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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Monsieur Francis filliam Macdonald MATTHEWS Appareil pour la représentation stéréoscopique d'images. Demande de brevet anglais en sa faveur du 20 Septembre 1943
La présente invention se rapporte à la représentation stéréoscopique d'images, en particulier lorsque les images sont projetées sur un écran. Elle s'applique non seulement à des images fixes, mais également à des images mobiles, telles qu'elles peuvent être fournies par télévision.
Pour assurer un effet stéréoscopique réel, la scène originelle doit être enregistrée à partir de deux points de vue, corresponda.nt aux deux yeux d'un observateur, et l'invention a trait aux moyens grâce auxquels les images ainsi enregistrées sont vues de façon correcte, c'est-à-dire de telle manière que l'oeil gauche de l'observateur ne perçoive que les éléments de l'image prise à partir du point de vue de gauche et'l'oeil droit ceux à partir du point de vue de droite.
On a déjà proposé de subdiviser une image en bandes étro: tes représentant de façon alternée des éléments de vues de l'oeil gauche et de l'oeil droit, et de placer devant l'image une grille de bandes alternativement transparentes et opaques, de telle manière que les bandes opaques de la. grille masquent toutes les bandes de l'image de l'oeil gauche pour l'oeil droit, et vice versa.
Il était alors nécessaire de regarder l'image à partir d'une position particulière puisque les éléments incorrects de l'image auraient été masqués à partir de tout autre point de vue et que l'effet stéréoscopique aurait été annulé. Ce principe de subdivision est cependant utilisé dans la présente invention, ma.is de manière à éviter la. limitation à un seul point de vue particulier.
Suivant l'invention, l'image, telle qu'elle est vue,est subdivisée en bandes étroites verticales représentant de façon alternée des éléments de vues de l'oeil gauche et de l'oeil droit; un obturateur ou son équivalent est construit et actionné de manière à rendre visible, en une succession rapide, des paires de bandes comprenant chacune une bande correspondant à l'oeil gauche et une bande adjacente correspondant à l'oeil droit, les deux bandes d'une paire apparaissant et disparaissant simultanément, la bande correspondant à l'oeil gauche étant toutefois placée dans chaque paire de bandes à gauche de la bande correspondant à l'oeil droit.
Lorsque l'invention est appliquée à la projection d'un film cinématographique ayant des enregistrements associés côte à
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côte sur chaque image de la pellicule, l'appareil selon l'inven- tion comprend de préférence un couloir avec porte dans lequel le film est amené dans la direction longitudinale, un écran fixe (dit écran grille ou simplement grille) situé près du film présentant des barres alternativement transparentes et opaoues, de largeur /gale, qui s'étendent en direction longitudinale, un obturateur, également situé près du film, oscillant transversalement et compor- tant deux fentes s'étendant en direction longitudinale à une dis- tance approximativement égale à l'espace des enregistrements de l'oeil gauche et de l'oeil droit du même point dans l'image,
mais de telle manière du'à tout instant les deux fentes viennent simul- tanément en regard avec des bandes transparentes ou avec des bandes opaques de l'écran grille, et des moyens optiques pour projeter les images associées du film pratiquement en coïncidence sur un écran, les enregistrements de l'oeil gauche et de l'oeil droit étant inter- cales les uns avec les autres. Cette disposition convient 'gale- ment pour des images fixes, les images associées étant placées cô- te à côte de la manière connue dans un stéréoscope, tous moyens de support de pellicule connus en soi pouvant toutefois être utilisés à la place du couloir et de sa porte et aucun mouvement d'avance du film n'étant nécessaire.
On entend ici par "sens longitudinal" ce- lui qui est perpendiculaire à une ligne droite joignant les images associées d'un même point sur les parties correspondant à l'oeil gauche et à l'oeil droit de l'enregistrement.
Lorsaue l'image est projetée sur un écran, l'effet de relief peut être augmenté par des dispositifs disposés à l'endroit de l'écran. Une forme d'écran, prévue dans ce but, est constituée par des Eléments plats, inclines dans des sens opposas de façon alternée, de manière à présenter une surface ondulée, les dimensions étant telles que les éléments de l'image correspondant à l'oeil gauche sont tous projetés sur les éléments de l'écran in- clinés dans un sens et les éléments correspondants à l'oeil droit projetés sur les éléments de l'écran inclinés dans l'autre sens.
Des chicanes perpendiculaires à la direction générale de la sur- face de l'écran et dirigées vers le spectateur, peuvent être ajou- tées sur les arêtes de manière à faciliter la séparation des images de l'oeil droit et de l'oeil gauche. Les deux bandes d'image appa- raissant et disparaissant simultanément sont celles qui sont proje- tées sur les deux côtés de la même ondulation de l'écran. Le terme "ondulation", dont il est question ici, se rapporte à l'écran tel qu'il est vu par le spectateur qui peut être placé du même côté que le projecteur ou du côté opposé.
Une autre disposition utilise un écran uni, plat, avec des chicanes espacées de façon semblable à celles mentionnées ci- dessus. Ces chicanes peuvent être accolées à l'écian ou fixées con- tre celui-ci ou faiblement éloignées de cet écran. Dans ce dernier cas, les chicanes peuvent être constituées sous forme de grille séparée qui peut être éloignée de l'écran si on le désire. Cette grille diffère de la grille connue dont il a été question plus haut, en ce que ses barres ont la plus grande dimension de leur section transversale perpendiculaire à la surface générale de l'é- cran, et sont de très petites dimensions dans une direction paral- lèle à cette surface, tandis que dans la grille du type déjà décrit les barres et les espaces entre celles-ci mesurés dans une direc- tion parallèle à l'écran, sont égaux.
Les dispositifs d'écran décrits ci-dessus sont appliqués indifféremment à des écrans opaques, vus par réflexion et à des écrans translucides, vus par transparence, mais dans chaque cas, les chicannes ou grilles sont placées du même côté oue le specta- teur.
Comme il a déjà été dit, l'obturateur et l'écran grille doivent être placés près du film dans le cas de la projection ci- nématographique. Tandis que la succession suivant laquelle les @
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trois éléments sont placés est théoriquement sans importance, des considérations d'ordre pratique rendent nécessaire de placer l'é- cran grille entre l'obturateur et le film.
Lorsque l'invention est appliquée à la télévision, ouel- ques modifications de détail sont nécessaires comparativement à l'appareil utilisé pour les films cinématographicues, afin de tenir compte de la manière suivant laquelle l'image de télévision est formée par exploration. L'obturateur mentionné dans la. définition de l'invention peut en particulier ne plus être un obturateur phy- sique, mais son effet peut être imité par la commande de l'explora- tion.
Les dessins ci-annexés représentent, à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'appareil selon l'invention. Dans ces dessins : fig. 1 est une vue en plan schématique des organes du projecteur; fig. 2 est un schéma montrant l'alternance des éléements d'image ; fig. 3 est une vue en élévation du projecteur destiné à passer des films; fig. 4 est une vue en élévation du dispositif d'entraî- nements de l'obturateur; fig. 5 est une vue de face, et fig. 6 une vue latérale en coupe d'un dispositif à prismes; fig. 7 est une vue de face d'une fixation d'écran grille ; fig. 8 est une coupe partielle d'un écran de projection; figs. 9 et 10 sont des vues en plan, schématiques, d'une camera de télévision et d'un projecteur respectivement.
Tel qu'il est représenté à la fig. 1, le projecteur pour films cinématographiques comprend une source lumineuse 1, un conden- seur 2, un obturateur 3, mobile transversalement, une porte du couloir pour le film 4, un écran grille 5, un objectif 6 de pro- jection et une série de prismes combinés 7, 8, 9 et 10. Les orga- nes 3, 4 et 5 ne sont pas représentés dans leur position rpelle, ceci pour la clarté de l'exposé. L'accolade sert à indiquer oue ces organes sont aussi près que possible les uns des autres, de manière à être tous mis au point simultanément sur l'écran de projection.
L'écran grille 5 est monté dans un couloir qui sera dé- crit plus en détails par la. suite et qui est placé entre l'obtu- rateur 3 et le film 4. La source lumineuse 1, le condenseur 2, le couloir et l'objectif de projection 6 ne diffèrent pas de ceux uti- lisés habituellement et ne sont, par conséquent, pas repr4sentés en détails. Le film 4 comporte, dans chaque espace pour l'image, une aire d'images associées cote à côte, représentant les vues de l'oeil gauche et les vues de l'oeil droit respectivement indiquées par les lettres L et R.
Ce film peut être monochrome ou de couleurs naturelles.
L'écran grille est subdivisé en bandes verticales alternativement transparentes et opaques de largeur égale, de telle manière que chacune des deux images projetées sur l'écran soit constituée par des bandes d'images alternées avec des bandes noires. Les prismes 7 à 10 séparent les images de l'oeil gauche et de l'oeil droit et sont réglés de telle manière que les éléments d'une image soient projetés sur l'écran entre les éléments de l'autre image. Si l'ob- turateur mobile transversalement était enlevé, une image formée par des éléments alternés de l'oeil gauche et de l'oeil droit appa- raîtrait sur l'écran et devrait être regardée à travers une grille, comme c'est le cas dans le procédé déjà connu.
La fig. 2 représente des éléments d'image placés correctement par rapport à la gauche - et à la. droite de l'écran mais, pour la clarté du dessin, la par-
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tie supérieure ne représente que les éléments d'images de l'oeil gauche et la partie inférieure que des éléments de l'oeil droit.
L'obturateur 3, mobile transversalement, comporte deux fentes verticales 11 et 12, espacées l'une de l'autre de la même distance environ que, sur le film, les images associées d'un même point sur la scène représentée. Chaque fente est de la même largeur ou'un élément transparent ou opaque de la grille 5 et l'écartement entre elles doit être tel aue, lorsdu'une fente vient en regard d'un lément transparent de la grille l'autre fente vient en regard d'un autre Elément transparent tel que son image occupe sur l'écran de projecticn une position adjacente à celle du premier élément transparent.
La position relative des deux images dépend du coté de l'écran à partir duquel on regarde, mais elle doit être telle nue l'élément d'image de l'oeil gauche apparaisse à gauche de l'élément d'image de l'oeil droit.
L'obturateur oscille rapidement à gauche et à droite de telle manière Que chaque fente balaie la demi-image qui lui correspond. Etant donné qu'il est nécessaire que chaque traversée de gauche à droite ou de droite à gauche occupe un intervalle de temps n'ex@dant pas celui pendant lequel une image du film est fixe dans le couloir, la vitesse pratiquement la plus élevée de l'obturateur est réglée de telle sorte que plusieurs traversées d'obturateur soient réalisées sur chaque image du film.
On remarquera oue pendant une traversée de l'obturateur ?,l'écran est tout d'abord complètement obscur, car les fentes 11 et 12 sont en regard avec les éléments opaques de la grille 5.
Lorsque l'obturateur se déplace une quantité de lumière augmentant graduellement peut passer à travers les fentes 11 et 12 et les éléments transparents de la grille 5, cette quantité atteignant un maxima lorsque les fentes 11 et 12 sont complètement en regard avec les éléments transparents. La lumière diminue ensuite de nouveau jusqu'à l'obscurité complète. Pendant cette période, une bande seulement de chaque élément d'image est visible et est placée, l'élé@ent de l'oeil gauche à gauche et l'élément de l'oeil droit à droite.
Le mouvement de l'obturateur 3 se continuant, l'élément suivant de chaque image apparaît de la même façon dans une position adjacente à celle de la première paire d'éléments, et ainsi de suite, sur toute la largeur de l'écran. L'effet de cette représentation de l'image est que chaque oeil n'aperçoit que les éléments d'image qui lui sont approprias et l'image complète est par la persistance de vision.
Une Forme d'exécution particulière de l'invention est représentée aux figures 3 à 7. Des parties de l'appareillage de projection qui ne diffèrent pas de celles utilisées dans la pratique cinématographicue habituelle, ne sont pas représentées ou dé- crites sauf pour @ut@nt que cela soit nécessaire à la compréhenslon des parties spéciales du dispositif nécessaires à l'invention.
L'appareillage de projection est @onté dans un boîtier 12, comportant un prolongement vers l'avant pour supporter les prismes 7 à 10, en avant de l'objectif 6 de projection, autrement l'appareil de projection a presque la même forme que les appareils habituels. Un bottier secondaire 14 est boulonne' sur le côté du boîtier 13 de manière à supporter et à loger le mécanis@e d'entrainementde l'obturateur 3. Cet obturateur comporte une patte 15 sur un côté. fixe par une vis à une tige 16, mobile longitudinalement dans un guide tubulaire 17. Ce guide 17 est situé dans le bottier 13.
Unebielle 18 est articulée à l'extrémité extérieure de la tige 16 et à un bouton de manivelle 19 prévu sur un disque 20, celui-ci étant porté par un arbre 21 tourillonna dans le boîtier 14.L'arbre.
21 est entraîné par l'intermédiaire d'engrenages 22 au moyen d'un moteur auxiliaire 23, le moteur normal n'ayant pas suffisamment de
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force pour entraîner l'obturateur 3 à la vitesse plèvre qui est né- cessaire. Avec un projecteur construit spécialement pour le dispositif décrit, on prévoirait un seul moteur pour les deux entraînements. Une seconde patte 24 est prévue sur l'autre côté de l'obturateur 3 dans le cas où l'on désirerait inverser l'obturateur pour l'observation frontale ou arrière. D'autres obturateurs peuvent être montés si cela est nécessaire avec d'autres dimensions de fentes. De tels obturateurs auraient des pattes analogues aux pattes 15 et 24 à une ou aux deux extrémités.
On rémarquéra à la fig. 1 que la lumière formant l'image correspondant à celle de l'oeil gauche est réfléchie par la face d'un prisme 7 dans une direction perpendiculaire à l'axe optique du système de projection et en s'éloignant de cet axe, le rayon lumineux étant de nouveau réfléchi par le prisme 8 approximativement dans la direction originale. De la même façon, la lumière formant l'image correspondant à celle de l'oeil droit est réfléchie par les faces des prismes 9 et 10 qui sont disposés de telle manière qu'une alternance correcte des éléments d'image soit produite sur l'écran comme défini plus haut.
Les figures 5 et 6 représentent le montage des prismes.
Les prismes 7 et 9 sont fixés sur un socle 25 solidaire du boîtier 13, tandis que les prismes 8 e,t 10 sont supportés par des tiges verticales 26 susceptibles de tourner dans le socle 25. La tige 26 du prisme 8 présente un bras 27 s'étendant vers l'avant et portant à son extrémité extérieure un écrou pivotant 28. Une vis à tête moletéepeut tourner dans une patte du socle 25, mais est empêchée de se déplacer d'un mouvement longitudinal grâce à des moyens connus. Ces moyens ne sont pas représentés mais peuvent comprendre un épaulement prévu sur la tige, destiné à s'appuyer contre la face, extérieure de la patte et un contre-écrou destin/- à s'appuyer coh tre la face intérieure. Une vis de blocage 30 presse une pièce d'espacement 51 contre la tige 26 pour maintenir le prisme 8 dans sa position réglée.
Le mécanisme de réglage pour le prisme 10 est le même que celui décrit pour le prisme 8.
La fig. 7 représente un dispositif de fixation pour la grille 5. L'avant du couloir est rainuré pour recevoir la grille
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qui, lorsquëlle est en position, vient à ras de la surface fron- tale de la fenêtre. Une petite bande métallique 31 est placée contre un coté de l'écran grille 5 et une vis 32, prévue sur le côté du couloir, presse la bande 31 pour maintenir l'écran grille 5 fer- mement contre le cotéopposé de l'évidement rainure ménagé dans le couloir.
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oi in maintenant -'écrire quelqu s détails concernant. 1'tablissemen-3e '.1l,obtùratp-iil ;t. de..l'éefàn . orLi1e.iÔn sU'FPse "qll<. le PJl'QjE:',0teilu est destine -de ,16I111:a.;' 19 ;'6mm. de cette largeur, sont ;dispcni,bl.es ¯pour !-'image photographique et les images de l'oeil gauche et de l'oeil droit de cha.nue 0F.!.':
' - oc- cupent ainsi 4,8 mm de la largeur du film. On suppose, en outre, que la largeur de l'image sur l'écran de projection est d'environ 23 cm. subdivisée en bandes verticales d'environ 1,6 mm.(1/16 inch) de largeur.
L'écran grille a une surface effective de 9,6 mm. de largeur et de 7,2 mm. de hauteur pour venir en regard de la surface d'image du film. Théoriquement, il devrait y avoir, dans cha.aue moitié de la grille, 72 barres opaques et 72 barres claires, chacune de 0,0333 mm. de largeur, la première barre sur la gauche d'une moitié étant claire, la première barre sur la gauche de l'autre moitié étant opaque. Il y aurait alors deux barres de la même espèce adjacentes à deux autres au centre de la grille.
' Cette difficulté peut être surmontée en ayant 143 barres opaques et 143 barres claires alternant sur toute la largeur de la grille. Aucun dispositif spécial n'est alors nécessaire au centre.
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L'écran grille peut être fabriqué en photographiant un modèle d'un nombre approprié de lignes à l;'échelle voulue sur un film de 16 mm.; le film utilisé dans ce but doit avoir la meilleure qualité possible en ce qui concerne les propriétés de contraste et de finesse de grain. Le morceau de film positif portant l'image des lignes est disposé entre deux plaques tres minces de verre ou de méthyl-métacrylate plastique.
L'obturateur doit avoir ses fentes placées de façon à correspondre aux barres de la grille avec laquelle il est utilisa et le meilleur moyen pour le fabriquer consiste à faire une photographie du modèle utilisa pour réaliser l'écran grille. Après que l'exposition a été faite pour produire la grille, tous les éléments du modèle sont masquésen blanc, excepté les deux éléments noirs requis. La camera et le modèle sont maintenus dans la même position que pour photographier la grille et l'exposition est faite sur une nouvelle partie du film. Deux bandes claires sont ainsi produites après développement, sur un fond noir et dans des positions correctes.
L'élément de film peut lui-même être monté de la même manière nue l'écran grille et peut être emnloyé comme obturateur pourvu ou'il y ait des surfaces opaques d'au moins 4,8 mm. de largeur à l'extérieur des éléments clairs. De telles surfaces peuvent devoir être produites par un prolongement. L'élément de film peut, en outre, être utilisé comme gabarit pour fixer les positions correctes sur un obturateur métallique, les bandes étant produites par 'une taille microscopique.
Comme il a déja été dit ci-dessus, l'écran de projection peut avoir différentes formes. La fig. 8 représente une coupe d'une partie d'un écran de forme préférée pour l'observation à courte distance. La surface d'écran est ondulée ou en zig-zag et les dimensions sont telles que les éléments successifs de l'image correspondant à l'oeil gauche sont reçus par les parties A, C et F, tqndis que les éléments successifs de l'image correspondant l'oeil droi.t sont reçus par les parties B et D. Des chicanes 33 sont fixées sur les crêtes des ondulations de l'écran sur le côté où l'on regarde, et font saillie perpendiculairement à la surface générale de l'écran.
L'écran lui-même est opaaue ou translucide suivant le coté où le projecteur est placé.
Pour des écrans plus grands, utilisés dans le cas d'observateurs plus nombreux, il est probablement préférable d'utiliser un écran ondulé ou plat muni d'une grille indépendante à chicanes placée en avant de l'écran. L'écran ondulé peut être, dans cha.nue cas, constitué par une matière plastique moulée.
On remarouera que, grâce au dispositif décrit, des figures peuvent être vues en relief naturel sans dispositif de sélection tel que des verres rouges et verts, ou des éléments polarisés de façon différentielle et sans appareil particulier pour le spectateur oui n'est pas limité à une position particulière pour percevoir l'effet stéréoscopique. Puisqu'on n'utilise aucune sélection de couleur, les images peuvent être projetées en couleurs naturelles et ne sont pas limitées aux images monochromes.
Dans l'application du dispositif décrit à la télévision, la cambra d'enregistrement peut être disposée comme représenté schématiquerent à la fig. 9. Deux objectifs 34 et 35 forment les images, correspondant à l'oeil gauche et à l'oeil droit respectivement, de la scène à représenter. Ces images sont formées sur un écran habituellement utilisé dans une caméra de prise de vues de télévi- sion. Immédiatement à l'avant de l'écran d'enregistrement est disposé un écran grille fixe 5 subdivisé en bandes claires et opaoues comme déjà décrit.
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Un obturateur 3 à mouvement de va-et-vient, disposé à l'avant de la grille 5, coopère avec celui-ci de la manière déjà décrite. L'obturateur 3 et la grille 5 sont déplaces de leur po- sition réelle comme dans le cas de la fig. 1 pour indiquer leur na- ture et la grille n'est représentée qu'avec 10 bandes au lieu d'une grande quantité comme cela serait le cas en pratioue.
L'image sur l'écran d'enregistrement, modifiée par la grille 5 et l'obturateur 3, est explorée de la manière habituelle et est de nouvea.u formée selon la pratique courante en télévision, comme représenté à la fig. 10, sur les écrans d'image de deux tubes de projection du type à rayons cathodiques 36 et 37, dont l'un pro- duit les éléments correspondant à 'l'oeil gauche de l'image et l'au- tre les éléments correspondant à l'oeil droit. Les deux tubes ont des parties correspondantes d'écran grille 5a et 5b en contact di- rect avec les extrémités sur lesquelles les images optiques sont formées. Pour la clarté du dessin, les parties d'écran grille sont représentées éloignées des tubes.
Les deux objectifs de projection 38 et 39 pervent à pro- jeter les deux images sur un écran d'observation 40, translucide ayant la forme représentée à la fig. 8. Les tubes 36 et 37 forment un angle, de telle sorte que les deux images subdivisées en bandes verticales alternées obscures et lumineuses puissent être interca- lées correctement les unes entre les autres comme décrit ci-dessus.
C'est en raison de cette disposition des tubes que l'écran grille est divisé en deux parties.
Il n'est pas certain qu'un obturateur se déplaçant trans- versalement du genre de l'obturateur 3 soit nécessaire au récepteur; les conditions dues à la guerre ont rendu impossible d'effectuer les expériences nécessaires à ce sujet. On déterminera probablement que l'obturateur 3 du transmetteur modifie les signaux de l'image de manière à produire l'effet d'un obturateur semblable au récep- teur sans l'existence d'un tel obturateur. Les mêmes remarques s'appliquent à l'écran grille. Si l'on utilise un obturateur, il doit être en deux parties comme représenté pour l'écran grille.
Si on le désire, soit l'écran grille, soit l'obturateur, ou les deux à la fois peuvent être prévus au récepteur pour corri- ger tout manque de netteté des éléments d'image apparaissant au cours de la transmission.
Dans un procédé que l'on peut préférer à celui décrit ci-dessus, l'obturateur 3 est éliminé de la camera d'enregistrement et son action sélective est produite par des faisceaux d'explora- tion de tubes à rayons cathodiques 36 et 37 au récepteur, les li- gnes étant naturellement verticales. L'écran, grille 5 est néces- saire à la camera d'enregistrement et est en deux parties réglées de telle manière que les éléments transparents laissent passer des paires stéréoscopioues complémentaires pour la transmission.
Il est essentiel dans ce cas d'avoir des écrans grilles
5a et 5b au récepteur et ils doivent s'adapter exactement à ceux de la camera d'enregistrement. L'inclinaison relative des tubes à rayons cathodiques 36 et 37 doit être réglée de telle manière due le faisceau d'exploration de l'un parcoure toujours un espace ou une barre de la grille en avant de l'autre, de sorte que les deux faisceaux se déplacent à travers les ondulations de l'écran d'ob- servation 40 adjacentes les unes aux autres de la manière décrite plus haut.
La largeur de chaque Elément transparent de l'écran gril- le est équivalente à au moins deux lignes d'exploration de manière à assurer une image uniforme et à éviter des espaces blancs dûs aux barres opaques de la grille obscurcissant la texture de l'image..