Vision
Système visuel
L’œil est l’organe de la vision. Il se comporte
schématiquement, vis-à-vis de la lumière, comme un système optique. Le
diaphragme de ce système est constitué par la pupille, et la lentille
convergente est constituée par le cristallin, dont la courbure est
variable grâce à des mécanismes moteurs involontaires (accommodation). Une
image inversée de la scène visuelle se forme sur la rétine, qui tapisse
le fond du globe oculaire.
La rétine est elle-même constituée de photorécepteurs,
cellules nerveuses qui transforment la lumière en influx nerveux. Ces cellules
sont de quatre types : trois types de cônes (L, M et S
pour Long, Medium et Small, en référence à la longueur
d’onde dominante de leur courbe de sensibilité), et des bâtonnets. Les
cônes sont principalement présents dans la fovéa, région de la
rétine qui correspond à la vision centrale ; ils sont responsables de la
vision des couleurs. Les bâtonnets sont principalement présents dans la région
périphérique de la rétine. Ils sont particulièrement sensibles à la détection
du mouvement.
Le nerf optique conduit le signal visuel des
neurones de la rétine vers le cortex visuelrétinotopie,
c’est-à-dire que des neurones voisins dans le cortex reçoivent des informations
correspondant à des régions voisines de la rétine, donc de l’espace observé.
Pour chaque cellule nerveuse, on peut définir le champ récepteur associé
(l’ensemble des photorécepteurs qui convergent vers cette cellule).
Plusieurs voies visuelles ont été mises en évidence :
l’une spécialisée dans les couleurs, les formes, l’identification des objets,
les hautes fréquences spatiales (voie parvo-cellulaire, cortex
temporal) ; l’autre spécialisée dans la détection du mouvement, de la localisation
dans l’espace et donc du contrôle visuel de l’action (voie magno-cellulaire,
cortex pariétal).
Cônes et bâtonnets
Le système visuel s’adapte au niveau lumineux ambiant. La
pupille agit comme un diaphragme, mais d’autres processus complexes interviennent.
On définit trois domaines de vision correspondant à des fonctionnements
différents du système visuel. La vision photopique, ou vision diurne
(plus de 3 cd/m2) est assurée par les cônes : les bâtonnets
sont saturés à ces niveaux lumineux. La vision scotopique ou vision
nocturne (moins de 0,01 cd/m2) est caractérisée par le fait que
seuls les bâtonnets sont actifs : la sensibilité des cônes est trop faible
pour réagir à ces niveaux lumineux. La vision mésopique est un domaine
de transition dans lequel les deux systèmes sont actifs (ville nocturne, route
éclairée, etc.).
Champ visuel
On définit l’excentricité d’un stimulus par
l’angle qu’il forme avec l’axe du regard.
Au-delà d’une certaine excentricité, on ne voit
plus rien, quelle que soit l’intensité du stimulus :
c’est la limite du champ visuel. Ce dernier est constitué
de trois régions principales : la vision centrale, qui
correspond à la fovéa, de l’ordre de 1°, la
para-fovéa, de l’ordre de 10°, et le champ
périphérique, de l’ordre de 180°
horizontalement et 120° verticalement.
Une des particularités du champ visuel humain, par rapport
à un capteur, est que sa frontière n’est pas nette
: les performances visuelles diminuent rapidement lorsqu’on
s’éloigne de la fovéa, plus graduellement ensuite.
Adaptation visuelle
Les performances visuelles sont sensibles aux phénomènes
d’adaptation. D’une part, le système visuel s’adapte à la lumière et à
l’obscurité lorsqu’il change brutalement d’environnement (entrée dans un
tunnel, sortie du tunnel). Cette adaptation temporelle, liée à des
processus biochimiques dans les photorécepteurs de la rétine, peut se décrire
par une évolution des performances dans le temps, qui s’améliorent jusqu’à une
adaptation complète.
Un autre aspect de l’adaptation est spatial. Pour un
observateur adapté au niveau lumineux ambiant, observant une surface uniforme,
la luminance d’adaptation est définie comme étant la luminance de cette
surface. Mais si la scène observée est complexe en termes de distribution
spatiale des luminances (une ville nocturne, un coucher de soleil), on ne
dispose pas de modèle de calcul de la luminance d’adaptation ; pourtant elle
est nécessaire dans la plupart des modèles de performance visuelle (détection
de cible, etc.).
Acuité visuelle
L’acuité visuelle est définie comme le pouvoir de
discrimination le plus fin au contraste maximal entre un test et son fond. Elle
se mesure à l'aide d'optotypes (dessins, lettres...) au contraste
maximal.