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Les Physiques de vision

Comme décrit ci-dessus, la vision implique l’interaction presque simultanée des deux yeux et du cerveau à travers un réseau de neurones, de récepteurs et d’autres cellules spécialisées. La stimulation des récepteurs lumineux dans les yeux, la conversion des stimuli lumineux ou des images en signaux et la transmission de signaux électriques contenant les informations visuelles de chaque œil au cerveau à travers les nerfs optiques sont traitées en plusieurs étapes, jusqu’à ce qu’elles atteignent les cortex visuels du cerveau. Light pénètre dans les yeux comme une vague, il est  donc important de comprendre les bases des vagues pour comprendre la vue.

Amplitude et longueur d’onde

La vue et l’ouïe reçoivent des stimuli des ondes9. Les deux stimuli (auditif et visuel) sont tout à fait différent, mais ils partagent des caractéristiques similaires importantes pour les deux vision et ouïe.  A vague a deux caractéristiques physiques à savoir amplitude et la longueur d’onde (Figure2.3). L’amplitude d’une onde est la hauteur d’une onde (mesuré à partir du point le plus élevé de l’ vague (sommet) au point le plus bas de la vague (creux))6,9Longueur d’onde fait référence à la longueur d’une onde d’un pic à l’autre6,9. Dans le système visuel, la longueur d’onde d’une onde lumineuse est généralement associée à la couleur, et son amplitude est associée à la luminosité6,9.

Figure 2.3 :  Longueurs d’onde et amplitude7
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* L’amplitude ou la hauteur d’une onde est mesurée du pic au creux. La longueur d’onde est mesurée de pic en pic.

Fréquence

La fréquence est définie comme le nombre d’ondes qui passent un  point spécifique dans une période de temps donnée et est mesurée en hertz (Hz), ou cycles par seconde10. Les longueurs d’onde plus longues auront des fréquences plus basses, et les longueurs d’onde plus courtes auront des fréquences plus élevées (Figure 2.4)9.  Chaque couleur a une longueur d’onde différente. Le rouge a la plus longue longueur d’onde et le violet a la longueur d’onde la plus courte. Lorsque toutes les ondes sont vues ensemble, elles font de la lumière blanche.

Graphique 2.4 : Ondes de différentes longueurs d’onde ou fréquences 6
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* Au bas de la figure, l’onde rouge a une longue longueur d’onde / courte fréquence. En se déplaçant de haut en haut, les longueurs d’onde diminuent et les fréquences augmententde 6,9

Ondes lumineuses

Les ondes lumineuses visibles sont les ondes électromagnétiques que nous pouvons voir. Le spectre visible est la partie des plus grandes ondes électromagnétiques que les humains voient.   Chez l’homme, la longueur d’onde de la lumière est associée à la perception de la couleur (Figure 2.6). Dans le spectre visible, nous faisons l’expérience du rouge qui a une longueur d’onde plus longue, le vert a des longueurs d’onde intermédiaires, et les bleus et les violets ont la longueur d’onde la plus courte.  Le spectre visible chez l’homme est associé à des longueurs d’onde allant de 380 à 740 nm. D’autres espèces peuvent détecter d’autres parties / couleurs du spectre électromagnétique. Par exemple, les abeilles peuvent voir la lumière dans la gamme ultraviolette 11 et certains serpents peuvent détecter le rayonnement infrarouge en plus des signaux lumineux visuels plus traditionnels11.  L’amplitude des ondes lumineuses est associée à notre expérience de la luminosité ou de l’intensité de la couleur, plus l’amplitude est grande, plus la couleur apparaît brillante.  Comme le montre la  figure 2.5, le spectre électromagnétique de tout le rayonnement électromagnétique qui se produit dans notre environnement et comprend les rayons gamma, les rayons X, la lumière ultraviolette, la lumière visible, la lumière infrarouge, les micro-ondes et les ondes radio.

Graphique 2.5. La lumière visible par l’homme ne constitue qu’une petite partie du spectre électromagnétique6.
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Vision des couleurs

Les cônes sont les photorécepteurs de la rétine qui identifient la couleur. Les individus voyants normaux ont trois types de cônes différents. Chacun de ces cônesest sensible à une longueur d’onde de lumière légèrement différente (chacun réceptif à l’un des colours).  Il existe 2 théories majeures concernant la vision des couleurs, la théorie trichromatique de la vision colour et la théorie du processus de l’adversaire.  Les deux théories ne s’excluent pas mutuellement, fou traitement visuel sur la rétine, la théorie trichromatique s’applique: les cônes répondent à trois longueurs d’onde différentes qui représentent le rouge, le bleu et le vert, une fois que le signal passe au-delà de la rétine sur son chemin vers le cerveau, la théorie du processus opposé s’applique aux cellules8.

Figure 2.6. Différentes longueurs d’onde de lumière sont associées à notre perception des différentes couleurs8
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Théorie trichromatique de Young-Helmholtz

La théorie trichromatique de Young-Helmholtz de la colour vision affirme que les humains perçoivent la couleur parce que l’œil peut recevoir la lumière des 3 longueurs d’onde différentes et les combiner dans l’ensemble du spectre visible. Ces trois longueurs d’onde correspondent à la lumière bleue, verte et rouge. illustré à la figure 2.7, toutes les couleurs du spectre peuvent être produites en combinant le rouge, le vert et le bleu. Lorsque seulement un ou deux types de cellules coniques sont stimulés, la gamme de couleurs perçues est limitée8. Par exemple, si une bande étroite de lumière verte (540 à 550 nanomètres) est utilisée pour stimuler toutes les cellules coniques, seules celles contenant des photorécepteurs verts réagiront pour produire une sensation de voir la couleur verte. Malgré les actions des cônes et des bâtonnets, c’est le cerveau humain qui compense les variations des longueurs d’onde lumineuses et des sources lumineuses dans sa perception de la couleur.8

Graphique 2.7 : Les différentes sensibilités pour les trois types de cônes trouvés chez un individu voyant normal7. https://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/humanvisionintro.html

La théorie du processus de l’adversaire

Selon la théorie du processus de l’adversaire, colour est codé en paires de sites oppo  : noir-blanc, jaune-bleu et vert rouge.  L’idée de base est que certaines cellules du système visuel sont excitées par l’un des  colours adverses et sont inhibées par les autres s.  Par exemple, une cellule qui est excitée par des longueurs d’onde associées au vert peut être inhibée par des longueurs d’onde associées au rouge, et vice versa. L’une des implications du traitement de l’adversaire est que nous ne connaissons pas de rouges verdâtres ou de bleus jaunâtres comme colours. Une autre implication est que cela conduit à l’expérience d’images secondaires négatives. Une image rémanente décrit la continuation d’une sensation visuelle après la suppression du stimulus. Par exemple, lorsque vous regardez brièvement le soleil et que vous détournez ensuite le regard de celui-ci, vous pouvez toujours percevoir une tache de lumière bien que le stimulus (le soleil) ait été supprimé. Lorsque  la couleur est impliquée dans le stimulus, les  appariements de couleurs identifiés dans la théorie adversaire-processus conduisent à une image secondaire négative.  Test ce concept à l’aide de l’indicateur de la figure 2.8.

En utilisant figure 2.8 ci-dessous, tareau point blanc pendant 30 à 60 secondes, puis déplacez vos yeux vers un morceau de papier blanc vierge. Que vois-tu? Dans des circonstances normales, vous devriez voir le drapeau en rouge ou dans des tons de rouge.  C’est ce qu’on appelle une image négative. Selon la théorie du processus opposé, les cellules ganglionnaires qui traitent le vert sont directement adjacentes à celles qui traitent la couleur opposée qui est le rouge.

Graphique 2.8 : La théorie du processus de l’adversaire. 
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Perception de la profondeur

La perception de la profondeur est la capacité de voir en trois dimensionss (3-D). 3-D est quelque chose qui a de la largeur, de la hauteur et de la profondeur (longueur).  La perception de la profondeur nous permet de juger de la distance des objets. Avec la perception de la profondeur, nous pouvons décrire les choses comme étant devant, derrière, au-dessus, en dessous ou du côté d’autres choses.

To établir une perception précise de la profondeur des signaux binoculaires sont nécessaires, ce qui signifie l’utilisation des deux yeux. Un exemple de signal de profondeur binoculaire est  la disparité binoculaire, la vision légèrement différente du monde que chacun de nos yeux reçoit.  Dans un processus appelé convergence, chaque œil voit un objet sous des angles légèrement différents et le cerveau compare et traite les deux ensembles d’images pour former une seule image. Lorsque les deux yeux voient clairement et que le cerveau traite efficacement une seule image, on parle de stéréopsie.

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Bien que nous voyions notre monde en 3D et que nous nous appuyions sur des indices binoculaires pour cela, nous pouvons également percevoir la profondeur en 2D. Pensez à une image ou à une photographie (2D), nous captons la profondeur dans ces images en utilisant un certain nombre d’indices monoculaires, qui ne nécessitent qu’un seul œil.   Il existe différents indices de vision monoculaire:

Linear perspective: il s’agit du fait que nous percevons la profondeur lorsque nous voyons deux lignes parallèles qui semblent converger avec les figures 2.9 et 2.14.
Lumière et ombre : fait référence à la variation entre la lumière et l’ombre figure 2.10.
Taille relative : il s’agit de la taille relative et de la proximité des images par rapport à la figure d’horizon 2.11.
Position: fait référence à l’image qui est plus proche ou plus éloignée du positionnement dans l’image figure 2.12.
Interposition: il s’agit du chevauchement partiel des objets figure 2.13.

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Graphique 2.9 :  Perspective linéaire (perception de la profondeur)
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