simovni2:doc:lightbooth [SimOvni 2]

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===== Usage d'une "boite à lumière" pour calibrer la luminosité des casques de réalité augmentée 'see through' =====

Une "boite à lumière" permet de générer un éclairage en lux sur une surface.

Exemple de produit de ce type : 
  * https://www.xrite.com/fr-fr/categories/light-booths/spectralight-qc
  * [[https://www.byk-instruments.com/fr/Couleur/byko-spectra-Cabine-de-Lumi%C3%A8re/Cabine-%C3%A0-lumi%C3%A8re%2C-pour-l%27%C3%A9valuation-des-couleurs-critiques/byko-spectra-pro-220V/p/6073|
Cabine à lumière, pour l'évaluation des couleurs critiques
byko-spectra pro 220V]]

{{:simovni2:doc:byko-spectra_pro220v.jpg?400|}}

On veut s'en servir pour la mesure de l'intensité lumineuse des systèmes d'affichage des HMD ((Head Mounted Display -- Casque de Réalité Augmentée))

Types d'illuminations produits par la boite: (CWF, TL84, D65, etc...)  https://www.xrite.com/fr-fr/service-support/understanding_illuminants

Les sources de lumière considérées sont de deux type : ponctuelles et étendues. La distinction est à faire parce que la sensation visuelle peut-être très différente, pour la même énergie émise.

==== Sources Etendues ====

Pour les sources étendues la sensation visuelle de la luminosité surfacique, ne dépend pas de la distance.

L'intensité lumineuse surfacique absolue de la source peut être exprimée en candela/m². C'est ce qu'on cherche.

L'idée est avec la boite à lumière de produire un certaine éclairage contrôlé en lux et par comparaison avec ce que produit le HMD ((Head Mounted Display -- Casque de Réalité Augmentée)) en déduire la luminosité de l'écran du HMD dans une unité SI. La comparaison n'est pas directe, il y a quelques calculs intermédiaires, mais ça reste assez simple.

Si on peut avoir côte à côte un carré de matériau parfaitement diffusant et blanc, réfléchissant avec un taux de réflexion de 100% et un carré "parfaitement noir". On fait afficher par le HMD sur le carré noir un carré blanc dont on règle la luminosité. Lorsqu'on trouve que les deux carrés ont la même luminosité, alors on a les même candela/m² des deux cotés. 

Si le matériau blanc a un taux de réflexion R [0.0..1.0], il faut appliquer ce taux de correction sur la luminosité en nits (candela/m²) de la surface blanche regardée.\\
Si le HMD a une visière tintée avec une transmittance T [0.0..1.0],  il faut aussi appliquer ce taux de correction sur la luminosité en nits (candela/m²) de la surface blanche regardée.

Calculateur de conversion entre les unités pour vérifs : https://www.rapidtables.com/calc/light/index.html

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**La luminosité surfacique du carré blanc diffusant parfait éclairé par X lux est X/(2PI) candela/m²**.

[[simovni2:doc:light:nits_from_lux|Calcul ici]] 


Utiliser un miroir carré plutôt qu'un matériau diffusant serait préférable parce qu'assurant un très bon niveau de renvoi de la lumière, à condition de pouvoir caractériser la source de lumière de la boite directement en candela/m² au niveau du plafond éclairant.

==== Sources Ponctuelles ====
Tant que la taille angulaire sous laquelle la source est vue, n'est pas trop petite (>0.1° environ), elle devrait être traitée comme étendue. En dessous, il faut mieux traiter la source comme ponctuelle.

Pour les sources ponctuelles, leur intensité lumineuse absolue s'exprime en candela (caractéristique propre à la source de lumière, indépendante de la position de l'observateur).

Or, ce n'est pas ce qu'on mesure avec le témoin. La distance est à priori inconnue. Ce qu'on obtient avec le témoin c'est une mesure de luminosité apparente, soit des lumen (dépendant de la dilatation de la pupille) ou mieux, des lux (indépendant de la vision de l'observateur)

Quelle est la relation entre l'éclairage du témoin (lux (=lumen/m²)) et la luminosité absolue (candela) ? On peut se douter qu'elle ne dépend que de la distance.

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** X candela produit → X/R² lux d'éclairage sur le témoin ** 

[[simovni2:doc:light:lux_from_candela|Calcul ici]]


=== Comment afficher des sources ponctuelles dans le casque ? ===
Le mieux qu'on puisse faire est de n'éclairer qu'un pixel. 
Et si on manque trop de luminosité, un pis aller est d'éclairer plus de pixels. Mais au delà d'un certain seuil de taille angulaire, cela ne peut plus simuler la réalité.

=== Comment calibrer le casque pour des sources ponctuelles ? ===
On peut calculer/mesurer la taille angulaire des pixels affichés par le HMD.
Par conséquent, on devrait pouvoir utiliser la [[simovni2:doc:lightbooth#sources_etendues|calibration pour les sources étendues]] pour en déduire la calibration pour les sources ponctuelles.

En effet, 
  * soit Y la brillance d'un écran en candela/m² (obtenue par calibration de la luminosité avec la boite à lumière)
  * soit Prad la largeur angulaire d'un pixel en radians
  * soit L l'éclairage en Lux produit par ce pixel (ce qu'on cherche)

alors ** L = Prad² * Y **

[[simovni2:doc:light:lux_from_nits|Calcul ici]]

Une autre façon de faire serait de se servir d'étoiles de magnitude apparente connue pour calibrer le HMD. C'est beaucoup plus direct et simple. Et ce sera aussi un moyen de vérification de la méthode par calcul déduite de la calibration des sources étendues.

Il est alors utile d'utiliser [[simovni2:doc:light#magnitude_apparente|la fonction de conversion lux/magnitude apparente]] 

On pourrait d'ailleurs faire la même chose avec la lune pour validation de la méthode de calibration des sources étendues.


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