Aberration optique

Une aberration optique est un écart entre l’image produite par un système optique réel et l’image idéale attendue. Lorsqu’un poisson est observé ou filmé à travers la paroi d’un aquarium, les décalages apparents de position, de forme ou d’échelle proviennent surtout de la réfraction aux interfaces air–verre–eau, à laquelle peuvent s’ajouter les défauts de l’objectif et de la paroi.

Réfraction à travers un aquarium

La réfraction optique dévie un rayon lumineux lorsqu’il franchit obliquement deux milieux d’indices différents. Pour voir un objet immergé depuis l’air, le trajet passe par l’eau, la glace ou la paroi acrylique, puis l’air. Une paroi plane et parallèle ne supprime pas ce changement de direction : elle crée une géométrie à plusieurs milieux qui modifie la position apparente et la relation entre dimensions réelles et dimensions mesurées sur l’image.

L’effet dépend de l’angle d’observation, de la géométrie et de l’épaisseur de la paroi, des indices optiques et de la position de l’objet. Observer presque perpendiculairement à une vitre plane limite certains décalages, tandis qu’une vue oblique ou une paroi courbe accroît généralement les distorsions. La réflexion sur les surfaces peut réduire le contraste ; la dispersion peut produire des franges colorées. La diffraction n’est habituellement pas la cause principale du déplacement apparent à travers une paroi d’aquarium.

Observation et mesure

Pour une observation qualitative, ces effets expliquent qu’un poisson puisse paraître plus proche, déplacé ou déformé selon le point de vue. Ils ne correspondent pas à une modification anatomique de l’animal.

Pour mesurer une longueur, une trajectoire ou une position en trois dimensions à partir d’images, une simple conversion pixels–millimètres effectuée dans l’air peut être insuffisante. L’étalonnage doit reproduire la position des caméras, la paroi et le milieu aquatique, ou le calcul doit intégrer explicitement les réfractions. La netteté, la perspective, les aberrations de l’objectif et les mouvements de surface doivent être évalués séparément.

Référence

• Maas H.-G. (2015). « On the Accuracy Potential in Underwater/Multimedia Photogrammetry ». Sensors, 15(8), 18140-18152. 10.3390/s150818140