Qu'est-ce que le pouvoir de résolution de l'œil ?

Le pouvoir de résolution de l’œil humain, directement lié au phénomène de diffraction de la lumière à travers la pupille, est la distance angulaire minimale de deux points pouvant être perçus comme séparés par l’œil humain. Les lois de la physique nous apprennent qu’il est déterminé par le diamètre de la pupille et la longueur d’onde de la lumière. Pour un diamètre de la pupille de 5 millimètres, le pouvoir de résolution est d’une demi-minute d’arc ce qui représente une distance d’un millimètre sur un objet éloigné de l’œil de 6 mètres. Dans la pratique, l’œil humain normal est au mieux capable de distinguer deux points éloignés d’un millimètre à une distance de 5 mètres. Deux points distants de moins d’un millimètre sont perçus comme un point unique par l’œil.
Ce paramètre est important car il signifie que lorsqu’on crée une image destinée à être vue par un œil humain à une distance de 5 mètres, il est inutile de reproduire des détails plus petits que le millimètre puisque l’œil ne pourra pas les distinguer. Ce renseignement est capital en ceci qu’il permet ainsi de diminuer le nombre de points qu’il est nécessaire d’enregistrer dans une image de télévision et donc de diminuer la quantité d’information nécessaire à la constitution d’une image.
Lors de l’apparition de la télévision commerciale en France en 1964, les écrans aux coins très arrondis de l’époque offrait une hauteur d’image de 38 cm environ. L’image de télévision est composée de lignes horizontales reproduites sur l’écran à un rythme suffisamment élevé pour que l’œil garde l’impression d’une image permanente (nous allons détailler ce phénomène un peu plus loin dans cet article). Depuis l’antiquité, les artistes et ensuite les peintres ont toujours affirmé que la meilleure distance pour observer un objet se situe à une distance égale à 6 fois sa plus grande dimension. Pour regarder un tel écran à une distance de 3 mètres, distance jugée comme habituelle dans un séjour français, sans être gêné par les lignes de l’image, il était nécessaire, que la distance entre deux lignes soit inférieure à la résolution de l’œil humain afin qu’il ne puisse pas discerner l’existence de ces lignes soit au maximum de 0,6 millimètre. Il fallait donc 380 /0,6 égal 633 lignes. D’autres considérations techniques entraînèrent le choix final de 625 lignes par image. Pour la petite histoire, l’Europe choisit le format 625 lignes alors que la France préféra 819 lignes, théoriquement meilleur mais quasiment impossible à produire de façon fiable et économique en grande série avec la technologie de l’époque. Le «819 lignes» fut donc abandonné au début des années 70 au profit du standard 625 lignes. Ce nombre 625, c’est encore aujourd’hui le nombre de lignes d’une image TV en définition standard. Pour être tout à fait précis, le nombre de lignes par image est bien de 625 lignes mais un certain nombre de ces lignes sont utilisées pour réaliser des fonctions annexes indispensables à la reproduction correcte de l’image ce qui entraîne qu’au final, le nombre de lignes réellement affichées sur l’écran du téléviseur est de 576. Dans le système SECAM français comme dans le système PAL européen, pour les images en format normal de 4/3 comme pour les émissions en 16/9, le nombre de points lumineux affichés est de 720 points (pixels) en horizontal et 576 lignes en vertical. Le nombre total de points lumineux constituant une image de télévision en définition standard est donc de 414 720 pixels.
Le «pitch» d’un écran est la taille du point lumineux (pixel). Les écrans plats actuels offrent un pitch de 0,5 mm. Les téléviseurs des années 60 offraient un pitch équivalent de 0,6 mm. Le pouvoir de résolution de l’œil n’ayant évidemment pas changé depuis l’apparition de la télévision, il est normal que cette dimension n’ait que peu évolué.

Pour résumer, voici la courbe qui indique la dimension du plus petit détail que l’œil humain peut distinguer en fonction de la distance d’observation. Cette courbe n’est rien d’autre qu’une façon d’exprimer le pouvoir de résolution de l’œil.

Le format de l’image de la télévision des débuts (rapport largeur sur hauteur) fut fixé à 4/3 en se basant sur des études du comportement du cerveau humain qui a une tendance à focaliser le regard sur le centre lorsque l’image reste proche du carré. C’est ce qui était recherché au début car les émissions présentaient essentiellement des personnes en train de parler. Au contraire, le cerveau a une tendance naturelle à décomposer le champ visuel en trois zones d’égales importances lorsque le rapport largeur sur hauteur est supérieur à 1,5. C’est une situation favorable pour regarder des films, ce qui a entraîné l’apparition du format 16/9 pour les nouveaux téléviseurs et 16/10 pour les écrans informatiques qui nécessitent un peu plus de hauteur car souvent utilisés pour la visualisation de pages de texte.