1. vision de la lumière - univ-oeb.dz

CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE

1

1. Vision de la lumière Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite (selon le principe de

la propagation rectiligne de la lumière). On représente la direction de propagation de la lumière par

une ligne orientée appelée rayon lumineux.

Pour qu'un objet soit visible pour un observateur, deux conditions doivent être satisfaites :

1. cet objet doit émettre de la lumière. Soit il produit sa propre lumière (source primaire).Soit il

diffuse la lumière qu'il reçoit (source secondaire ou objet diffusant).

2. une partie de la lumière émise par l'objet doit pénétrer dans l'œil (autrement dit, il ne doit pas

y avoir d'obstacle entre l'objet et l'œil).

.

Figure1-Trajet de la lumière

La lumière est une onde électromagnétique se définissant par son amplitude et photons (la hauteur

des crêtes) et sa longueur d’onde (la distance entre deux crêtes). Lorsque cette longueur s’étend sur

une plage compris entre 390 et 780 nanomètres, l’œil humain la perçoit sous forme de couleur sans

détail.

Ainsi, l'œil humain est capable de percevoir ce qu'on appelle le spectre des lumières visibles. Cette

amplitude correspond à un spectre de toutes les lumières comprises entre 390 nanomètres (nm), qui

correspond au violet, et 780 nm, qui correspond au rouge.


2

La lumière blanche, comme la lumière du jour est un mélange de toutes ces couleurs.

Traditionnellement un spectre de la lumière du soleil est obtenu si la lumière blanche traverse un

prisme.

Quand les longueurs d'ondes sont courtes - vers 380 nm - nous les percevons comme du bleu-violet

et quand elles sont plus longues - vers 700 nm - nous les percevons comme rouge. L'ensemble des

ondes visibles s'appelle le spectre de la lumière visible. Au-delà du spectre visible pour l'homme se

trouvent du côté des ondes encore plus courtes les ultraviolets, rayons X et autres rayons gamma et

du côté des ondes plus longues, les infrarouges puis les ondes radios.

2. Le système visuel humain

L'œil est l'organe de la vision, il nous permet de capter la lumière de notre environnement et de la

convertir en message nerveux, lequel est transmis au cerveau qui l'analyse.

A. La structure de l’œil L’œil, ou globe oculaire est l’organe de la vision. Il est de faible volume (6.5 cm

3), pèse 7 grammes, et

a la forme d’une sphère d’environ 24 mm de diamètre, complétée vers l’avant par une autre demi-

sphère de 8 mm de rayon, la cornée.


3

La cornée, qui est une membrane solide et transparente qui entoure et protège l'œil contre les

micro-organismes extérieurs. Elle forme une demi-sphère d’environ 8 à 11 millimètres de diamètre.

Elle joue le rôle de lentille en assurant 80% de la réfraction de la lumière. La lumière pénètre dans

l’œil par celle-ci. La cornée contient 78% d’eau qui est maintenu par les larmes réparties sur la

surface de l'œil par les battements des paupières.

L’humeur aqueuse, qui est un liquide transparent presque entièrement composé d’eau salée, et qui

régule la pression à l’intérieur de l’œil.

La pupille qui est un trou central de l’iris par lequel la lumière (rayons lumineux) pénètre dans l’œil

(rétine). Son diamètre dépend de l’ouverture de l’iris.

L’iris : diaphragme percé par la pupille. C’est un tissu musculaire en forme d’anneau colorée (bleu,

marron, vert…) dont son ouverture varie, entre 2,5 et 7 millimètres, afin de modifier la quantité de

lumière pénétrante dans l’œil pour éviter l’aveuglement. Lors de la présence de lumière vive (en

plein soleil), ou pour capter le plus de rayons, lors d’une obscurité (la nuit).

Le cristallin

Le cristallin est une lentille transparente déformable qui est responsable de la convergence et de la

divergence de la lumière. Celui-ci se déforme et devient plus convergent de manière à ce que l'image

se forme toujours nette sur la rétine lorsque l'objet se rapproche de l'œil (on dit qu'il accommode ou

fait la mise au point de l’image). Il possède une forme biconvexe.

Lorsqu’il ne peut s’accommoder, nous avons des problèmes de vision tels que la myopie (œil trop

long), l’hypermétropie (œil trop court), la presbytie (cristallin impuissant -> vieillesse).

L’humeur vitrée, qui est un liquide situé derrière le cristallin et qui occupe 90% du volume de l’œil. Il

maintient la rétine en place et la protège en amortissant les chocs et en garantissant la rigidité de

l’œil.

Le nerf optique, qui transmet les informations de l’œil au cerveau.

Il y a également d’autres composantes dans l’œil qui n’interviennent pas forcément dans la traversée

de l’œil par la lumière, mais qui sont très utiles :

La choroïde, qui est une couche vasculaire de couleur noire qui nourrit les photorécepteurs de la

rétine.

La sclérotique, qui est une enveloppe de protection recouvrant 5/6 de la surface de l’œil. L’œil lui

doit sa blancheur et sa rigidité.

La macula, qui est la zone de la rétine où la vision est à son maximum, due au nombre très important

de cônes. On trouve en son centre la fovéa.


4

Le point aveugle qui est un point de l’œil dépourvu de photorécepteurs et qui est donc totalement

aveugle. Nombreuses illusions d’optiques reposent sur ce phénomène.

B. Structure de la rétine

La rétine est l’organe le plus important de l’œil. Elle mesure environ 0,5 mm d’épaisseur, et recouvre

les trois quarts de l’intérieur du globe oculaire.

La rétine est un tissu nerveux constitué de 3 couches de neurones. Certains d’entre eux,

les photorécepteurs sont des neurones qui détectent la lumière grâce à des molécules appelées

pigments : la nature et la quantité de pigment influent sur la perception des images. Un pigment

correspond à une longueur d’onde. Il existe 2 types de photorécepteur :

Les cônes

Les cônes, eux, représentent seulement 5% des photorécepteurs (5 millions) et permettent la vision

des couleurs ainsi que la perception des images détaillées. On peut constater la présence de trois

types de cônes en fonction des pigments qu'ils détiennent l'opsine S, l'opsine M et l'opsine L.

Chaque cône présente un spectre d'absorption de la lumière spécifique, défini par des longueurs

d'ondes allant à peu près de 400 à 800 nanomètres. Ces spectres ont une absorption maximale soit:

- dans le bleu, entre 420 et 500 nm pour les cônes S

- dans le vert, entre 500 et 560 nm pour les cônes M

- dans le rouge, entre 600 et 750 nm pour les cônes L


5

Chaque couleur, c'est-à-dire chaque longueur d'onde, est perçue grâce à l'activité de trois types de

cônes (cônes S, M et L). C'est ce qu'on appelle la trichromatie. En additionnant les trois couleurs dites

primaires (rouge, vert, bleu), on obtient toutes les autres couleurs du spectre. Il s'agit alors d'une

synthèse additive.

Grâce à ce fonctionnement, on peut distinguer 2,3 millions de couleurs différentes. Le daltonisme est

l’absence d’un cône, ce qui empêche la distinction de deux couleurs qui paraissent alors identiques.

Les bâtonnets

Les bâtonnets, qui représentent 95% des photorécepteurs, peuvent réagir à des éclairements très

faibles et sont donc utilisés pour distinguer différents niveaux de clarté. Ils ne possèdent qu'un type

de pigment : la rhodopsine. Ils ne sont pas dans la fovéa (où sont les cônes) mais ils sont répartis

dans la rétine (120 millions). Ils perçoivent mal les couleurs car ils ont peu de liaisons directes avec le

nerf optique, contrairement aux cônes.


6

3. Formation de l’image

Une image se forme grâce à des rayons lumineux pénétrant dans l’œil.

L’œil est un globe constitué de plusieurs enveloppes concentriques (sclérotique, choroïde, rétine)

entourant des milieux transparents.

Les rayons lumineux doivent :

• entrer par la pupille (orifice délimité par l’iris), qui agit comme un diaphragme en laissant plus

ou moins passer les rayons lumineux.

• traverser le cristallin, véritable lentille vivante dont le rayon de courbure peut être modifié

(accommodation par contractions des muscles ciliaires).

• passer à travers différents milieux transparents (la cornée, l’humeur aqueuse, le cristallin et

l’humeur vitrée) avant de venir former une image sur la rétine.

Lorsque l’on regarde un objet ou une image, les rayons lumineux de celui-ci traversent le cristallin

permettant de modifier la direction de propagation de la lumière afin de la focaliser sur la rétine. Le

cristallin est une lentille convergente qui a la particularité d’avoir un effet loupe et d’agrandir

l’image. C’est ainsi que une image se forme à l’envers sur notre rétine. L’œil transforme seulement

l’image perçue en signaux électriques. On ne parle pas encore de vision, il y a juste une image qui

s'est simplement formée sur la rétine. On peut parler de vision dès lors que les informations ont été

traitées, c'est le rôle du cerveau qui retourne l’image et la crée en 3D grâce aux images de nos yeux.


7

Chaque lentille est caractérisée par :

1. l'axe optique (ou axe principal) : c'est l'axe de symétrie de la lentille

2. le centre optique O : c'est le centre de symétrie de la lentille

3. le foyer focal image F' : il est situé sur l'axe optique

4. le foyer focal objet F : il est aussi situé sur l'axe optique, symétrique de F' par rapport à O.

Les règles suivantes expliquent le retournement :

Un rayon incident passant par le centre optique O d'une lentille n'est pas dévié.

Un rayon incident parallèle à l'axe optique Δ sort d'une lentille en passant par un point F',

appelé foyer image.

Un rayon incident passant par le foyer objet F sort d'une lentille parallèlement à l'axe optique

Δ.

4. De l'image au cerveau

Une fois l'image physique formée au fond de l'œil sur la rétine. Les photorécepteurs (récepteurs

sensoriels) donnent naissance à un message nerveux (signal électrique) à partir de la lumière reçue.

Ce signal électrique est transmis à une deuxième couche de neurones, les cellules bipolaires, elles

même connectées à un 3ème type de neurones, les cellules ganglionnaires qui acheminent

le message nerveux au cerveau le long du nerf optique.

La tête du nerf optique se situe au fond de l’œil au niveau d’une région circulaire appelée disque

optique. La tête de ce nerf est le point où les axones des cellules ganglionnaires se rejoignent pour

sortir du globe oculaire et donc aller vers le cerveau. Ce point est également appelé « point aveugle »

étant donné l’absence de photorécepteurs sur ce point, l’œil y est insensible à la lumière.


8

Chaque rétine est en lien avec un nerf optique. Les fibres nerveuses des deux nerfs optiques se

croisent au niveau du chiasma optique. Ce croisement partiel explique comment les messages

nerveux venant du champ visuel gauche aboutissent dans l'hémisphère cérébral et inversement.

Les nerfs optiques se terminent au niveau d'un relais cérébral appelé corps genouillé latéral ou

toutes les fibres des nerfs optiques sont en connexion synaptique avec d'autres neurones. Ensuite,

les signaux traversent le corps grenouillé latéral, puis les informations des 2 yeux convergent : cela

aboutit aux effets binoculaires tels que la 3D. Ainsi, le CGL sert à fusionner les 2 images que nous

voyons par chaque œil, et ainsi être projetées niveau des régions du cortex responsable de la

perception visuelle c'est à dire : le cortex visuel.

5. L'interprétation du cerveau

Nous savons donc comment les informations reçues par l’œil arrivent au cerveau. Ceci dit, ces images

doivent être encore traitées. C'est le rôle d'un des organes les plus complexes du corps humain,

le cerveau et ses aires visuelles.

A) Le traitement de l'information

L'image physique, formée au fond de l'œil sur la rétine est transmise au cerveau sous forme de

messages codés. Ceux sont les zones visuelles du cerveau qui analysent ces signaux afin de donner

une représentation de l'objet perçu. Le cortex visuel est composé de 5 aires distinctes disposées à

l'arrière du cerveau. Les aires principales du cortex visuel sont :


9

L'aire V1 (cortex visuel primaire)

Comme son nom l'indique, c'est la partie principale du cortex visuel. C'est à ce niveau là qu'arrive le

message nerveux en provenance des yeux et que l'image va commencer à être reconstituée à partir

de l'information reçue des photorécepteurs rétiniens. Ses cellules sont sensibles de façon tonique

aux stimuli visuels et la majorité d'entre elles sont sensibles à la couleur et code la couleur. Cette

zone fait une première analyse des informations (forme, couleur, mouvement) et les distribue aux

autres aires (cortex visuel secondaire).

Le cortex visuel secondaire

Cette partie du cortex visuel est semblable au cortex visuel primaire mais il y a des différences. Le

cortex visuel primaire lui distribue des informations qu'il a reçu afin d'interpréter toutes les

informations reçues de la rétine. Chacune de ces aires a sa spécialité. Les rôles des différentes aires

du cortex visuel secondaire sont les suivantes

- L'aire V2

Cette aire est l'une des parties les plus importantes du cortex visuel. Elle permet le transfert des

informations du cortex visuel primaire au secondaire et à toutes les autres aires du cortex visuel

secondaire.

Elle traite les contours (cercle, carré, ovale…), l’orientation (verticale, horizontale), les textures (lisse,

rugueux…), et les couleurs.

- L'aire V3

Son rôle est de reconnaitre et d'interpréter la forme des objets de l'information, mais aussi

d'analyser les formes en mouvement et d'apprécier les distances. Ses cellules sont sensibles

aux formes, mais, elles ne sont pas sensibles à la couleur.

L'aire V4

Son rôle est de traiter les couleurs de l'information de la rétine et les formes immobiles. Ses cellules

sont spécifiques de certaines longueurs d'onde lumineuses (couleurs) et la plupart d'entre elles sont

également sensibles à l'orientation.

L'aire V5


10

Son rôle est de traiter la perception du mouvement de l'information de la rétine. Ses cellules

sont sensibles au mouvement et pour la plupart, spécifiques de certaines directions, et dont aucune

n'est sensible à la couleur des cibles en mouvement. Cette aire, contrairement aux autres, n'est pas

constamment utilisée car tous les objets perçus ne sont pas tous en mouvement.

Le passage par ces différentes aires aboutit aux actions du cerveau : la reconnaissance de l’objet et

l’action qui en résulte.

Après voir traversé les aires visuelles primaires, les signaux se séparent et suivent une des 2 voies.

une voie ventrale, qui est impliquée dans les formes et les couleurs, analyse les scènes

visibles sans prendre en compte les mouvements. L’aire V4 est l’aire principale de cette voie.

Elle est surnommé »voie du quoi » ou « voie du voir pour reconnaître ». Elle passe par le

cortex temporel inférieur.

une voie dorsale, qui intervient dans les déplacements visuels des objets, et des

mouvements ; elle est nécessaire pour éviter les obstacles, se rendre compte des reliefs

nous entourant, saisir les objets, ….Elle oriente nos yeux en fonction de l’environnement

autour. Elle est surnommée la « voie du où » ou la « voie du voir pour agir ». Elle passe par le

cortex pariétal postérieur.

Les illusions optiques

Notre système visuel a été conçu pour s’adapter constamment aux phénomènes physiques qui lui

sont imposés. Ainsi, nous avons une vision du monde qui nous entoure en trois dimensions, qui

prend en compte la perspective, les distances, les reliefs, etc.

Seulement, il se trouve que le cerveau puisse être mis à l’épreuve, lorsqu’il est confronté à des

images appelées «illusions d’optique». Ces images utilisent le principe de la distorsion, de la

perspective, du mélange des couleurs, qui reproduisent des phénomènes basiques que notre cerveau

a pour habitude de modifier, dans le but d’obtenir une vision nette.

Les illusions géométriques

CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VI

Ces illusions, concernent les images créées à partir de figures géométriques, pouvant être simples,

comme compliquées. Ces illusions donnent lieu à des erreurs d’interprétations, de dimensions, de

courbures, de directions, et d’estimations.

critères :

– L’élément « inducteur », qui provoque la déformation. Ce sont souvent des flèches, ou des points.

– L’élément « test », qui subit la déformation. Ce sont généralem

Exemple 1

Il semblerait que les droites ne sont pas de mêm

éléments « tests », et les flèches, qui créent des effets de profondeur ou de raccourcissement, sont

les éléments « inducteurs ».

Exemple 2

Sur cette image, le rond rouge de gauche paraît plus gros que celui de droite, alors qu’ils sont

identiques. Cela est dû à la taille des ronds bleus.

INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE

11


Ces illusions donnent lieu à des erreurs d’interprétations, de dimensions, de

et d’estimations. Les illusions géométriques sont caractérisées par deux

», qui provoque la déformation. Ce sont souvent des flèches, ou des points.

», qui subit la déformation. Ce sont généralement des droites ou des flèches.

Il semblerait que les droites ne sont pas de même longueur, et pourtant, si.

», et les flèches, qui créent des effets de profondeur ou de raccourcissement, sont


identiques. Cela est dû à la taille des ronds bleus. Autour du cercle de gauche, les ronds bleus sont


Ces illusions donnent lieu à des erreurs d’interprétations, de dimensions, de

es illusions géométriques sont caractérisées par deux

», qui provoque la déformation. Ce sont souvent des flèches, ou des points.

ent des droites ou des flèches.

e longueur, et pourtant, si. Ces droites sont les

», et les flèches, qui créent des effets de profondeur ou de raccourcissement, sont


Autour du cercle de gauche, les ronds bleus sont

CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VI

de petite taille, ainsi, il semble énorme par rapport à eux, alors que les ronds bleus autour du cercle

de droite sont ont un diamètre supérieur au sien. Ainsi, il semble de petite taille.

Les illusions de contraste

Les illusions de contraste sont très

du système visuel chargé d’établir les contrastes entre les différents objets, ainsi que les différences

d’ombres et de lumière.

Exemple 1

Tous les cylindres sont de la même couleur !

Exemple 2

Les bandes grises sont de la même couleur !

INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE

12

taille, ainsi, il semble énorme par rapport à eux, alors que les ronds bleus autour du cercle

de droite sont ont un diamètre supérieur au sien. Ainsi, il semble de petite taille.

Les illusions de contraste sont très nombreuses, et peuvent impressionner. Elles exploitent la partie


Tous les cylindres sont de la même couleur !

Les bandes grises sont de la même couleur !

taille, ainsi, il semble énorme par rapport à eux, alors que les ronds bleus autour du cercle

nombreuses, et peuvent impressionner. Elles exploitent la partie



13

Les illusions artistiques

Les illusions artistiques sont assez proches des illusions de couleurs, et exploitent elles aussi la partie

de notre cerveau chargée du mélange des couleurs, et de contraster les images. Mais en plus, elles

sont caractérisées par la double interprétation possible d’un tableau.


14

Les illusions de mouvements

Ce sont les cellules rétinales, les cônes et les bâtonnets, qui nous donnent ce sentiment de

mouvement. Les substances photosensibles qu’elles contiennent mettent un certain temps à se

décomposer. Il y a donc un décalage infime entre le moment où la lumière parvient au fond de l’œil,

et celui où le message nerveux est transmis au cerveau. C’est l’addition de tous ces messages qui

parviennent au cerveau en décalage qui produit un effet de mouvement.


15

Test 1 : Perception visuelle et interprétation

Regarder l'image et prononcer à haute voix la couleur et non pas le mot.

Le temps nécessaire à l'identification de la couleur est beaucoup plus long lorsque le mot est

incongruent (le mot "bleu" écrit en "rouge") que lorsque le mot est congruent (le mot "rouge" écrit


16

en rouge). Ceci est du à un effet d'interférence, ou effet Stroop, provoqué par la lecture automatique

du mot.

Test 2 : Perception visuelle et interprétation

Lire le texte rapidement.

Chez un lecteur entraîné un mot est analysé dans son ensemble, comme une entité, et non syllabe

par syllabe ou lettre par lettre. Contrairement pour un enfant qui apprend à lire.

La théorie de Gestalt

Une théorie selon laquelle les processus de la perception et de la représentation mentale

traitent spontanément les phénomènes comme des ensembles structurés (les formes) et

non comme une simple addition ou juxtaposition d'éléments

C’est une théorie psychologique, philosophique et biologique qui touche la perception et la

cognition. La théorie de Gestalt regroupe un ensemble de lois qui agissent en même temps

et sont parfois contradictoires.

– La loi de bonne continuité

Nous percevons les points rapprochés d’abord dans une continuité, comme des

prolongements les uns par rapport aux autres.

– La loi de proximité

Nous regroupons les points d’abord les plus proches les uns des autres.


17

– La loi de similitude

Si la distance ne permet pas de regrouper les points, nous nous attacherons ensuite à

repérer les plus similaires entre eux pour percevoir une forme/groupe. ex. icônes similaires

pour l'organisation visuelle et la reconnaissance (forme, taille, couleur)

– La loi de clôture

Nous avons la tendance d’«éprouver» les éléments que nous ne percevons pas par notre

organe sensoriels afin de compléter une figure régulière (c'est-à-dire augmenter la

régularité). Exemples : bordures explicites ou implicites

– La loi de destin commun

Des parties en mouvement ayant la même trajectoire sont perçues comme faisant partie de

la même forme ou groupe. Exemple : si on sélectionne quelques icônes, puis on les fait

glisser, les copies de tous les icônes sélectionnées sont déplacés ensemble.

– Figure et fond

La perception consiste en une distinction de la figure (cible) sur le fond (contexte) graphique.


18

1. vision de la lumière - univ-oeb.dz

Documents