de vision (même si sa forme peut être celle d'un cône généralisé ).

Le concept de cône de vision a été introduit pour la première fois dans la norme internationale ISO 13406-2 :2001 « Exigences ergonomiques pour le travail avec des écrans plats – Partie 2 : Exigences ergonomiques pour les écrans plats ». Cette norme propose une classification des moniteurs d’ordinateur à écran LCD selon l’ angle de vision utilisable pour la tâche prévue (ici : travail de bureau) sans diminution des performances visuelles. Cette classification repose sur des « classes d’angle de vision », l’angle de vision correspondant au cône de vision .

La norme ISO 13406-2 décrit une procédure complexe permettant d'évaluer le cône de vision utile à partir de mesures de luminance et de chromaticité en fonction de la direction d'observation. Elle introduit quatre classes de direction de vision , la première (classe I) correspondant à un cône de vision large pour de nombreux observateurs simultanés, et la dernière (classe IV) à un écran dit « de confidentialité » avec un cône de vision très restreint .

Selon l'usage prévu d'un écran (travail de bureau, divertissement, home cinéma, etc.), les exigences relatives à l'affichage varient. La norme ISO 9241-300, qui a succédé à la norme ISO 9241-300, définit les voies de conformité pour différentes applications d'affichage.

Les directions d'observation sont représentées de manière pratique dans un système de coordonnées polaires, l'angle d'inclinaison θ étant la distance radiale à l'origine et l' azimut Φ augmentant dans le sens antihoraire, comme illustré sur la figure 4. Dans ce système de coordonnées, chaque point correspond à une direction d'observation . Un cône de visée est ainsi défini par un lieu géométrique (une droite fermée) dans ce système de coordonnées, comme indiqué par le rectangle et l'ellipse de la figure 4.

Si un cône de vision est spécifié par seulement quatre directions (par exemple dans le plan horizontal et le plan vertical), il n'est pas clair s'il s'agit du rectangle ou du cône elliptique selon la figure 4. Afin de résoudre cette ambiguïté, le cône de vision doit être spécifié par au moins 8 directions, situées dans le plan horizontal et vertical et dans les deux plans diagonaux (Φ = 45° et 135°).

Chaque direction du système de coordonnées polaires de la figure 4 peut se voir attribuer une quantité physique (scalaire), par exemple la luminance, le contraste, etc. Cette quantité peut ensuite être représentée par des lignes de valeurs égales (lignes de contour), par des nuances de gris ou par des pseudo-couleurs (comme indiqué dans la figure 4).

Un cône de vision peut être défini à partir d'une application donnée et de la géométrie d'observation associée. On obtient ainsi un ensemble de directions qui spécifient le cône de vision requis pour cette tâche. À l'intérieur de ce cône, certains paramètres physiques liés aux performances visuelles du dispositif d'affichage doivent rester dans certaines limites (dépendant de la tâche).

Un cône de vision peut également être déterminé par des mesures (en fonction de la direction de vision ) effectuées avec un dispositif d'affichage donné, dans des conditions de fonctionnement spécifiées. Le cône de vision est alors obtenu en limitant les valeurs d'une grandeur visuelle (par exemple, le contraste) qui, pour une application donnée, doivent être supérieures à 10 (voir par exemple les seuils du cône de vision définis par la norme VESA FPDM2 307-4 ). La ligne pour laquelle le contraste est égal à 10 définit alors le cône de vision .

Des expériences récentes ont montré que le cône de vision acceptable est davantage déterminé par la diminution de la luminance et la modification de la chromaticité que par la diminution du contraste. Des comparaisons exhaustives entre expériences et mesures ont été réalisées afin d'identifier les grandeurs et les valeurs limites correspondantes qui définissent le cône de vision apparent des écrans de télévision LCD et PDP. L'un des résultats est que « la luminance aux niveaux de gris intermédiaires à élevés détermine la qualité d'image en fonction de la direction de vision, et non le rapport de contraste ». Ce résultat concorde avec d'autres recherches qui « établissent une faible corrélation entre le rapport de contraste et la qualité d'image perçue ». De plus, « non seulement les coordonnées chromatiques des primaires, mais surtout celles du point blanc jouent un rôle important et doivent être intégrées dans une métrique dépendant de la direction de vision ». Les auteurs concluent que « pour les écrans LCD, cette nouvelle métrique induit un cône de vision de l'ordre de 70° à 90° (angle sous-tendu), donc considérablement inférieur à celui généralement spécifié sur la base d'un contraste minimal de 10. Pour les écrans PDP, cette nouvelle métrique offre la même plage de direction de vision que la spécification actuelle qui utilise une réduction de luminance de 50 % ». Dans la terminologie présentée ci-dessus (et illustrée figure 2), un cône de vision de 70° à 90° (angle sous-tendu) correspond, pour un cône de vision à symétrie de révolution, à un angle d'inclinaison maximal de 35° à 45°.