[PDF] Sensibilité au contraste Perception spatiale et temporelle

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Licence d'optique professionnelle

Perception spatiale et temporelle

Patrick Ferrand

6 mars 2009

Institut Fresnel, CNRS UMR 613`3

www.fresnel.fr/perso/pferrand ii

Table des matiµeres

1.2 R^ole du contraste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.5 Le modµele des canaux spatiaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.5.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.1.1 Cas des faibles luminances . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.1.2 Cas des fortes luminances . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.2 Persistance des lumiµeres brµeves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.4.2 In°uence de la longueur d'onde . . . . . . . . . . . . . . . 32

1

2TABLE DES MATIµERES

3.1 Etude d'une cible unique en mouvement . . . . . . . . . . . . . . 35

3.1.1 Etude du seuil de vitessevlim. . . . . . . . . . . . . . . . 36

dans le temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4 L'espace visuel 45

4.1.2 Coupe du champ visuel dans un plan frontal . . . . . . . . 45

4.2 Le processus de fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.2.3 L'horoptµere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.2.4 Diplopie et aire de Panum . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.3.2 Une perception de profondeur relative . . . . . . . . . . . . 51

4.4.4 Seuil de vision binoculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.5 Relief monoculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.5.1 La parallaxe monoculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.5.2 L'accomodation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.5.3 Autres facteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.5.4 Principe de non-contradiction . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Introduction

La vision

La perception visuelle est l'ensemble des sensations produites par des sitmuli lumineux re»cus par l'¾il. Elle implique un grand nombre de processus complexes, 1. 2. 3. 4. 5. Ce cours se situera entre les niveaux 2 et 3 : En se basant sur la descrip- vision.

Plan du cours

1. 2. 3. 4.

Espace visuel, vision binoculaire

Les notions d'optique de base : essentiellement la formation des images, 3

4TABLE DES MATIµERES

teurs (c^ones, batonnets),

Distances angulaires

0= 1=60 deg). Un objet de taille

d, vu µa une distanceD, est vu sous un angle®tel que tan®=d=D. Dans l'approximation®'d=D, si l'on prend soin d'exprimer®en radians.

Luminance

2).

Chapitre 1

contraste quels sont les paramµetres qui les in°uencent.

Dans tout ce chapitre, les hypothµeses sont :

que du noir, du blanc, et du gris, pas de couleur, AV = 1 min 5 1.

2, des aberrations3,

l'image d'un objet ponctuel est une tache qui possµede une taille ¯nie. On se souvient qu'un ouverture de diamµetreDdi®race la lumiµere avec un angle de l'ordre deµ'¸=d, oµu¸est la longueur d'onde (0:4¡0:7¹m). Pour D= 3 mm, on a doncµ= 0:5=3000 = 1:610¡4, soit une dispersion de 3¹m aprµes une propagation de 20 mm. 1

2Une lentille a toujours une taille ¯nie. Dans ces conditions, d'un point, elle donnera une

ne permet pas la convergence des rayons d'un faisceau parralµele en un lieu unique. ception. suel dans la vie courante. Dans la mesure oµu elle joue un r^ole majeur dans le posa des lettres dont la taille fait 5' pour un patient µa la vue normale (a.v. 1). chaque ligne. relativement long.

Les facteurs lumineux

d'^etre exhaustif mais de donner quelques exemples de ces facteurs.

Fig.1.1 { Optotype de Monoyer.

Luninance du fond

On considµere un trait sombre traversant un fond lumi- aux faibles luminances (batonnets pour la vision scotopique), alors que la partie droite correspond aux fortes luminances (cones pour la vision photopique).

Couleur

diamµetre apparent en minute d'arc. D'aprµes Buser [?]. dans l'¾il.

Adaptation

tation de quelques minutes en conditions photopiques.

Le diamµetre pupillaire

protocole pour isoler l'e®et du diamµetre pupillaire.

per»cue µa travers la pupille arti¯cielle µa celle percue par l'autre ¾il µa travers une

pupille ¯xe de petite dimension. De cette fa»con, m^eme en modi¯ant le diamµetre 1. La diminution du diamµetre pupillaire se traduit par une diminution de 2.

Remarque.

1.2. R^OLE DU CONTRASTE11

et d'obtenir une profondeur de champ in¯nie. Quelle que soit la distance µa l'ob-

1.2 R^ole du contraste

Nous venons de voir que la perception passe par la discrimination de stimulus vons quelques observations que l'ont pourrait ranger dans le domaine des illusions d'optique. testLref gris ont la m^eme luminance. Pourtant, celui de gauche para^³t plus sombre, car il raction.

1.2. R^OLE DU CONTRASTE13

L Tant queLi·Lt, le champ inducteur n'a aucun e®et etLi¼Lt; Dµes queLi> Lt, le sujet sous-estimeLten choisissantLr< Lt.

C=Lmax¡Lmin

L max+Lmin=Lmax¡Lmin

2Lmoy(1.1)

avecLmoy=Lmax+Lmin 2 .Cvarie donc entre 0 et 1. Le contraste nul est ob- tenu lorsqueLmax=Lmin. Le contraste maximal est obtenu lorsqueLmin= 0, Par exemple si la distance angulaire entre deux motifs successifs 2 deg, la

Par exemple, une luminance de la forme

L(x) = 1 + sin(2¼ºx)

x xL L max L min L L(a) (b) (c)motif motif motifpériode période période tial spatialeº. tectable est pour le moins °oue. La transition entre le contraste invisible et d'un signal peut °uctuer, lorsqu'on approche des limites de l'oeil. que le sujet ignore. Ainsi, lorsqu'il ne voit rien, il a 50 % de chances de donner bablement faux; utiliser des formes µa reconna^³tre (lettres, etc.). En fait des e®ets complexes d'escalier. et l'intersection de la courbe avec l'axe des abscisses (soit pourC= 1)

Buser [?].

quences spatiales (grands motifs, donc) est surprenante. Elle indique que des aucun argument optique ne permet d'expliquer cet e®et, et il faut se tourner vers neurones et appartient au cerveau. Comme l'illustre la Fig. 1.11, cette couche antagonistes au niveau des cellules ganglionnaires. On identi¯e deux typescentre Centre ON, droite : Centre OFF. D'aprµes Hubel [?]. singe, on trouve une taille de l'ordre de 2' dans les meilleurs cas. En utilisant des faisceaux d'excitation de diamµetre croissant, on peut mesurer la diamµetre du contraste systµeme visuel permet d'expliquer qualitativement l'allure de la courbe de sensi- la Fig. 1.15. La diminution de brillance aux intersections des lignes blanches peut Fig.1.15 { Illusion du contraste de Hermann. La diminution de brillance aux in- Fig.1.16 { Illustration, partant d'une image (gauche), des zones qui sont mises donne lieu µa un signal. Ce fonctionnement permet de favoriser au sein du champ visuel les zones formes, plus utilise pour la vision qu'une naijve \cartographie de luminance".

1.5 Le modµele des canaux spatiaux

1.5.1 Description

choses ne s'arr^etent bien s^ur pas lµa et l'information visuelle passe par le corps

1.5. LE MODµELE DES CANAUX SPATIAUX23

1. luminance; 2. lumiµere 4. Pla»cons nous donc dans des conditions de vision scotopique, avec une ma- 4 devientfonctionnellementde plus en plus ¯ne d'un point de vue fonctionnel, µa

1.7 Conclusion

Chapitre 2

Il s'agit ici d'examiner comment le systµeme visuel est capable, soit de percevoir

Dans tout ce chapitre, les hypothµeses sont :

que du noir, du blanc, et du gris, pas de couleur,

2.1.1 Cas des faibles luminances

les batonnets,tc= 100 ms. Pour illustrer cet e®et graphiquement, on trace log(Llt) en fonction de logt 1. 1 27

D'aprµes Buser [?].

pour tenir compte de la transition µatcla loi suivante : L lt=L1(t+tc):

2.1.2 Cas des fortes luminances

plus lumineux qu'une plage de m^eme apparence mais permanent. un cas de faible (1 Td) et de forte (200 Td) luminances. M^eme si la luminance apparente tend asymptotiquement vers la luminance

2.2. PERSISTANCE DES LUMIµERES BRµEVES29

2.2 Persistance des lumiµeres brµeves

Nous allons voir par la suite que cet e®et intervient dans la perception d'images

L(t) =L0[1 +mcos(2¼ft)];

L

0(1¡m). La luminance moyenneLmoyvaut donc

L moy=Lmin+Lmax 2 =L0; tandis que le contraste vaut

C=Lmin¡Lmax

2Lmoy=m:

contraste. D'aprµes Buser [?]. remarques suivantes : 1.

25 Hz.

2. le sujet ne per»coit plus aucun papillotement, m^eme si le contraste est de 100%.
3. Au dessus de la f.c.f., La luminance per»cue est la luminance de la source notre variation sinusoijdale, cette moyenne vautL0. tion de divers paramµetres du stimulus. 1. cro^³tre ensuite. 2. est µa deux segments. La partie haute luminance ressemble µa la courbe les regarde pas en face.

2.4.2 In°uence de la longueur d'onde

d'onde¸variable. longueurs d'onde : (a) 450 nm, (b) 490 nm, (c) 535 nm, (d) 575 nm, (e) 605 nm, (f) 625 nm, (g) 670 nm. D'aprµes Buser [?]. faibles, ces courbes s'allongent d'autant plus vers les basses luminances que la courbes soient attribuables aux b^atonnets. On remarque que dans le doma^³ne photopique, la f.c.f. est globalement propor- f:c:f:=alogE+b; lumiµeres rapidement variables succµees, depuis environ 200 ans. courbes obtenues dans le domaine spatial et temporel. Ici, le ¯ltre passe-bas est

Chapitre 3

perception du mouvement de nombreuses autres. 1. 2. 1

3.1 Etude d'une cible unique en mouvement

v=da dt T lim=f(a;v), ouvlim=f(a;T). 1 On aurait par exemple un mouvement apparent si deux points lumineux identiques et distants aparaissaient successivement. 35

3.1.1 Etude du seuil de vitessevlim

Par seuil de vitesse limitevlim, il faut comprendre plus petite vitesse percep- tible. On constate quevlimdiminue lorsqueTaugmente, et ce jusqu'µa des valeurs

In°uence de la luminance

Fig.3.1 { Vitesse minimale d'une source pour que son mouvement soit percep- tible, en fonction de sa luminance. Vitesse en min d'arc par s. Luminance en mL

Buser [?].

luminance ¯xe). x x x xLquotesdbs_dbs29.pdfusesText_35

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