Les grandes fonctions visuelles : qu est-ce que voir? Application à la vision des formes ENSTA ESE 41 Perception & apprentissage visuel Médecin chef des services Corinne Roumes Institut de recherche biomédicale des armées (IRBA)
Deux grandes étapes de traitement Description psychophysiologique du signal lumineux Du capteur au cortex visuel primaire Des niveaux lumineux dans le spectre visible donnent naissance à des cartes contraste orienté couleur mouvement disparité Rétinotopie Facteur de magnification corticale Voie géniculée complétée par la voie extra-géniculée d orientation du regard Donner du sens au signal pour déterminer le comportement Voie du quoi? Comprendre les constituants de l espace Voie du où? Localiser les constituants de l espace où? quoi?
Champ visuel
Une seconde voie visuelle Voie extra-géniculée Voie géniculée Centres oculo-moteurs
Grandes fonctions visuelles Vision des formes Vision des couleurs Vision du mouvement Vision du relief où? quoi? Vision de nuit bâtonnet cône
Vision de nuit Milliers de récepteurs/mm 2 500 400 300 200 100 25 Bâtonnets chat homme 40 10 0 150 100 50 25 5 40 Cônes 10 0 Scotome central
Vision de nuit : adaptation à l obscurité Dilatation pupillaire But : faire entrer plus de rayonnement lumineux Latence : courte, maximum en quelques secondes Efficacité : surface pupillaire jusqu à 16 fois plus grande Phénomène rétinien : mise en œuvre des bâtonnets But : mieux exploiter la lumière Latence : meilleur rendement en quelques dizaines de minutes Efficacité : permet d atteindre une sensibilité à la lumière 100 000 fois plus grande
Vision de nuit : dilatation pupillaire cornée cristallin iris corps vitré rétine rayons lumineux nerf optique
Vision de nuit Stimulus d adaptation Stimulus test : 1 Hz d intensité croissante jusqu à perception 1,0 Log luminance 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 0 10 20 30 Adaptation rétinienne Temps (min)
Vision de nuit : Adaptation rétinienne À la suite d une exposition à un niveau lumineux élevé Adaptation de cônes : rapide, d efficacité modérée Adaptation de bâtonnets plus lente, plus efficace Seuil lumineux absolu atteint en une trentaine de minutes La sensibilité à la lumière augmente avec la durée de l obscurité
Vision de nuit : Réfraction de la lumière Lumière Myopie nocturne
Vision de nuit : Myopie nocturne L homme est un animal diurne. Les mécanismes d accommodation sont basés sur les longueurs d onde auxquelles l œil est le plus sensible en conditions photopiques. La réfaction de la lumière focalise les courtes longueurs d onde en avant de la rétine. L effet Purkinje induit une myopie nocturne de l ordre de 1,5 dioptrie.
Vision de formes
Acuité angulaire e a D Pour de petits angles a tg a a = e D
Échelle d acuité visuelle Acuité morphoscopique A L Si a = 1 min d angle, alors AV = 10/10 Critère épidémiologique, variation avec l âge
Détermination de l acuité visuelle anneaux de Landolt 0,4 0,3 0,2 1,2 1 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Variation avec l excentricité Acuité visuelle nasal 20 10 Tâche aveugle 0 10 20 temporal Excentricité rétinienne
Influence du niveau lumineux Acuité visuelle 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4-1,4-1-0,6-0,2 0,20,6 1 1,4 1,8 Log luminance du fond
Influence du contraste Acuité visuelle 10 5 25 50 75 100% Contraste
Lisibilité des caractères (matrice 5 x 7) 14 min 20 min 20 min 3-4min minuscule : h=14 min majuscule : h=20-22 min l=70-80% h e = 12-17 % h intercaractère = 20-50%h interligne = 100-150% h lignes minimales par caractère = 10 6-8 min
Fonction de sensibilité au contraste Contraste morphoscopique Non Vu Vu
Fonction de sensibilité au contraste Réseaux sinusoïdaux Contraste Fréquence spatiale
Stimulations Basses fréquences spatiales Hautes fréquences spatiales
Excentricité 0,001 0,01 0,1 1 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 temporal 0 10 20 30 40 (Menu, 1986)
Des champs récepteurs concentriques au codage de l orientation Rétine Corps genouillé latéral Rétinotopie
Recherche visuelle / attribut primitif TR n A A V A A A A A A V A A A A A A V A A A A A A V A A A A
Contrastes dans les images naturelles
Lien FSC et formes Contraste 0,003 0,03 0,3? 0,1 3,0 10,0 30,0 Fréquences Spatiales (cpd)
Décomposition du signal par les canaux fréquentiels
Dominance des basses fréquences spatiales Écologique - baisse de contraste ; brouillard ; myopie... Développemental - énergie principalement concentrée dans les basses fréquences. Expérimental - Psychophysique - Électrophysiologie Contraste Fréquences Spatiales
" Coarse-to-Fine "? BFS = informations de relations spatiales HFS = informations d identité Parker, Lishman et Hughes (1992) Schyns et Oliva (1994) Le modèle " Coarse-to-Fine " n'est pas immuable (Oliva et Schyns 1997).
Objets Non militaires Militaires Gros Petits
Orientations
Images filtrées 0,8 cpd 1,6 cpd 3,2 cpd 6,4 cpd 12,8 cpd
Présentation d'image militaire non militaire + Déclenchement manuel
Résultats Fréquence spatiale qui assure le meilleur taux de reconnaissance : Fréquence diagnostique
Fréquence spatiale et forme Le taux de reconnaissance varie avec la fréquence spatiale : notion de fréquence diagnostique La fréquence diagnostique dépend de la taille de l objet, du contenu fréquentiel du fond de la tâche
Contraste, Forme et Fond
Du Contraste à la Forme
Global precedence effect E E EE EEEEE E E E E H H H H HHHHH H H H H HHHHH H HHHHH H HHHHH
Gestalt theory
Gestalt theory
Gestalt theory
Gestalt theory
Lois de la Gestalt théorie Proximité Similarité Homogénéité Continuité Fermeture Symétrie
Poids des informations sensorielles et contextuelles connaissances décision voie descendante représentation perceptive Voie ascendante stimulus
Notion de contexte Contexte : relations entre les différents éléments isolables d'une scène Contexte cognitif Contexte perceptif
Influence du contexte perceptif Biederman (1972) Biederman et al. (1973) Thorpe (1988, 1995) : Notion de saillance et de signature spatiale
Image initiale
Découpage de l image
Filtrage fréquentiel
Influence du contexte
Déroulement d une séquence de présentation 100, 200, 400 ou 800 ms Système de visée
Résultats images structurées Collaboration des deux voies images déstructurées connaissances décision Taux d erreurs (%) 18 16 14 12 10 8 6 4-2 02 1 ère série fs0 fs1 fs2 fs3 Filtrage en fréquences spatiales Représentation perceptive stimulus
Résultats images structurées images déstructurées connaissances Apprentissage décision Taux d erreurs (%) 18 16 14 12 10 8 6 4-2 02 3 ème série fs0 fs1 fs2 fs3 Filtrage en fréquences spatiales Représentation perceptive stimulus
Résultats La reconnaissance de cible est d autant plus difficile que les images sont floues et le contexte inutilisable. L information de contexte est d autant plus utile que les images sont floues. Avec l exposition aux images dégradées, un observateur peut améliorer sa reconnaissance de cible dans des images dégradées et s affranchir des informations de contexte.
Contexte perceptif Contexte cognitif Influence du contexte
Rat
Visage