BIOPHYSIQUE de la VISION

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1 QuickTime et un décompresseur TIFF (LZW) sont requis pour visionner cette image. BIOPHYSIQUE de la VISION CHO lumière roug e lumière bleu e lumière vert e

2 Fonctions sensorielles : l audition, la vision L œil Codage Message physique Recueil Transduction Transmission Interprétation Sensation Vibration sonore Radiation électromagnétique Oreille externe et moyenne Globe occulaire Cochlée Rétine Voies auditives Voies optiques Aires 41 et 42 du cortex Aires 17, 18 et 1 9 du cortex Sensations sonores Sensations visuelles

3 Chapître 1 Signal physique

4 PLAN I Aspect Ondulatoire 1.2. Aspect corpusculaire 1.3. Sources lumineuses II - Radiométrie 2.1. Flux énergétique φ Eclairement énergétique ε Intensité énergétique Ι Brillance énergétique B.

5 : onde ou corpuscule? est-elle une onde ou un corpuscule (matière)? Tout dépend de ce que l on regarde Jeune femme ou vieille sorcière?

6 1. Description ondulatoire 1.1 Description ondulatoire Equations de Maxwell x et t, E(x,t) B(x,t) E(x,t) = c.b(x,t), Avec c, vitesse de la lumière dans le vide ( m/s) Fréquence ν, Période T = 1/ν et Longueur d onde λ = c.t Explique parfaitement l optique géométrique et physique (interférences)

7 1.1 Description ondulatoire Description ondulatoire est : - Onde électromagnétique (EM) - Fréquence élevée (Hz) - Longueur d onde (λ = c/ν) en m - Bande étroite du domaine spectral. λ Classement des ondes (EM) suivant leur longueur d onde dans le vide

8 1.1 Description ondulatoire (suite) Description ondulatoire Lumière atteignant la rétine : 350 nm à 1400 nm Lumière solaire visible : 400 nm à 700 nm Fréquence fixe = Onde ou lumière monochromatique exemple: couleur bleue Gamme de fréquences = Lumière polychromatique exemple: couleur blanche

9 1.2 Description corpusculaire Description corpusculaire Le rayonnement est un ensemble de particules (photons) se propageant à la vitesse de la lumière le long de l axe Ox La masse des photons au repos est nulle E = h ν, avec h constante de Planck (Remarque : h = 6, J.s, E en J, ν fréquence en Hz)

10 Dualité onde - corpuscule Complémentarité des deux descriptions Corpusculaire : Rayonnements très énergétiques, les phénomènes ondulatoires ont une influence trop faible pour être pris en compte Ondulatoire : Rayonnements peu énergétiques, les photons ont une énergie trop faible pour interagir avec la matière

11 Dualité onde - corpuscule A toute onde, on peut associer un corpuscule de masse m et réciproquement (vitesse v) Longueur d onde de de Broglie alors λ = h / (m.v) Utile pour les corpuscules de masse faible (particules) Pour les masses importantes, λ << distances rencontrées ex : voiture à 90 km/h, pesant une tonne... λ = 2, m

12 1.3 Sources lumineuses Les sources lumineuses 1.3 Sources lumineuses Sources primaires : produisent de la lumière. (Lampes, soleil, étoiles ) Sources secondaires : objets qui renvoient une partie de la lumière qu ils reçoivent. spectre d'émission (lumière solaire) spectre transmis Spectre de transmission d'une pomme

13 1.3 Sources lumineuses (suite) Les sources lumineuses Rayonnement solaire longueur d'onde dans le vide (en nm) ultraviolet 1 % visible 40 % infrarouge 59 % absorption atmosphérique filtration par l'atmosphère irritant pour l'œil traverse la cornée absorption oculaire atteint la rétine absorption oculaire QuickTime et un décompresseur TIFF (non compre sont requis pour visionner cette ima

14 1.3 Sources lumineuses (suite) Les sources lumineuses LUMIERE SON Transport d énergie sans transport de matière Vibration d 1 champ EM Vibration d 1 milieu matériel Propagation dans le vide : OUI Vibration transversale Fréquence Hz NON Vibration longitudinale Audible 20 Hz - 20 khz US 20 khz MHz

15 Application Le bleu du ciel Interactions lumière blanche du Soleil avec l atmosphère terrestre (O 2,N 2 ) Atmosphère diffuse la lumière en fonction de λ (vibrations moléculaires) Plus la longueur d onde est petite, plus la diffusion est importante Couleur du ciel dépend de l épaisseur d atmosphère traversée et de λ

16 Application (suite) Le bleu du ciel La journée, trajet court, le bleu est la couleur la plus diffusée Le ciel est bleu Le matin (et le soir), trajet plus long, le rouge est la couleur la plus diffusée Le ciel est rouge

17 Radiométrie Radiométrie II - RADIOMETRIE = Mesure de paramètres physiques 2.1. Flux énergétique φ. = Energie transportée / seconde (Watt) 2.2. Eclairement énergétique ε. = φ ramené à l unité de surface du milieu (Watt / m 2 ) = Puissance surfacique (cible) φ dφ M ds ε = dφ / ds S

18 Radiométrie Radiométrie r (unité) dφ Angle solide O dω ds P Soit un cône de sommet O et de rayon r L angle solide de ce cône est la surface qu il découpe sur la sphère de centre O et de rayon égale à l unité. Stéradian Angle solide d un cône de sommet le centre d une sphère d un mètre de rayon et de base une surface de 1 m 2 découpée sur une sphère

19 Radiométrie Radiométrie 2.3. Intensité énergétique Ι. (source ponctuelle) I = dφ / dω = φ ramené à l angle solide (Watt / Stéradian) 2.4. Brillance énergétique B. (source non ponctuelle) = Luminance énergétique = Intensité énergétique rapportée à la surface de la source. (Watt / m 2. Stéradian = W.m -2.sr -1 )

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