Hormis les spécifications image, d’autres paramètres importants déterminent le choix d’un vidéoprojecteur comme l’usage qui peut être fait, et les servitudes qui marqueront toute la vie d’un appareil donné.

Positionnement, choix de l’optique, environnement

En premier lieu, il importe de déterminer si le projecteur est destiné à une installation fixe ou à un usage « nomade ». Dans les cas simples, on pourra choisir un projecteur à objectif fixe, les variations de focales permises par la plupart des zooms (focales variant couramment dans un rapport 1,2 à 1,5) permettant de faire face aux légers déplacements du projecteur, ou modifications de la taille de l’écran… voire, surtout, aux imprécisions des spécifications.

En effet, la focale de l’objectif est déterminée par la distance de projection et la taille de l’image souhaitée (elle-même déterminée par celle de la partie utile de l’écran). S’il s’agit de spécifier un projecteur devant servir dans des cas de figure éminemment variés, on est amené à opter pour des projecteurs à objectifs interchangeables et se doter du ou des objectif(s) permettant de couvrir toutes les situations.
Les constructeurs proposent divers outils pour sélectionner l’objectif à utiliser. Au niveau des spécifications, le rapport de projection, qui exprime le rapport entre la base de l’image et la distance de projection, donne une première orientation (voir figure 1).

Ensuite, certains fabricants proposent des abaques ou des nomographes (voir figure 2), des petits logiciels ou des feuilles de calcul (« configurateurs ») qui permettent de trouver l’objectif le plus adapté en fonction des caractéristiques de l’application (distance, taille d’image).

Le positionnement du projecteur peut également être limité par les spécifications constructeur. Dans le cas général, l’appareil peut être installé à plat à l’horizontale et à l’endroit, pour une projection en format horizontal (« paysage »), mais certaines applications demandent qu’il soit incliné, voire vertical.

Les projecteurs dotés d’une grosse lampe à arc ne l’acceptent pas, et dans ce cas, il faudra faire appel à une déviation du trajet lumineux au moyen de miroirs. La plupart des projecteurs permettent une inversion haut-bas de l’image, et aussi parfois une inversion droite-gauche. Cela permet de compenser l’effet du montage au plafond « tête en bas » (fréquent dans les petites salles de conférence), de la rétro-projection et de la réflexion par des miroirs. Plus rarement, on sera intéressé par une projection en format vertical (« portrait »). Le projecteur devrait donc être placé sur le flanc. Il y a lieu de s’assurer que l’appareil l’accepte.

La cause principale des limitations de position est la nécessité de refroidir efficacement la source lumineuse, avec un problème de sécurité à la clé (danger d’explosion des lampes). Pour les projecteurs exploitant une source « solide » (LED, diode[s] laser), ce genre de limitation n’existe habituellement pas (a fortiori si la source laser est déportée dans une baie et reliée par fibre optique à l’unité de projection).
Signalons au passage que les projecteurs équipés d’une lampe à arc doivent aussi, en général, se conformer à des procédures de mise en marche et d’arrêt (gérées par le système de contrôle intégré, tant que celui-ci est sous tension). L’amorçage de la lampe n’est pas totalement immédiat, et le projecteur n’est opérationnel que quelques secondes après la mise sous tension.
En revanche, à l’extinction, la lampe doit être ventilée jusqu’à refroidissement complet avant la mise hors tension, ce qui signifie qu’il faut laisser le projecteur s’arrêter de lui-même et qu’il ne faut pas couper le secteur avant la fin de son cycle d’extinction (risque d’usure prématurée et d’explosion de la lampe). Cette obligation est parfois facultative pour certains types de lampe de basse puissance (<200 W), qui permettent aussi le démarrage à chaud.

Différentes catégories d’optiques de projection

Les objectifs pour la vidéoprojection sont traditionnellement classés en plusieurs catégories (voir figure 3) :

– Moyen ou standard : On qualifie ainsi les objectifs dont le rapport de projection est proche de 1, ou, plus simplement, le modèle de base qui est le plus courant et le moins cher. C’est ce genre d’optique qui équipe habituellement les projecteurs à objectif non interchangeable (figure 4).

– Fond de salle : On qualifie ainsi les objectifs à longues distances focales, qui sont adaptés à la projection à partir d’une cabine disposée face à l’écran derrière le public. Les rapports de projection vont de 5 à 10 et au-delà (figure 5).

– Grand angle : On qualifie ainsi les objectifs dont le rapport de projection est inférieur à l’unité. Ceux-ci permettent d’obtenir de grandes images sans nécessiter un important recul du projecteur. Ils sont plutôt adaptés à des circonstances où l’opérateur est à proximité (conférences), ou à l’installation au plafond non loin de l’écran. Ce genre de situation est souvent générateur d’importants décalages verticaux (figure 6).

– Très grand angle / très courte distance :
Les projecteurs équipés de ce genre d’optique sont souvent destinés aux applications de présentations et de conférences interactives. Ils se placent tout près de l’écran. Cette situation est généralement associée à de très fortes distorsions géométriques de l’image, qui nécessitent une correction électronique énergique et rarement exemple d’artefacts, ainsi que de sensibles non-uniformités. Certains de ces projecteurs utilisent une optique de sortie à miroir et non à lentille (figure 7).

Il y a plusieurs moyens pour obtenir un projecteur capable de faire de grandes images « à bout portant » : ou bien utiliser un objectif à très courte focale, apparenté aux « fish eyes » (à gauche, placé à 1 m de l’écran, le projecteur EH415ST (permet d’obtenir une image de 100 pouces [2,54 m]), ou bien utiliser une optique de sortie à miroir et une forme non conventionnelle (à droite, le W330UST d’Optoma donne la même taille d’image avec 50 cm de recul seulement).

– Objectifs (très) spéciaux : Il existe des « moutons à 5 pattes » destinés aux projecteurs à objectifs interchangeables. Par exemple, on trouve des objectifs à très courte focale pour les projecteurs de grande puissance, bien, que la très courte focale soit en général l’apanage de projecteurs de puissance modeste et à objectif fixe.

– Il y a aussi des cas où on doit projeter sur une sphère. Plutôt que de faire appel à la distorsion électronique de l’image (warping), avec une kyrielle d’inconvénients (manque de précision, perte de définition, artefacts, couverture très partielle de la sphère), on peut utiliser un objectif spécial (du genre fish eye), capable de couvrir une importante partie d’un écran sphérique avec un seul projecteur (voir figure 8).

On notera que, chez les constructeurs qui proposent une large panoplie d’objectifs interchangeables, les types les plus courants existent en variante « standard » et en variante « haute luminosité ». En effet, un objectif absorbe une quantité de lumière pas forcément négligeable (surtout s’il s’agit d’un zoom de grande amplitude, dont la formule optique peut être complexe), et les modèles sans compromis sur la perte de flux sont plus onéreux.
La plupart des objectifs destinés aux projecteurs professionnels (événementiel, touring) sont réglables au moyen de systèmes motorisés. Ces systèmes sont intégrés aux objectifs, et donc interchangeables avec eux. Il en est ainsi des fonctions de mise au point (focus), de focale (zoom) et parfois aussi de décalages (offset). L’ensemble de ces systèmes rend les objectifs interchangeables plus coûteux et fragiles et demande un soin particulier lors de leur mise en place.

L’environnement climatique du projecteur doit être tel que les calories puissent s’évacuer normalement. Dans une cabine étroite, la température risque de monter rapidement si elle accueille un projecteur de forte puissance (a fortiori plusieurs) et si elle ne possède pas une ventilation énergique. Il est exclu d’enfermer les projecteurs dans un placard étanche !
De même, l’humidité relative est en général un facteur à surveiller. Question jamais évoquée ou presque, l’indice de protection des vidéoprojecteurs est rarement spécifié. De fait, ces appareils ne sont pas prévus pour fonctionner en extérieur sans précautions particulières. A notre connaissance, il n’existe pas de vidéoprojecteur étanche. Si le cas se présente, il y a lieu de prévoir des protections adéquates contre les intempéries (projections d’eau, par exemple), tout en respectant les impératifs du refroidissement et… de la qualité optique.
L’ambiance qui doit régner autour du projecteur en fonctionnement est spécifiée par le fabricant en termes de température (la plage est souvent étroite, de l’ordre de +5-30°C), d’humidité relative et d’absence de condensation (voir figure 9). Une spécification similaire est souvent fournie pour les conditions de stockage.

Niveau de bruit

Un vidéoprojecteur en fonctionnement gère un flux d’air de refroidissement avec plusieurs ventilateurs et peut, par conséquent, s’avérer bruyant. Certaines applications (théâtre, studio de télévision…) très exigeantes en ce qui concerne le niveau de bruit, peuvent justifier l’implantation d’une cabine séparée pour le ou les projecteurs. Le niveau de bruit est souvent indiqué en dBA (il faut vérifier que c’est bien en mode normal et non en mode « éco »)… mais les conditions de mesure sont rarement détaillées.

Traitement du signal interne

Le but du traitement du signal intégré aux projecteurs est de faire l’interface entre l’entrée vidéo sélectionnée et le moteur électro-optique de projection, tout en prenant en compte certaines contraintes liées à l’environnement de l’application. Si on excepte le cas devenu marginal de la prise en charge de signaux vidéo analogiques, dans lequel le traitement effectue une extraction des signaux de synchronisation, génère une horloge d’échantillonnage et effectue une conversion analogique/numérique, l’ensemble du traitement de signal est désormais numérique et utilise des technologies à base d’algorithmes (DSP) ou de circuits logiques programmables (FPGA), voire un mélange des deux.

La richesse des fonctions de traitement interne peut être un paramètre décisif.
Outre le choix des signaux d’entrée, on prendra en compte surtout les possibilités d’adaptation de l’image à l’environnement : zoom, recadrage, inversion droite/gauche et haut/bas, corrections de trapèze H et V (lorsque la correction optique ne suffit pas ou n’est pas ajustable), possibilité d’adoucir les bords pour fusionner des images adjacentes, et, last but not least, la possibilité d’adapter la morphologie de l’image pour projeter sur des surfaces non planes, régulières (sphérique, par exemple), ou irrégulières (notamment en architecture). Ces fonctions sont appelées warping (littéralement : gauchissement, déformation).

On s’intéressera aussi à la possibilité d’actions sur l’intensité et la couleur de l’image, en particulier pour les applications critiques du point de vue de la colorimétrie (studio) et pour la réalisation d’images composées (harmonisation des couleurs entre les divers projecteurs qui font l’image).
Les projecteurs les plus puissants et polyvalents possèdent des fonctions logicielles sophistiquées (parfois optionnelles), qui permettent de réaliser le raccordement de plusieurs images et l’adaptation à des surfaces non planes avec l’aide d’une caméra externe, dans une procédure partiellement automatique (voir figure 10).

Contrôle

Le système de contrôle est l’élément clé de l’ergonomie du projecteur en fonctionnement. Le plus basique consiste en un menu aux rubriques accessibles au moyen de touches de navigation situées sur l’appareil lui-même (voir figure 11). Au niveau supérieur, la télécommande offre les mêmes options, mais, avec des touches d’accès direct aux fonctions les plus sollicitées.

De plus en plus d’appareils peuvent se contrôler à partir d’un ordinateur ou d’une tablette externe, soit avec une interface simple (RS-232, USB…), soit au travers d’un réseau. Ou bien le projecteur dispose d’un mini-site web qui permet de piloter les diverses fonctions et remonter des informations avec une présentation et une ergonomie plus évoluées, le tout protégé par mot de passe, ou bien il faut installer un logiciel sur l’ordinateur à partir duquel on veut piloter l’appareil (ou les appareils).

Consommation électrique, rendement énergétique

La consommation électrique des vidéoprojecteurs est souvent spécifiée en valeur maximale en fonctionnement. Le réseau électrique est spécifié en tension et en fréquence. La plupart des projecteurs ayant une alimentation électronique ont, en générale, une entrée secteur dite « universelle », c’est-à-dire qu’ils sont capables de fonctionner sur des tensions allant de moins de 100 V à 250, voire 270 V, en 50 et 60 Hz. Une tolérance plus réduite et un mode bitension à commutation manuelle peuvent éventuellement se rencontrer sur les projecteurs plus puissants. Les projecteurs possèdent aussi un mode veille (ou standby) et la consommation dans ce mode est indiquée.

Pour les calculs thermiques, on peut considérer en première approximation que la puissance électrique consommée par le projecteur est intégralement transformée en chaleur. On obtiendra la dissipation en cal/s en divisant la valeur en watts par 4,17. Lorsque la dissipation thermique est spécifiée, elle l’est souvent en Btu/h, la Btu (« British Thermal Unit ») étant à la calorie ce que le foot est au mètre.

1 Btu = 1 055 J = 252,16 cal… donc 1 Btu/h est sensiblement égal à 1 055/3600 = 0,293 W = 0,00702 cal/s.
Exemple : un projecteur Barco HD4X-4K14 est spécifié pour une dissipation maximale de 9383 Btu/h sous 200-240 V.

Cela équivaut à 2,749 kW, à rapprocher de la consommation spécifiée, qui est de … 2,50 kW (voir figure 12). Remarquons que, par chance, les vidéoprojecteurs ne sont pas assujettis aux mêmes critères de rendement lumineux que les ampoules d’éclairage (lumens/W). Sur ce genre de critère, ils seront toujours hors course !

Accessoires, systèmes d’accrochage et d’accouplement

Les efforts nécessaires à intégrer les projecteurs dans les applications sont de nature et d’ampleur très variées, depuis l’utilisation immédiate jusqu’à la réalisation de toute une infrastructure mécanique sur mesure, en passant par l’utilisation de quelques accessoires prêts à l’emploi fournis par le constructeur et par un mélange de pièces sur mesure et d’accessoires standards.
Les projecteurs de taille moyenne disposent de pas de vis sur le dessous, qui permettent un montage « tête en bas » par l’intermédiaire d’une platine optionnelle, avec éventuellement un mât télescopique pour ajuster la hauteur. Les gros projecteurs sont souvent munis d’anneaux permettant de les suspendre à des câbles munis de crochets.

Certains constructeurs proposent aussi des châssis qui protègent le projecteur lors de sa manutention, tout en facilitant les opérations. Ils proposent aussi des structures permettant d’accoupler des projecteurs pour réaliser de grandes images, soit par superposition (multiplication de la luminosité), soit par juxtaposition.
On l’aura compris, la richesse du catalogue d’accessoires associé aux projecteurs peut être un argument, mais dans les designs complexes, on n’échappera pas à la réalisation de pièces spéciales par des mécaniciens qualifiés, d’autant plus que les matériels aussi lourds suspendus au-dessus du public ou des artistes posent des questions de sécurité qu’on ne peut pas se permettre d’éluder (voir figure 13).

Enfin, parmi les accessoires, il ne faut pas oublier les outils et autres additifs logiciels qui faciliteront le pilotage et la surveillance des projecteurs et, le cas échant, seront d’un grand secours pour adapter l’image aux écrans non plans et/ou régler automatiquement le raccordement de plusieurs projecteurs pour réaliser de grandes images très lumineuses.

Types d’écran, gain d’écran :

Le choix de l’écran est déterminant sur le résultat. Le but de l’écran n’est pas de réfléchir la lumière, comme le ferait un miroir (réflexion spéculaire), mais de la renvoyer et de la diffuser (voir figure 14). Lorsqu’un rayon lumineux frappe la surface d’un écran, il est réfléchi dans toutes les directions du demi-espace contenant le rayon incident.
Plus cette réflexion est orthotrope et plus l’angle de vision est étendu (idéalement, il serait de 90° de part et d’autre de l’axe de l’écran). La réflectance est le rapport du flux réfléchi au flux incident. Idéalement, elle est de 1 (elle peut aussi s’exprimer en %, l’idéal coïncidant avec le maximum absolu de 100 %).

Une surface qui réfléchit parfaitement la lumière dans toutes les directions est dite lambertienne (elle obéit à la loi de Lambert, c’est-à-dire que l’intensité de chaque élément de surface dans une direction donnée θ est donnée par I = I0 cosθ, où I0 est l’intensité dans la direction perpendiculaire à l’élément de surface (voir figure 15).
Un étalon lambertien est un échantillon de surface réfléchissante, répondant parfaitement à la loi de Lambert (en d’autres termes, c’est un morceau d’écran idéal !). Le gain d’un écran correspond au rapport entre l’intensité que réfléchit cet écran dans la direction du faisceau incident à l’intensité que réfléchirait un étalon lambertien dans la même direction (éventuellement corrigée des différences de réflectance).

La plupart des toiles réfléchissantes ont un gain voisin de 1. Ce gain est idéal dans les situations où il y a un public nombreux réparti dans toutes les directions autour de l’écran, car l’angle de vision est très large.
En revanche, il y a plusieurs inconvénients : la lumière du projecteur est diffusée dans toutes les directions de l’espace, il faut donc un projecteur très puissant pour obtenir un fort impact.
Par ailleurs, les lumières ambiantes sont réfléchies de la même manière et affaiblissent le contraste effectif. On peut tenter d’y remédier en utilisant un écran présentant un gain supérieur à l’unité (le summum étant atteint par les écrans « perlés », dont la surface est tapissée de microbilles de verre). L’inconvénient est une restriction de l’angle de vision (voir figure 16).

A l’inverse, on peut utiliser une toile à gain inférieur à 1 (par exemple 0,8). De telles toiles dites « à fort contraste » sont, en fait, un peu grises, le faible gain est essentiellement lié à une baisse de la réflectance. Elles réfléchissent moins les lumières parasites mais il faut, pour les utiliser, un projecteur de grande puissance. De telles toiles sont surtout destinées aux applications de cinéma.

La maintenance

Dans une installation bien gérée (ou dans un parc de location/prestation), ce qu’on doit prendre en compte n’est pas seulement l’investissement initial, mais le « coût de possession », plus connu sous l’idiome anglo-saxon « Lifecycle cost ». Il intègre l’investissement initial (frais d’installation compris), le coût de fonctionnement (incluant le prix des consommables et la maintenance préventive) et le coût de la fin de vie (démantèlement ou recyclage). Sans aller de manière exhaustive dans le détail, il y a une chose qu’il faut absolument prendre en compte, c’est la maintenance. Soyons clairs, aucun vidéoprojecteur, même s’il est très fiable, n’est absolument exempt de maintenance.

Même s’il utilise une source lumineuse « solide » (LED, diode laser), dont la durée de vie est estimée à 20 000 heures ou plus, même s’il dispose d’un moteur optique scellé étanche aux poussières et d’une électronique hautement fiabilisée, il reste inévitablement un point faible : le refroidissement. Le maintien des performances optimales exige le nettoyage périodique des filtres intercalés dans le chemin de l’air de refroidissement, et, le cas échant, leur remplacement.

La durée de vie des sources lumineuses est spécifiée par les fabricants. La fin de vie peut signifier que l’enveloppe de la lampe est obscurcie et que, par conséquent, la luminosité a considérablement diminué, mais une lampe en fin de vie peut aussi présenter des difficultés à s’amorcer, et surtout des risques d’explosion.
Si donc on est tenté d’aller au-delà de la durée d’utilisation recommandée, … c’est à ses risques et périls. Signalons que beaucoup de projecteurs possèdent un mode dit « économique » dans lequel la lampe fonctionne à un courant réduit (Bien entendu, la contrepartie est une diminution de la luminosité (flux)).

Les avantages sont :
– Un allongement de la durée de vie de la lampe (souvent mentionné dans les spécifications)
– Une moindre consommation électrique
– Une réduction des besoins de refroidissement, donc du niveau de bruit des ventilateurs.

La plupart des projecteurs intègrent dans leur logiciel d’exploitation un compteur horaire qui comptabilise le temps de fonctionnement de la lampe, et génère des messages d’alarme dans le logiciel d’exploitation, et qu’il convient de remettre à zéro à chaque remplacement de lampe.
Selon les puissances, les durées de vie annoncées pour les lampes à arc vont de 600/800 heures à 5000/8000 heures en mode « éco ». La moyenne se situe vers 1000/2000 heures. La plupart des projecteurs à source « solide » revendiquent des durées de 20 000 heures sans maintenance… (soit 5 ans et demi à raison de 10 heures tous les jours sans exception). On oserait difficilement prendre cela au pied de la lettre.

Fiabilité (MTBF, MTTF, MTTR), durée de vie, modes de défaillance, etc.

La moindre des indications de fiabilité consiste en une spécification de MTBF (temps moyen avant la première panne). Parmi les pannes les plus fréquentes, il faut compter les pannes d’alimentation. Il s’agit là d’une des parties les plus stressées des appareils, surtout à lampe (présence de haute tension et haute fréquence à haute énergie).
Les autres indications relatives à la fiabilité (MTTR, temps moyen de réparation, MTTF, temps moyen entre pannes, λ, taux de défaillances, etc.) ne sont jamais évoquées. Concernant la durée de vie, on mentionne usuellement celle de la source, sachant que le critère de fin de vie n’est pas nécessairement la défaillance totale de l’élément (allumage impossible), mais une certaine perte d’intensité lumineuse.

En conclusion…

En conclusion, le dépouillement des spécifications d’un vidéoprojecteur peut s’avérer épineux, tellement les paramètres sont nombreux et complexes et la part du marketing peut être prépondérante dans certaines des caractéristiques mises en exergue par le fournisseur: Luminosité (flux), contraste et résolution.
D’autre part, il y a, on l’a bien compris, des pièges, et des manières de présenter les choses qui font la part belle à certains aspects et escamotent consciencieusement les « sujets qui fâchent », ou, plus simplement, des caractéristiques particulières qui s’avèreront décisives pour telle ou telle application.
Par exemple, il arrive qu’on mette en avant la résolution maximale prise en compte par l’électronique embarquée, en n’insistant pas trop sur le fait que la résolution native de l’appareil est très inférieure. Comme dans un contrat d’assurance, il faut bien lire les petites lignes et ne pas hésiter à demander des compléments d’informations sur ce qui n’est que suggéré.

Dans les prochains épisodes de cette saga sur la vidéoprojection, nous allons précisément détailler le « comment ça marche », en passant en revue les technologies utilisées dans les divers sous-ensembles fonctionnels qui constituent les vidéoprojecteurs, ainsi que leurs principales caractéristiques, leurs avantages et inconvénients respectifs.

Pour en savoir plus : The ICDM standard, the IDMS1 (Information Display Measurement Standard) was released June 1, 2012. It is the definitive display measurements standard, from the ICDM (International Committee for Display Metrology), cliquer sur le lien ici.

Et avec les autres épisodes :

• Lien Ep1 : La vidéoprojection face aux écrans, les compromis sur l’image
• Lien Ep2 : La vidéoprojection face aux écrans led, à chaque environnement sa solution
• Lien Ep3 : Spécifier un projecteur : Spécifications relatives à l’image
• Lien EP5 : Spécifier un vidéo projecteur : Des interfaces vidéo pour la vidéoprojection
• Lien EP6 : Spécifier un vidéo projecteur : Des interfaces vidéo très haute résolution

Luminosité, contraste, résolution, colorimétrie, autant de paramètres que les constructeurs de vidéoprojecteurs s’évertuent à présenter de la manière la plus flatteuse et que cet article démystifie pour permettre la comparaison et le choix éclairé des appareils.

L’offre de vidéoprojecteurs est devenue pléthorique et d’une grande variété. Elle s’étend des appareils grand public relevant du gadget distrayant, comme les pico-projecteurs et les soi-disant vidéoprojecteurs intégrés dans certains Smartphones, jusqu’aux énormes et monstrueuses machines pour les grands événements, qu’on ne voit qu’exceptionnellement, en passant par les projecteurs portables destinés aux réunions et petites conférences au bureau et les projecteurs de Home Cinema plus ou moins prestigieux.

Si on met de côté les projecteurs de cinéma numérique au spectre d’application très restreint et les dispositifs trop manifestement « gadgétiques », il reste souvent un large choix pour chaque application, et les spécifications des constructeurs ne permettent pas toujours d’effectuer un choix bien éclairé (ce qui serait tout de même la moindre des choses !). Il est des pièges qu’il faut connaître, et c’est le modeste objet de cet exposé.

La luminosité

Dans la plupart des applications en spectacle, la luminosité des images est un critère essentiel pour qu’elles ne soient pas dominées par les lumières ambiantes (lumière naturelle si on est en plein jour, lumière de l’éclairage du spectacle si on est en salle ou de nuit). L’habitude veut que la luminosité des projecteurs soit définie par le flux émis par le projecteur pour une image toute blanche. Il se mesure en lumens, tout comme le flux des appareils d’éclairage.
Mais peut-on comparer un vidéoprojecteur fournissant 10 000 lumens et une source d’éclairage de 10 000 lumens, et conclure que ces deux appareils cohabiteront de manière harmonieuse dans un spectacle ? Rien n’est moins sûr ! En effet, l’usage n’est pas le même. Un projecteur d’éclairage est destiné à être utilisé la plupart du temps à sa puissance maximale ou nominale, alors que la lumière d’un vidéoprojecteur est modulée en permanence et son niveau moyen est habituellement de l’ordre de 30 % (valeur moyenne communément retenue pour les films).

Contrairement aux projecteurs d’éclairage qui peuvent concentrer la totalité de leur flux dans un faisceau serré de forte intensité, le flux du vidéoprojecteur s’étale en permanence sur la totalité de la surface utile de l’écran. Si on veut animer des spectacles avec une image projetée de grande dimension avec un impact capable de rivaliser avec de puissants éclairages et des effets de faisceau ou des poursuites, on est donc rapidement poussé à utiliser des vidéoprojecteurs avec un flux spécifié considérable, voire des batteries de vidéoprojecteurs.
Pour mesurer le flux issu d’un vidéoprojecteur, il est d’usage de mesurer l’éclairement au centre de l’image (ou en plusieurs points de l’image pour en tirer une valeur moyenne, (voir figures 1 et 2), et de multiplier le résultat trouvé par la surface de l’image en m2. Cette manière de faire présuppose que le flux se répartit de manière parfaitement uniforme sur toute la surface de l’image… ce qui demanderait à être vérifié !

En effet, dans tout vidéoprojecteur (et surtout ceux qui utilisent une lampe comme source de lumière), il y a un compromis entre le flux et l’uniformité (l’uniformité se mesure en %, l’optimum étant 100 %, des valeurs supérieures à 95 % sont correctes). En effet, la position de la lampe dans son réflecteur et dans le système de collection de lumière est idéalement telle que la partie la plus lumineuse et la plus uniforme de l’arc soit utilisée.
Mais on peut souvent « s’arranger» pour obtenir un flux supérieur en tolérant un « point chaud » au centre de l’image. Cela est souvent aggravé par le fait que les optiques présentent habituellement une moins bonne transparence sur les bords et apportent donc un effet de « vignettage ». Il faut noter qu’une uniformité médiocre est source de problèmes lorsqu’on utilise des projecteurs juxtaposés avec raccordement d’images.

Le contraste

Sujet controversé, objet de nombreuses méthodes parfois ingénieuses et alimentant des circonvolutions qui tiennent plus du marketing que de la technique pure et dure et de l’intérêt réel du consommateur, le contraste est un sujet délicat, qui pourrait revenir au premier plan des préoccupations avec la mode des images à forte dynamique (HDR). Disons-le tout net, cela n’a pas beaucoup de sens dans un environnement gavé de lumières ambiantes, et le contraste est une donnée tout à fait accessoire comparée au flux. Sacrifions néanmoins à la mode.
Le contraste est un nombre sans dimension (comme l’exprime l’affreux anglicisme « rapport de contraste » ou « taux de contraste », traduction servile de l’idiome consacré « contrast ratio ») qui exprime la dynamique d’un appareil de visualisation, en d’autres termes le rapport entre la lumière la plus puissante qu’il est capable d’émettre (le « blanc maximal ») et la lumière la plus faible (en d’autres termes « le noir ») qu’il est capable de produire.

Toutes les différences viennent des conditions dans lesquelles on effectue la mesure :

– Première condition (totalement irréaliste par rapport à la « vraie vie »), la mesure s’effectue dans un environnement de laboratoire spécialisé (murs noirs, rideaux noirs, toutes lumières éteintes…). Cela ne correspond même pas à la réalité des « salles obscures » du cinéma !
– Deuxième condition : quel est le « blanc » et quel est le « noir » ?

Plusieurs manières de procéder correspondent à diverses méthodes de mesure (standardisées ou recommandées) et peuvent aboutir à des résultats sensiblement différents :

1- Image entièrement blanche/image entièrement noire (méthode dite « on/off »).

2- Contraste intra-image : Plusieurs possibilités se présentent pour l’image représentative d’une utilisation réelle, sinon réaliste, du projecteur. Habituellement, on choisit une image avec une ou plusieurs parties blanches sur fond noir. Par exemple un petit rectangle blanc central sur fond noir ou un damier noir et blanc comme le préconise la mesure ANSI (voir figure 3).

On peut aussi faire appel à des points blancs sur fond noir, représentatifs d’un ciel étoilé. L’UER (EBU) préconise une image plus complexe, avec un carré blanc central et des carrés noirs, le tout sur un fond gris, avec un niveau de luminosité moyenne représentatif de ce qu’on trouve sur les films.

Ces méthodes donnent de moins bons chiffres car de la lumière issue des parties blanches de l’image peut diffuser ou se réfléchir dans les parties noires. Elles sont aussi plus réalistes par rapport aux conditions réelles d’utilisation (il faut aussi prendre de grandes précautions lors de la mesure pour éviter les reflets dans le capteur de mesure).

La nouvelle norme SID/ANSI propose une multitude de mesures, correspondant à divers contextes et adaptées à plusieurs types d’appareils et/ou d’applications. Quoi qu’il en soit, quand on compare deux projecteurs sur le papier, il faut absolument s’assurer que les chiffres qu’on considère sont obtenus avec la même méthode d’évaluation, faute de quoi la comparaison est biaisée.
On notera que les « configurateurs » proposés par certains constructeurs donnent, parmi les nombreux résultats, une valeur du contraste réel tenant compte, entre autres, de la lumière ambiante (en lux) que l’utilisateur peut introduire dans la feuille de calcul. Cela est, à notre humble avis, beaucoup plus raisonnable et réaliste !

Format, dimension, résolution d’image

Les vidéoprojecteurs actuels intègrent un moteur optique qui réalise les images selon un schéma d’échantillonnage spatial (nombre de pixels) et de format optique (rapport largeur/hauteur exprimé sous forme de fraction, appelé « aspect ratio » dans les documents anglo-saxons) figé par construction. Les formats étroits courants pour la vidéo sont 4/3, 5/4, et les formats larges 15/9, 16/9, 16/10…
Cette spécification d’image constitue le format natif du projecteur, et idéalement, les signaux vidéo qui lui sont appliqués devraient correspondre à ce format natif afin de minimiser les conversions de format opérées par le traitement de signal intégré au projecteur, éventuellement génératrices d’artefacts.

Le traitement de signal est habituellement capable de prendre en charge un certain nombre de formats d’image différents du format natif, et ce, à diverses fréquences de rafraichissement. Il effectue donc une réduction (« downscaling » ou une augmentation (« upscaling ») de la taille d’image (exprimée en nombre de pixels) selon le rapport entre la taille d’image appliquée et la taille d’image native, ainsi qu’une conversion de la fréquence de rafraîchissement, le cas échéant.
On notera que le changement de format peut s’accompagner d’une contraction ou d’un étirement de l’image, ou de l’apparition de bandes noires de chaque côté de l’image projetée si on ne souhaite pas de déformation géométrique de la partie utile de l’image. Une rubrique du menu « image » de l’appareil donne habituellement le choix entre plusieurs méthodes d’adaptation du format.

Les tailles d’images standards sont issues ou bien du monde de l’affichage informatique, ou bien du monde de la télévision et du cinéma numérique (voir tableau 1). Parmi les premières, seules les plus élevées sont les plus utilisées (on ajoute souvent le préfixe W pour les versions adaptées aux formats d’écran larges). Quant aux dernières, on privilégie désormais les plus élevées aussi (HD et UHD), sachant que la mode est à une inflation des formats qui n’est pas nécessairement justifiée au plan technique.

Signalons que les formats très larges propres au cinéma (Cinemascope & Co.) ne correspondent exactement à aucun format électronique. Même en projection argentique (pellicule 35 mm ou 70 mm), ils ne sont pas natifs. Ils sont obtenus au moyen d’un dispositif à base de lentilles cylindriques nommé anamorphoseur (voir figure 4).

En vidéoprojection, en l’absence de ce dispositif purement optique, on est obligé ou bien d’amputer l’image de ses parties latérales, ou bien de subir de larges bandes noires horizontales pour projeter en « letterbox » (voir figure 5.), ou, si on souhaite visualiser la totalité de l’image, accepter une compression horizontale de l’image (figure 4a).

Entrelacé ou progressif ?

Avec les anciennes technologies émissives (tubes cathodiques), l’apport de lumière et le rafraîchissement de l’image étaient des opérations indissociables.
Pour contenir la bande de fréquence des signaux vidéo (ce qui correspond au concept moderne de débit de données) dans des limites acceptables pour les technologies de l’époque, tout en effectuant un apport de lumière dans chaque zone de l’image à un rythme suffisamment élevé pour éviter la sensation de papillotement, on a inventé le balayage entrelacé, qui consiste à diviser l’image en deux trames contenant chacune la moitié des lignes de l’image (voir figure 6 et 7).

Figure 7 : balayage entrelacé. L’image complète (Figure 7-3), est rafraîchie en deux trames contenant la moitié des lignes : la « première trame », en haut et en bleu dans l’image complète et la « deuxième trame », au milieu et en rouge dans l’image complète.
Sur un téléviseur à tube cathodique, dans chaque région de l’image, chacune des trames apporte de la luminosité à la fréquence trame (toutes les 20 ms en TV standard), mais il faut attendre les deux trames (soit 40 ms) pour renouveler la totalité de l’information. A définition et à fréquence de balayage verticale identique, la bande de fréquences nécessaire est la moitié de celle qu’exigerait un balayage progressif.

Ainsi, en télévision analogique « standard » (SD) à la norme européenne, l’image de 625 lignes (dont seulement 576 sont visibles) est renouvelée à la fréquence de 25 Hz (c’est-à-dire toutes les 40 millisecondes), et divisée en deux trames (dites « paire » et « impaire ») de 312,5 lignes qui se succèdent toutes les 20 ms (soit une fréquence trame de 50 Hz). Ainsi, dans une zone donnée de l’image, il y a un apport de lumière toutes les 20 ms, mais l’image complète n’est rafraîchie que toutes les 40 ms.
Dans la pratique, cette « faible » fréquence image n’est pas un handicap, puisque le cinéma fonctionne à 24 images/s et que les films d’animation de bas de gamme (dont les enfants raffolent pourtant), n’ont des fréquences de renouvellement d’image que de quelques images/s. Avec les techniques modernes, le débat s’est sérieusement estompé. Les téléviseurs et vidéoprojecteur à tube cathodique à doubleurs d’images et doubleurs de lignes (« 100 Hz ») offraient un confort visuel sans précédent.

Puis, avec la haute définition et la compression numérique, la gestion de l’entrelacement est devenue compliquée en regard des avantages qu’il était susceptible d’apporter. Pour les ex-futurs standards de haute définition, on s’est longtemps posé la question, séries de tests subjectifs « en aveugle » à l’appui, du choix entre le 1080i (1920 x 1080 entrelacé) et le 720P (1080 x 720 progressif), qui exigent des ressources comparables en termes de débit/bande passante.
Il est d’usage de désigner les standards de signaux vidéo (et accessoirement, d’imagerie) par la mention du nombre de lignes par image et de l’indication de la fréquence trame en Hz, suivie de la lettre P pour progressif ou I pour entrelacé (« Interlaced »). Par exemple en définition standard, on parle de 480/25P ou 480/50i, et en haute définition courante : 720/60P ou 1080/50i… étant entendu qu’on ne devrait vraiment parler de HD qu’à partir de 1080/24P, le format 1920×1080 étant souvent répertorié sous le vocable « Full HD ».

Les progrès des algorithmes de compression et des systèmes de visualisation, y compris de leur traitement de signal, rendent le débat entièrement caduc. Non seulement, grâce aux mémoires d’images, le traitement intégré aux projecteurs est capable d’effectuer des multiplications de fréquence de rafraîchissement (120 Hz et plus), mais en plus, certaines technologies (LCD, LCoS) n’émettent pas la lumière de manière pulsée, mais de manière continue, éliminant ainsi nativement et radicalement l’effet de papillotement que l’entrelacement est censé diminuer.
Avec ces technologies, la multiplication de fréquence image a pour seule vertu de rendre plus fluides les mouvements… pour autant que le traitement sache calculer des images interpolées correctement. Avec les vidéoprojecteurs actuels, l’affichage est toujours en mode progressif, la question « entrelacé ou progressif » ne concerne que le signal vidéo à l’entrée, qui, s’il est entrelacé, est systématiquement converti en progressif.

Donc pour éviter tout artefact de conversion, on aura toujours intérêt à choisir des sources progressives… sauf quand les contingences en décident autrement (par exemple obligation de compatibilité avec un standard broadcast entrelacé). D’ailleurs ce cas devient de plus en plus marginal, dans la mesure ou les diffuseurs produisent en multiformat, dont la HD (720P ou 1080P).

Note : L’affichage des vidéoprojecteurs modernes est nativement progressif. De ce fait, lorsque la source est entrelacée, le traitement de signal intégré au projecteur réalise une conversion entrelacé/progressif (désentrelacement). Il faut mentionner que, si elle est mal faite, cette conversion est susceptible d’engendrer quelques artefacts gênants sur certains types d’images animées.

En effet, lorsque le sujet bouge, les deux trames (paire et impaire) censées appartenir à la même image, qui sont captées « à la volée » par la caméra, sont, en fait, décalées dans le temps (de 20 ms dans le standard européen).
De ce fait, un désentrelacement qui se contente de fusionner les deux trames dans une même image présente des contours verticaux frangés horizontalement sur les parties en mouvement horizontal (effet de peigne, figure 8.), et ce d’autant plus que le mouvement est rapide (les parties d’image fixe ne sont pas affectées).

Entrées vidéo : standards natifs, standards acceptés, connectique

En matière de standards vidéo, comme nous l’avons déjà un peu suggéré, il faut faire la part des choses entre ce que le projecteur est capable d’accepter à ses entrées et d’afficher (plus ou moins) correctement, et le format natif du projecteur, celui-ci correspondant à ce qu’il est capable de faire de mieux.

Les vidéoprojecteurs disposent d’une multitude d’entrées vidéo, dont il y a parfois lieu d’examiner finement les spécifications. Les entrées proposées sont de type analogique, numérique, réseau et/ou sans fil (voir figure 9).

Les critères de choix sont le type de signal disponible (analogique, numérique, compressé, non compressé, etc.), le type d’image (SD, HD, HDR, etc.), et aussi, la longueur maximale de la liaison entre le projecteur et le reste des équipements. Cette spécification ou limitation est inhérente au standard de liaison et n’est usuellement pas spécifiée directement par le constructeur, mais explicité dans la norme à laquelle il se réfère.
Enfin, bien entendu, le choix est dans une large mesure guidé par les équipements environnants, la moindre des exigences étant une compatibilité la plus directe possible avec cet environnement. Pour faciliter le choix des entrées et offrir une flexibilité maximale, certains projecteurs disposent d’entrées modulaires, des cartes enfichables permettant de composer un ensemble d’entrées/sorties à la demande (voir figure 10).

Nous détaillerons tout cela dans quelques épisodes en explicitant toutes (ou presque toutes) les entrées vidéo qu’on trouve sur les projecteurs et les standards associés.

Colorimétrie

La colorimétrie des vidéoprojecteurs recouvre plusieurs aspects, il s’agit principalement de questions d’espaces de couleurs. L’espace de couleur des signaux d’entrées est spécifié par la norme à laquelle ils se réfèrent… et par la conformité des équipements en amont à leurs différentes normes. Il y a deux grandes familles d’espaces de couleurs pour les signaux d’entrée : les espaces de type RVB (le plus utilisé est l’espace sRGB), et les espaces de type luminance-chrominance, comme l’espace YCRCB des interfaces SDI/HD-SDI (avec un échantillonnage de type 4:2:2).
L’espace de couleurs de l’image projetée est, quant à lui, plus délicat à appréhender, car il s’agit, comme pour le contraste, d’une information parfaitement théorique qui ne s’applique que dans des conditions de laboratoire et qui est, dans la pratique, largement altérée par les conditions d’environnement (qualité de l’écran, lumières ambiantes…).

Pour diverses raisons, l’espace des couleurs projetées est plus restreint que celui d’un écran à vision directe (surtout LED et OLED). Il y a deux raisons à cela, qui tiennent principalement au fait que les primaires sont moins pures que celles des écrans à vision directe. Premièrement (on y revient toujours), il faut y voir l’influence de la lumière ambiante.
Ensuite, il y a une raison technologique : souvent, les primaires de projection sont obtenues à partir d’une source lumineuse blanche et de filtres colorés. Pour optimiser le rendement de l’ensemble, les filtres utilisés sont de type passe-bande très large et non de type extrêmement sélectif. Les primaires ne sont donc pas du tout monochromatiques, ce qui ne permet de parcourir qu’une faible partie de l’espace de couleurs. Atteindre la Rec. 709/sRGB est un objectif pour ces appareils.

En revanche, lorsque la source utilisée est de type semi-conducteur (LED ou laser), on peut envisager la conformité à la norme DCI (voir figure 11). Mais dans la pratique, lorsqu’il s’agit de spectacle avec forte lumière ambiante, on ne peut pas être exigeant sur ce point. Le blanc de référence ainsi que la linéarité de la réponse électro-optique (plus connue sous le terme de « gamma ») sont souvent à choisir parmi un ensemble de valeurs proposé dans le menu du projecteur.

Ces options sont souvent désignées par l’application visée (cinéma, présentation, etc.) ou par l’aspect des images projetées (naturel, dynamique, etc.). Dans les applications cinéma et télévision, on opte habituellement pour un blanc D65 (6500K) et un gamma de 2,2.
Pour les applications d’affichage et de graphisme, les options sont souvent plus « agressives », avec un blanc plus « froid » (vers 8500 K) et une restitution moins nuancée. L’avantage est de donner une restitution subjectivement plus lumineuse et dynamique.

Color Brightness and White Brightness. Color Light Output ou Color Brightness.
Dans les images réelles, les couleurs pures ou très saturées sont rares. Aussi, certains projecteurs, en plus des canaux des trois primaires R, V, B, ajoutent un quatrième canal blanc, qui renforce la luminosité du blanc et des couleurs peu saturées, prépondérantes dans les images du monde réel.
Il s’agit d’une sorte de tricherie (très simple à réaliser dans certaines technologies), qui se réalise au détriment des couleurs saturées et fait que le projecteur est incapable de fournir, sur les couleurs primaires, une intensité correspondante à celle du blanc (voir figure 12).

Une nouvelle mesure normalisée fournit une mesure de la luminosité des primaires (CLO, Color Light Output). Lorsque le projecteur est « correct », ce chiffre est identique à celui de la luminosité standard (c’est-à-dire d’une image blanche). Dans le cas contraire, la « luminosité des couleurs » est inférieure.
Pour réaliser cette mesure, on utilise une séquence de trois images similaires à celle qui sert à la mesure de luminosité et d’uniformité, à la différence que les parties d’image au centre desquels on mesure sont constituées d’à-plats de couleurs primaires à 100% (voir figure 13).

Pour chacun des pavés, on mesure la luminosité des trois primaires et on combine les résultats pour obtenir la luminosité du blanc qui résulterait de l’addition de ces trois primaires successives. Enfin, on calcule la luminosité de l’image comme on le ferait avec une image blanche conventionnelle. Le résultat issu de la mesure avec ces trois primaires successives devrait être identique à celui fourni par la mesure avec les trois primaires simultanées, c’est-à-dire en blanc.

La suite… Les paramètres image sont souvent en tête dans les feuilles de caractéristiques et documents techniques des constructeurs, mais ils ne sont pas les seuls à conditionner le choix des appareils, loin de là ! Raison de plus pour piaffer d’impatience en attendant le prochain épisode de cette saga de la vidéoprojection, qui détaillera par le menu les spécifications qui peuvent donner du fil à retordre à plus d’un utilisateur !

Retrouvez ici les Episodes de la saga déja publiés

• Lien Ep1 : La vidéoprojection face aux écrans, les compromis sur l’image
• Lien Ep2 : La vidéoprojection face aux écrans led, à chaque environnement sa solution
• Lien EP4 : Spécifier un vidéo projecteur : Placement, installation, environnement et ergonomie
• Lien EP5 : Spécifier un vidéo projecteur : Des interfaces vidéo pour la vidéoprojection
• Lien EP6 : Spécifier un vidéo projecteur : Des interfaces vidéo très haute résolution