Perception visuelle

l’oeil

L’oeil 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.

Tapissant le fond de l’oeil, la rétine visuelle ou nerveuse est le lieu de traduction du message lumineux venant de l’extérieur en signaux nerveux envoyés au cerveau. Il s’agit d’un tissu neuronal très fin, qui fait partie du Système Nerveux Central, de 0,1 à 0,5 mm d’épaisseur, organisée en dix couches de cellules.

oeil

La vision

La vision est le sens propre à la perception visuelle du monde à l’aide de la partie visible du rayonnement électromagnétique soit, pour l’oeil humain, les longueurs d’onde comprises environ entre 400 et 800 nm.

La vision recouvre l’ensemble des mécanismes physiologiques et psychologiques par lesquels la lumière émise ou réfléchie par l’environnement détermine les détails des représentations sensorielles, comme les formes, les couleurs, les textures, le mouvement, la distance et le relief. Ces mécanismes font intervenir l’oeil, organe récepteur de la vue, mais aussi des processus cognitifs complexes mis en œuvre par des zones spécialisées du cerveau. 

La vision n’est ni instantanée ni fluide, mais elle se fait de manière ponctuelle et rapide (de l’ordre du 1/40 de seconde). Le train d’informations visuelles passe depuis la rétine par les nerfs optiques pour être acheminé vers les aires corticales de la vision à l’arrière du cerveau.

550px-Cone-response

Courbes d’absorbance

Courbes d’absorbance en fonction de la longueur d’onde. (S) short, (M) médium et (L) long correspondent respectivement aux courbes pour les cônes bleus, verts et rouges (qu’il serait plus correct de nommer jaunes) et (R) correspond à la courbe relative aux bâtonnets.

Cônes et bâtonnets

Les 120 millions de bâtonnets qui constituent environ 95% des cellules photosensibles de la rétine qui transforment le signal électromagnétique de la lumière en signal bio-électrique (l’influx nerveux) envoyé vers le cerveau. Ces cellules réceptrices situées au fond de l’oeil, sont responsables de la vision nocturne, et ne sont sensibles qu’à la différence entre obscurité et lumière. Par contre, ils ont la plus grande sensibilité, et sont par cela adaptés à de faibles quantités de lumière. Les bâtonnets sont également les récepteurs qui sont associés à la détection des mouvements par le cortex visuel.

Les cônes sont des photorécepteurs permettant la vison diurne et font la différence entre les couleurs. Les cônes sont entre 5 et 7 millions par œil chez l’homme. Ils ne représentent que 5 % du total des photorécepteurs et sont principalement concentrés sur la fovéa, une légère dépression au centre de la rétine, dans le prolongement de l’axe optique, où sont présents uniquement des cônes, très serrés, et où les autres couches sont rejetées à la périphérie, pour laisser pénétrer la lumière plus facilement. La vision est à ce niveau plus précise, plus détaillée et plus sensible aux mouvements que sur le reste de la rétine. C’est d’ici que provient la plupart de l’information visuelle arrivant au cerveau.

Sensibilité spectrale

La sensibilité spectrale est l’étendue du spectre lumineux qu’il est possible d’observer.

EfficacitéPhotopiqueScotopique

La vision photopique est la vision de jour par opposition à la vision scotopique qui est la vision de nuit.

La vision photopique se fait principalement grâce aux cônes se trouvant sur la rétine de l’œil.

La sensibilité de l’œil en vision photopique n’est pas la même pour toutes les longueurs d’onde. Le maximum de sensibilité de l’œil est obtenu pour une longueur d’onde de 555 nanomètres.

L’homme perçoit une immense variété de couleurs différentes pourtant il ne possède que trois types de cônes ayant une sensibilité plus grande à certaines longueurs d’onde lumineuse3 : les cônes bleus (B) ou cônes cyanolabes (437 nm), les cônes verts (V) ou cônes chlorolabes (533 nm), et les cônes rouges (R) ou cônes érytholabes (564 nm) (ces derniers réagissant d’ailleurs principalement aux couleurs jaunes). En anglais scientifique, l’usage est de qualifier les cônes bleus de S (pour short), les cônes verts de M (pour medium) et rouge de L (pour long) en référence à la longueur d’onde au maximum de sensibilité. Ces maximums de sensibilité sont par ailleurs différents de plusieurs nanomètres d’un individu à l’autre.

Chaque type de cônes en lui-même ne peut détecter qu’une couleur particulière, dans la mesure où sa réponse ne fait que refléter le nombre de photons qu’il capte, indépendamment de leur longueur d’onde (le cône rouge capte aussi bien des photons verts de 500 nm, jaunes de 560 nm ou rouges de 650 nm). Un photorécepteur n’est qu’un « compteur de photons », chaque photon absorbé par le pigment produit le même effet. La longueur d’onde n’intervient qu’au niveau de la probabilité d’absorption suivant la sensibilité spectrale du pigment. La perception des couleurs n’est possible qu’au niveau central par comparaison des signaux issus de deux classes de cônes.

De plus la sensibilité spectrale, très proche, des cônes V et R fait qu’ils servent principalement à détecter la structure spatiale des images.

Chez l’Homme, les cônes B sont les moins nombreux (4 % – 5 %) puis viennent les cônes V et les cônes R, avec des variations interindividuelles importantes. Les cônes forment une mosaïque avec chaque type disposé de manière aléatoire.

Un objet dont la couleur se situe quelque part dans le spectre visible va donc exciter à divers degrés les 3 types de cône. Un objet vert par exemple va surtout stimuler les cônes verts, mais aussi les rouges à un moindre degré et très légèrement les bleus. Notre perception des couleurs dépend donc de cette superposition des différents spectres d’absorption des trois types de cônes.

La vision est normalement trichromique :

 

  • Les cônes rouges sont sensibles au rouge, orange et jaune, un peu moins au vert, et un peu au magenta, mais pas au bleu.
  • Les cônes verts sont sensibles au vert , mais un peu moins au rouge et au jaune. Ils sont aussi un peu sensibles au bleu cyan.
  • Les cônes bleus sont sensibles au bleu cyan, au bleu et au magenta.

 

La vision des couleurs diminue puis est perdue au delà d’un certain seuil quand l’intensité lumineuse diminue (hormis chez quelques rares espèces tels que le Geckos capables de percevoir les couleurs sous la lumière lunaire). Ainsi en plein jour, les oiseaux voient un spectre de couleurs bien plus large et détaillé que nous, mais au crépuscule, ce sont les vertébrés (parmi ceux testés) qui perdent le plus vite leur capacité à distinguer les couleurs. Des oiseaux testés en laboratoire ont eu besoin de 5 à 20 fois plus de lumière que les humain pour voir les couleurs. Des mammifères comme l’homme ou le cheval perdent leur vision des couleurs après le crépuscule, à une intensité lumineuse proche de celle d’un clair de lune.

Sensibilité particulière à la couleur verte

Les organismes chlorophiliens sont très majoritaires sur notre planète et représentent une importante source de nourriture car ils sont à la base de la chaîne alimentaire. Cette omniprésence de la composante verte imposa à l’organe visuel d’être capable de distinguer plus particulièrement les différentes nuances du vert afin d’avoir les meilleurs chances de survie.

C’est un fait, parmi les trois couleurs primaires lumineuses que sont le rouge, le vert et le bleu, notre œil ne les perçoit pas toutes avec une égale acuité. Ainsi l’œil humain distingue préférentiellement d’abord le vert, puis le rouge et enfin le bleu.

D’ailleurs, cette sensibilité particulière à la couleur verte présente des contraintes dans la représentation numérique des images : les formats de codage des images sur ordinateur doivent permettre de stocker plus d’information sur la composante verte que pour les deux autres couleurs primaires. Cela afin d’avoir un plus grand choix de nuances dans le vert pour assurer une grande fidélité avec la réalité.

BayerSensor

Matrice de Bayer d’un capteur photo et une mosaïque placée devant un capteur photographique constituée de 50% de filtres de couleur verts, à 25% de filtres rouges et à 25% de filtres bleus.
Ce choix de surévaluer le vert par rapport au rouge et au bleu est dû au fait que la vision humaine est pratiquement deux fois plus sensible au vert, et pour tenter de reproduire ce phénomène en photographie numérique et sur l’image résultante, on augmente la proportion de vert en vue d’obtenir des images qui paraissent naturelles à l’œil humain.

Comparaison avec du matériel photo

Pour conclure voici un comparatif de l’oeil avec un reflex récent ainsi qu’avec des valeurs typiques pour des objectifs.

Vision humaine Nikon D800
Format 16:9 3:2
Résolution 7.8 Mpx 36.3 Mpx
Profondeur de couleur 22.9 bits 25.3 bits
Dynamique 26.6 bits 14.4 bits
Images/s max 25 30 images en vidéo
Latence 150-300 ms 90 ms
Focale 49 mm  
Ouverture f/2-f/8  
Distance MAP 25 cm -infini  
Résolution 20 lp/mm  

Réf.: www.la-photo-en-faits.com, fr.wikipedia.org, www.bioinformatics.org

Page précédente Page suivante