Étendre le contenu visuel à une troisième dimension, ou capturer une scène dynamique en relief et en temps réel, a été un rêve pendant des décennies. C'est aujourd'hui un rêve qui devient réalité tant l'engouement suscité par ces nouvelles technologies est profond. Une part de plus en plus importante des films est effectivement produite en relief et de très nombreux cinémas sont maintenant équipés pour diffuser ce type d'images. Chez les particuliers également la technologie relief fait son apparition. Toutes ces installations sont pour le moment basées sur des technologies stéréoscopiques qui imposent aux utilisateurs le port de lunettes spéciales. Les technologies autostéréoscopiques, à l'inverse, permettentun affichage d'images reliefs sans lunettes. Ce travail de thèse s'inscrit dans un projet ANR " CamRelief " visant le développement des matériels et logiciels nécessaires à la production de contenus relief pour écrans autostéréoscopiques. Au sein de ce projet mon travail a consisté à caractériser des géométries de capture et de restitution d'images en relief, dans le but d'évaluer la qualité du relief restitué par les écrans autostéréoscopiques, tout en améliorant si possible leur confort visuel. Ce travail concerne donc la production de contenus relief de qualité en fonction d'un mode de restitution choisi et du rendu relief souhaité. Afin de valider ces contenus, des méthodes de caractérisation de la restitution du relief sont proposées.En commençant par décrire la perception du relief ainsi que les différents systèmes de diffusion existants et les applications visées, puis en introduisant les différentes géométries du relief illusoire, nous avons établi un modèle analytique de déformation du relief. A partir de celui-ci nous avons défini une méthodologie de spécification de la configuration de prise de vue nécessaire pour obtenir, sur un système d'affichage relief donné, la déformation du relief voulue. Nous avons présenté ensuite les différentes réalisations techniques réalisées grâce à cette méthodologie. Enfin nous avons proposé une méthode pour la validation pratique de nos résultats, mais aussi pour quantifier plusieurs données : la qualité d'un écran autostéréoscopique et d'un dispositif de prise de vue, la limite accommodation/convergence et la fatigue visuelle. Pour réaliser cela nous avons proposé un instrument nous permettant de caractériser la restitution du relief illusoire en multiscopie plane. Nous avons précisé les modalités de mise en place de cet instrument et enfin nous avons proposé différents protocoles expérimentaux pour l'accompagner. / Extending visual content with a third dimension, or capturing a dynamic scene in 3D and generating an optical duplicate of it in real-time, has been a dream over decades. All components (hardware and software) related to this viewing experience are collectively referred as three-dimensional television (3DTV). In this scheme, a fundamental element of stereoscopic and/or autostereoscopic image production is the geometrical analysis of shooting and viewing conditions in order to obtain a qualitative 3D perception experience.This work takes place in ANR project "CamRelief" which aimed at developing hardware and software needed to produce content for autostereoscopic displays. My work consists to characterize the viewing and shooting geometries to evaluate a qualitative 3D experience.Firstly, we describe 3D perception and the different existing rendering devices. Then, from the usual multiscopic rendering geometry and the classical, off-axis, coplanar, multipoint 3D shooting geometry, we firstly compare the perceived depth with the shot scene depth, for a couple of shooting and rendering devices. This yields a depth distortion model whose parameters are expressed from the geometrical characteristics of shooting and rendering devices. Then, we explain how to invert these expressions in order to design the appropriate shooting layout from a chosen rendering device and a desired effect of depth. Next, we introduce different technical achievements realized from this methodology. Finally we propose a framework to pratical validate our results and to quantify different data: quality of autostereoscopic display and shooting device, accommodation/convergence limit and visual tiredness. In this goal, we suggest a new instrument of characterization of the 3D perception on a given autostereoscopic display. We speficy the setting up modalities of this instrument and we introduce different experimental protocols to use it.

Dans un premier chapitre, nous décrivons un modèle de formation d’image affichée sur un écran en revenant sur les concepts que sont la lumière, la géométrie et l’optique. Nous détaillons ensuite les différentes techniques d’affichage stéréoscopique utilisées à l’heure actuelle, en parcourant la stéréoscopie, l’autostéréoscopie et plus particulièrement le principe d’imagerie intégrale. Le deuxième chapitre introduit un nouveau modèle de formation d’image stéréoscopique. Ce dernier nous permet d’observer deux images d’une paire stéréoscopique soumises à des éventuelles transformations et à l’effet d’une ou de plusieurs optiques particulières, pour reproduire la perception de trois dimensions. Nous abordons l’aspect unificateur de ce modèle. En effet il permet de décrire et d’expliquer de nombreuses techniques d’affichage stéréoscopique existantes. Enfin, dans un troisième chapitre nous discutons d’une méthode particulière de création de paires d’images stéréoscopiques à l’aide d’un champ lumineux.