Soutenance mémoire
Généralités sur la perception du relief et de la profondeur
Pour introduire la vision stéréoscopique, il est nécessaire de rappeler quelques bases anatomiques et physiologiques du système visuel, de l’existence de deux yeux au trajet de l’influx nerveux jusqu’au système nerveux central, sans oublier les muscles extra-oculaires qui permettent la mobilité de l’œil dans son orbite. Ensuite vient la perception visuelle, et plus exactement la perception du relief et de la profondeur qui est réalisée à l’aide d’indices monoculaires et binoculaires, sachant que ces derniers nécessitent une vision binoculaire. Enfin, l’indice qui nous intéresse dans cette étude est la disparité binoculaire, que nous commencerons par définir géométriquement.
Anatomie du système visuel
L’appareil sensoriel de la vision est spécifique chez l’être humain. Il est constitué de deux récepteurs, les yeux ou globes oculaires qui sont placés symétriquement de part et d’autre du plan sagittal de la tête, et dans un plan frontal. Cette disposition frontale des yeux permet aux êtres humains d’obtenir deux images légèrement décalées horizontalement de l’espace visuel. Chacun des deux yeux présente un champ visuel monoculaire d’environ 150°. Ce champ visuel est plus large du côté temporal que du côté nasal (à cause de la saillie de l’os nasal). La particularité du système visuel humain, que l’on peut retrouver également dans le règne animal chez les prédateurs, est que les deux champs visuels droit et gauche se recouvrent sur une large zone (environ 120°) autour du point de fixation sur lequel convergent les axes visuels des deux yeux. Cette zone de 120° constitue donc un champ visuel binoculaire, nécessaire à l’existence de la vision binoculaire et permettant une perception plus précise de la profondeur et du relief.
Les images pour chaque œil se projettent sur la rétine, qui est la tunique interne de l’œil constituée notamment de photorécepteurs (les cônes et les bâtonnets). Les photorécepteurs vont envoyer les signaux, correspondant à l’image projetée, par les voies visuelles qui relient la rétine au cortex visuel primaire (Figure 1). Ces voies visuelles font déjà partie du système nerveux central, elles commencent par les cellules bipolaires qui font synapse avec les cellules ganglionnaires, se situant encore dans l’épaisseur de la rétine et dont les axones quittent la rétine par la papille (point aveugle, dans la région nasale de la rétine) pour constituer le nerf optique. Notons que dans l’épaisseur de la rétine, outre les voies directes, ou verticales, formées par les photorécepteurs, les cellules bipolaires et les cellules ganglionnaires, d’autres cellules nerveuses ou interneurones participent à la régulation de la transmission de l’information visuelle : les cellules horizontales, agissant au niveau de la synapse entre les photorécepteurs et les cellules bipolaires ; et les cellules amacrines, agissant au niveau de la synapse entre les cellules bipolaires et les cellules amacrines ; et les cellules interplexiformes, régulant les interactions des deux synapses précédentes. Ces interneurones propagent le signal latéralement dans la rétine, il s’agit de la voie latérale, indirecte. Le nerf optique véhicule l’influx nerveux par les axones des cellules ganglionnaires qui font un relais synaptique dans le corps genouillé latéral, ce dernier se trouve dans le thalamus. Juste avant, les deux nerfs optiques se réunissent pour former le chiasma optique. Dans le chiasma, les fibres nerveuses subissent une semi-décussation : les fibres provenant de la partie temporale de la rétine sont directes, elles se dirigent vers l’hémisphère cérébral ipsi-latéral ; les fibres provenant de la partie nasale de la rétine sont croisées, elles rejoignent l’hémisphère cérébral contra-latéral. Ainsi le champ visuel droit, qui se projette sur la rétine temporale de l’œil gauche et la rétine nasale de l’œil droit, est traité par le cerveau gauche et réciproquement le cerveau droit reçoit les informations correspondant au champ visuel gauche. Du chiasma, les bandelettes optiques se terminent dans les corps genouillés latéraux. Du corps genouillé latéral partent des fibres en direction du cortex visuel primaire, ou cortex strié, ou aire V1 (l’aire 17 dans la classification de Brodmann). Les fibres thalamo-corticales forment les radiations optiques. Du cortex visuel primaire, l’information va se diriger vers un certain nombre d’autres aires corticales (V2, V4, V5, …).
Les voies visuelles transmettant l’information visuelle captée par l’œil vers le cerveau atteignent le cortex occipital : les objets du champ visuel droit sont « vus » par l’hémisphère gauche et réciproquement les objets du champ visuel gauche par l’hémisphère droit. Chaque hémisphère reçoit des informations des deux yeux séparément par des cellules monoculaires, et une grande proportion de cellules « binoculaires » de l’aire 17 (chez le singe) reçoit des informations provenant des deux yeux. Les signaux provenant des yeux sont monoculaires jusqu’au corps genouillé latéral. Les cellules binoculaires sont nécessaires pour que la perception binoculaire du relief existe. Les cellules de l’aire V2 (aire 18 chez le singe) répondent mieux que V1 (aire 17) à la présentation dichoptique de stimulations légèrement différentes.
Les indices de perception du relief et de la profondeur
Les caractéristiques géométriques du monde physique liées à la troisième dimension sont : d’une part, la distance absolue, ou profondeur, qui mesure la distance d’un objet par rapport à l’observateur (notion égocentrique), la distance relative, ou relief, qui mesure la distance de deux objets entre eux (notion exocentrique). Le relief indique d’une manière plus générale la perception de l’orientation ou de la courbure d’une surface.
La propriété principale de la vision binoculaire est d’évaluer les relations de profondeur et de distance entre les objets et les surfaces qui constituent notre monde visuel. Cette propriété, appelée stéréopsie, est due à l’existence de deux images rétiniennes disparates dont la comparaison par le système visuel permet, sur la base de la parallaxe géométrique, de reconstituer avec précision la perception de la troisième dimension. Mais cette stéréopsie n’est pas indispensable à la perception de la troisième dimension, le monde visuel nous apparaît sensiblement le même en vision monoculaire et en vision binoculaire : il existe de nombreux indices monoculaires de la perception des distances et de la profondeur qui interagissent avec les indices binoculaires ou qui se substituent à ces indices lorsque la vision binoculaire n’est pas ou plus efficace.
La perception de la profondeur est rendue possible grâce à des indices monoculaires et binoculaires présents dans l’environnement visuel. Pour Cutting et Vishton (1995), quinze indices peuvent être dégagés, répartis en neuf principaux et six secondaires qui sont toujours associés à un ou plusieurs indices principaux. Les neuf sources principales d’information sont les suivantes : l’occultation, la taille relative, la densité relative, la hauteur dans le champ visuel, la perspective aérienne, la perspective de mouvement, la convergence, l’accommodation et la disparité binoculaire. Les six autres sources sont les gradients de texture, la perspective linéaire, la luminance et l’ombre, la profondeur cinétique, l’occultation cinétique et la « désoccultation », et enfin la gravité. Certains indices sont plutôt pertinents pour le relief, c’est le cas par exemple de la taille relative ou l’occultation, et d’autres indices plutôt pertinents pour la profondeur, telles que la perspective linéaire ou la hauteur dans le champ visuel. De même, tous les indices n’ont pas la même efficacité sur la perception du relief selon la zone de l’espace visuel considérée (Figure 4). Cutting et Vishton (1995) ont défini trois espaces en fonction de la distance d’observation : un espace « personnel» (jusqu’à 2 m), un espace de l’action (entre 2 et 30 m), et un espace éloigné (au-delà de 30 m).
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Table des matières
Introduction
Chapitre 1. Perception stéréoscopique et disparités binoculaires
I Généralités sur la perception du relief et de la profondeur
I.1 Anatomie du système visuel
I.2 Les indices de perception du relief et de la profondeur
I.2.1 Les indices monoculaires
I.2.2 Les indices binoculaires
I.2.3 Les limites physiologiques de la fusion binoculaire
I.3 L’indice de disparité binoculaire
I.3.1 Définition
I.3.2 Les différents repères
I.3.3 L’horoptère
I.3.4 La disparité horizontale
I.3.5 La disparité verticale
II Le traitement des disparités : la stéréopsie
II.1 Caractérisation de la vision stéréoscopique
II.1.1 L’acuité stéréoscopique
II.1.2 Les stéréogrammes cyclopéens
II.1.3 Le phénomène d’hystérésis stéréoscopique
II.1.4 La stéréopsie globale / locale
II.1.5 La stéréopsie en vision périphérique
II.2 Relation entre la perception des formes et la distribution des disparités binoculaires
II.2.1 Le plan fronto-parallèle
II.2.2 L’inclinaison et l’obliquité d’une surface
II.2.3 Les courbures
II.2.4 La contrainte épipolaire
II.2.5 Le contraste de profondeur
II.3 Perception de la profondeur et disparités
II.3.1 Le plan de référence
II.4 L’interaction entre les disparités horizontales et verticales
II.4.1 L’interaction entre la disparité et la convergence
II.5 Le traitement de la disparité binoculaire
II.5.1 Les interactions locales
II.5.2 Les effets consécutifs ou post-effets de relief
II.5.3 L’apprentissage perceptif
II.6 Les mécanismes neuronaux impliqués dans le traitement des disparités
III Objectifs de l’étude
Chapitre 2. Les verres ophtalmiques unifocaux
I Présentation générale de l’optique ophtalmique
I.1 Les propriétés optiques du verre
I.2 La correction des amétropies et la presbytie
II Méthodologie pour le calcul des disparités des verres ophtalmiques
III Description des disparités des verres unifocaux
IV Les disparités binoculaires des verres unifocaux
Chapitre 3. Méthodologie générale
I Description du matériel
I.1 Le simulateur
I.2 Le contrôle de la fixation par électro-oculographie
I.3 Description des images
I.3.1 La cible de fixation
I.3.2 L’image de préfixation
I.3.3 Les disparités appliquées au stimulus
I.3.4 Les conditions expérimentales
II Choix du stimulus
II.1 Présentation des stimuli étudiés
II.2 Comparaison des deux stimuli
III Méthode de mesure des seuils de discrimination de relief
III.1 Méthode psychophysique
III.2 Déroulement du test
IV Les observateurs
Chapitre 4. Le traitement des disparités horizontales sur l’ensemble du champ visuel
I L’étude de la disparité horizontale en fonction de l’excentricité
I.1 Introduction
I.2 Aspects méthodologiques
I.3 Résultats et discussion
II Le post-effet de relief
II.1 Présentation et mise en évidence de l’effet
II.2 Etude de l’influence du post-effet sur les seuils de détection d’une déformation du plan fronto-parallèle
II.2.1 Traitement des données
II.2.2 Résultats de l’étude de l’influence du signe du post-effet
II.2.3 Discussion générale sur l’effet consécutif du relief pour des déformations concave ou convexe de surface
II.2.4 Interprétation des résultats
III Comparaison des seuils obtenus selon la méthode
III.1 Introduction
III.2 Matériel et méthode
III.2.1 Le masque
III.2.2 Les observateurs
III.2.3 Le protocole expérimental
III.2.4 Le déroulement du test
III.3 Résultats et analyse
III.3.1 Résultats de la méthode de stimuli constant
III.3.2 Comparaison avec une méthode de stimuli constants ascendants
III.4 Discussion des résultats
Conclusion
