Avertissement

Ces quelques lignes ne visent qu’à initier le lecteur à la prise de vues à l’aide d’un caméscope, à l’enregistrement
de fichiers AVI, et au traitement de ceux ci.

Les occasions ne manquent pas dans les programmes de sciences physiques.

Les techniques et les matériels évoluant sans cesse, ce qui est dit ici, sera, et est sans doute déjà, dépassé :
ainsi les webcams sont de plus de plus compétitives (prix en baisse et performances en hausse) et devraient
remplacer les caméscopes dans les laboratoires de physique, cependant certaines techniques sont communes
à ces différents types d’appareils.

http://www.ac-versailles.fr/pedagogi/physique-chimie/gep/webcam/index.htm

Il ne s’agit pas ici d’apprendre à faire du cinéma : les séquences enregistrées ne durent que quelques secondes
au maximum et ne servent qu’à l’étude des mouvements ou des phénomènes en sciences physiques en classe avec des élèves.

Peu ou pas de technique pointue : le rédacteur en est bien incapable ! Certaines affirmations de ma part sont
même à vérifier : elles sont signalées par des points d’interrogation multiples.

NITIATION AUX IMAGES VIDEO.

1. La prise de vue.

1. Deux choses à ne pas confondre :

• La durée qui sépare 2 images successives.
• La durée d’ouverture de l’obturateur.

La fréquence de prise de vues est de 50Hz : une image est prise tous les 1/50^ème de seconde mais pendant
la durée t seulement (t < 1/50s). Ce n’est que pendant cette durée t que l’image est saisie.
La vitesse d’obturation est définie par t (1/50, 1/100, 1/250, …, 1/2000 etc.).
La vitesse d’obturation est donc une durée et non une vitesse.

Expérience possible : relier le caméscope à un téléviseur et filmer un petit moteur tournant à 50 Hz.
On observera l’immobilité apparente.

1. Choix de la vitesse d’obturation (shutter).

Tout dépend de ce qu’on veut filmer : une scène de la vie courante peut être filmée au 1/50^ème
de seconde sans problème car le mouvement est assez lent et qu’on ne s’intéresse pas aux images
prises isolément.

En physique on veut saisir le mouvement d’un objet qui se déplace c’est à dire qu’on souhaite connaître
les positions de cet objet en fonction du temps. Si pendant t l’objet s’est déplacé on ne le verra pas
dans une seule position. Par exemple un mobile (ponctuel) qui se déplace à 10 m.s^-1 parcourt 20 cm
pendant 1/50 s : on verra un trait de 20 cm. Si on choisit t = 1/2000 s le déplacement ne sera que
de 5 mm et la position du mobile est donc mieux définie.

http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/physique/video/meca/meca02.htm

(la vidéo est assez longue à charger avec un modem mais pas plus de 2 min maxi).

2. Éclairage.

Pour qu’il rentre suffisamment de lumière dans le caméscope, l’ouverture du diaphragme doit être augmentée
quand on utilise des vitesses rapides. Le réglage de cette ouverture est fait automatiquement par le
caméscope ou on peut le faire manuellement. Dans les 2 cas il est souvent impératif d’éclairer la scène
à filmer ou de travailler en extérieur sinon l’image sera trop sombre pour être correctement exploitée.

3. Mise au point.

C’est le réglage de la distance pour que l’image soit nette. On peut laisser faire l’autofocus de l’appareil
mais souvent il est préférable de faire la mise au point manuellement surtout si les scènes filmées sont proches.
Cette mise au point doit être soignée car à grande ouverture la profondeur de champ est très faible.
La faible distance augmente encore la difficulté. On peut alors filmer d’assez loin et utiliser le zoom (optique).

Conseil : faire la mise au point manuellement sur un petit détail saisi avec le zoom en position
téléobjectif (T) puis élargir avec le grand angle (W) à la taille voulue.

4. Pied.

Cet accessoire est pratiquement obligatoire pour filmer les mouvements car le caméscope doit être
immobile (il doit être lié au référentiel d’étude).

5. Supports d’enregistrement.

• Le plus souple d’utilisation est la cassette du caméscope mais l’étude directe des images saisies est pratiquement
  impossible. Par exemple la fonction image par image n’est pas toujours de bonne qualité. Mais si on veut filmer
  en extérieur ou sans fil " à la patte " c’est le support idéal.

• La cassette d’un magnétoscope (3 têtes) est un autre choix : le caméscope est utilisé en caméra et le magnétoscope enregistre sur sa propre cassette VHS. L’étude image par image sur un écran de téléviseur est possible et
  surtout on peut " oublier " le caméscope qui filme en permanence.

• Le disque dur d’un ordinateur. Pourquoi pas ! Mais il est très difficile d’être partout à la fois : près du dispositif expérimental, et près de l’ordinateur. De plus les fichiers vidéo sont énormes et la centaine de Mo est très
  vite atteinte. Souvent 1 à 2 secondes seulement d’un enregistrement ont un intérêt et il est préférable
  de ne stocker que ces quelques images (fichiers de l’ordre de quelques centaines de ko). Je conseille donc,
  pour commencer, de filmer et d’enregistrer sur bande magnétique (caméscope ou magnétoscope) puis de passer sur l’ordinateur : on y perd certainement en qualité mais on y gagne beaucoup en souplesse d’utilisation.
  Avec l’expérience cet intermédiaire magnétique pourra être supprimé.

1. Utilisation des images avec un magnétoscope.

1. Principe.

On utilise la fonction image par image du magnétoscope.
Celui-ci doit posséder 3 têtes pour assurer une bonne qualité de l’arrêt sur image.
La séquence est projetée sur un téléviseur sur l’écran duquel a été fixé (ça tient tout seul !) un papier calque
ou transparent. On note la position du mobile sur cette feuille pour chaque image c’est-à-dire tous les 1/25 s.
La projection peut aussi être faite sur un écran à l’aide d’un vidéo projecteur.

Remarque : la 4^ème tête d’un magnétoscope ne sert qu’à augmenter la durée d’enregistrement en
autorisant une vitesse plus lente pour le défilement de la bande.

2. Mise en œuvre.

Méthode qui permet l’étude des images vidéo sans l’ordinateur.

Utilisable en classe entière pour une expérience de cours (qualitatif) ou bien en TP avec un petit nombre
d’élèves qui doivent se déplacer pour faire leur enregistrement sur l’écran.

Expérience à réaliser : filmer un chronomètre à aiguille quelques secondes (ancien chronomètre qu’on
trouve dans les lycées) et vérifier avec cette méthode (magnétoscope + TV) qu’entre 2 images
il s’écoule bien 40 ms. (On ne visualise que les trames paires ou impaires ? ? ?). Les autres
chronomètres (à affichage) ne donnent pas de bonnes observations.

2. L’enregistrement sur disque dur.

1. L’ordinateur.

Il doit être " sérieux " ! Windows 98 est souhaitable (la carte DC 10 ne fonctionne pas
sous Windows 95), un processeur de fréquence supérieure à 500 MHz, beaucoup de mémoire vive
(RAM – 64 Mo minimum) et un gros et rapide disque dur ( 20 Go au moins). C’est le standard actuel (2002).
Mais surtout il doit posséder une carte d’acquisition des images vidéos.

2. La carte vidéo.

2 types de cartes : analogique ou numérique.

Pour l’acquisition des images (en sciences physiques) une carte analogique est suffisante. Type souvent cité :
Miro DC 10+ (maintenant Studio DC10), mais nous travaillons (au Lycée Charlemagne) avec une autre carte
(ATI all in wonder qui ne se fait plus …). Le principe d’acquisition étant identique.

De plus, dans le cas d’une carte numérique, il faut un caméscope du même type et il faudrait détramer
les images : sur une même image on a les 2 trames, donc 2 positions du même mobile à 2 instants
séparés de 1/50 s).

Pour la carte analogique, les images sont séparées de 40 ms (25 images par seconde).

http://www.ac-grenoble.fr/isle/videonum.htm

3. Enregistrement.

Relier le caméscope à l’ordinateur et ouvrir le logiciel d’acquisition (celui de la carte ou bien Vidcap
de chez Bill). Utiliser le caméscope en lecteur de bande vidéo qui contient la scène filmer ou le caméscope
utilisé en caméra filmant la scène en direct.

Transférer sur le disque dur la scène filmée sans chercher à commencer juste au début et à s’arrêter
juste à la fin (l’enregistrement ne démarre pas ni ne s’arrête exactement à la demande).

Mais là commencent les ennuis !

Le fichier enregistré (format .AVI) ne sera lisible que par l’ordinateur qui a fait l’acquisition car lui seul
possède les CODEC (de Compression et DECompression) qui ont servis à générer ce fichier. Ces CODEC
sont liés à la carte d’acquisition.

Autrement dit, tous les fichiers AVI ne sont pas lisibles sur n’importe quel ordinateur. C’est gênant pour
faire travailler les élèves sur des postes standard (sans la carte) !

IL faut donc convertir le fichier AVI particulier en fichier AVI standard.

http://www.ati.com/support/fr/infobase/2396.html

Expérience possible : essayer de lire un fichier AVI particulier sur un ordinateur sans la carte.

4. Conversion et découpage.

Un logiciel incontournable et gratuit ! Virtualdub. Il fait tout, même l’acquisition.

http://virtualdub.sourceforge.net/

http://www.geocities.com/virtualdub/

On peut aussi utiliser Videdit (de chez Bill) ou bien le logiciel d’édition vidéo livrée avec la carte (logiciel de montage).
Ce type de logiciel permet de découper la séquence à notre guise en n’enregistrant que les quelques dizaines
d’images souhaitées.
Il permet aussi de convertir ce fichier AVI particulier en fichier standard.

3 CODEC sont courants sur tous les PC  (à vérifier sur chaque ordinateur):

• Cinepak
• Indeo R3.2
• Vidéo 1 (Microsoft)

Dans le " Panneau de configuration " d’un ordinateur standard dépourvu de carte d’acquisition on peut lire :

Au moment d’enregistrer le fichier AVI il faudra donc veiller à utiliser l’un des ces 3 CODEC (Cinepak par exemple).

Expérience obligatoire ! Enregistrer un petit fichier AVI standard et vérifier qu’il est lisible par
n’importe quel PC.

Conseil : éviter les images trop grandes (320x240 est un bon compromis).

1. Exploitation des fichiers vidéos.

1. Logiciels de pointage.

Il en existe plusieurs dont certains téléchargeables sur les différents sites académiques :
Aviméca2 et REGAVI de chez Micrelec.

Sans oublier MARQUEUR de notre collègue de Nancy (Pierrette MAX).

http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/physique/logiciels/Marqueur/Marqueur.zip

http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/scphys/outinfo/log/avimeca/avimeca2.zip

http://perso.wanadoo.fr/jean-michel.millet/regavi.zip

2. Exploitation.

Les logiciels de pointage permettent d’obtenir les fichiers exploitables par REGRESSI ou par EXCEL
(on obtient les triplets t , x et y pour chaque point du mobile en mouvement).

Ce qui peut être fait :

• Étude cinématique des mouvements.
• Etude dynamique.
• Etude énergétique.
• Changement de référentiel, mouvements relatifs.
• Et bien d’autres choses.

En conclusion, il faut considérer ce document comme une initiation. Je n’ai aucune prétention,
je souhaite simplement décider ceux qui n’osent pas encore franchir le pas.

Les explications techniques sont réduites au minimum : on les trouvera sur les sites indiqués.

Philippe.Girondeau@ac-nancy-metz.fr

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