Chapitre 21, Rayonnement optique, Miroirs, Lentilles et Vision Humaine (PDF)

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Ou accéder à la page web suivante : https://student.turningtechnologies.eu/#/ Connectez-vous sur la session entrez sous physgen2024 guest/invité  Chapitre 21 Rayonnement optique – Miroirs, lentilles, et vision humaine Pr François Bochud FBM – BMed – module B1.1 Cours de physique générale https://ce.mayo.edu/ophthalmology/content/4th-annual-midwest-pediatric-ophthalmology-symposium-2019 https://actualite.housseniawriting.com/science/2016/01/07/decouverte-dune-nouvelle-onde-sonore-avec-un-fort-potentiel-medical/12501/  Objectifs Expliquer les principes physiques d'un miroir et d'une lentille, et dessiner qualitativement les images Comparer les propriétés d'une caméra et du système visuel et décrire comment nous percevons la couleur Décrire les grandeurs psychophysiques de mesure de la lumière  Lorsque vous vous regardez dans le miroir le matin, sur quel matériau la lumière est-elle principalement réfléchie ? 1. plastic 2. conducteur électrique 3. verre https://energieplanete.fr/retroviseur-velo/  Miroir 100 % 95 % 5% θ1 θ1 air. verre. n1 sinϑ1 = n2 sinϑ2 θ2 5% 95 % Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag  Un miroir : permet d’obtenir une image virtuelle d’un objet en appliquant la loi de la réflexion spéculaire Un sténopé : génère une image réelle d’une scène a l’aide d’un trou et d’un écran Lentille convergente : beaucoup plus efficace qu’un sténopé, explique une bonne partie du comportement optique de la lumière dans la cornée et le cristallin Dans l’œil humain le rayonnement visible est transformé en signal neuronal dans la rétine contenant 3 types de cônes sensibles à différentes longueurs d’onde ( vision photonique) et un type de bâtonnets ( vision scotopique) la résolution et la perception des couleurs sont meilleures au centre du champ de vision La perception du contraste d’un objet est maximale pour une fréquence angulaire de l’ordre de 4 cycles/degré Les longueurs d’onde pénétrant notre œil sont définies par l’éclairage et les propriétés de réflexion de la scène Le diagramme de chromaticité décrit les couleurs que nous percevons Les instruments de mesure de la lumière prennent en compte la sensibilité spectrale de l’œil humain mais pas sa réponse logarithmique en intensité. Une source lumineuse se quantifie par son flux lumineux ( unité lumen ; lm) ; la quantité de lumière su rune surface par son éclairement (unité lm/m2 ou lux)  tax luniere electromagne Miroir rayonement N electrons comptent escitent l'energie le et dr retache angle incident 100 % 95 % θ1 θ1 θ1 θ1 = air. angle réfléchi θ2 refraction verre. n1 sinϑ1 = n2 sinϑ2 θ2 θ2 Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag interaction en surface (≈ 1 nm)  Instruments optique simple Un objet quelconque tend à réfléchir la lumière dans toutes les directions : refléxion diffuse Un miroir a une surface suffisamment plane pour que la réflexion soit spéculaire : a l’échelle macroscopique l’angle d’incidence d’un rayon lumineux est égal a l’angle réfléchi. Un observateur regardant en direction du miroir ne voit que la lumière qui est réfléchie en direction de son oeil. Il perçoit une image derrière le miroir Sur un miroir typique (ex. salle de bain) la réflexion ne se fait pas sur le verre qui réfléchit peu la lumière mais derrière celui ci, sur un matériau bon conducteur électrique ( argent: réfléchit 95 % de la lumière incidente sur une très faible profondeur; 5 % restants sont absorbés sur une épaisseur de quelques atome ( CDA env 1nm), ou aluminium). Cela est du au fait que l’onde lumineuse interagit fortement avec les électrons métalliques se mettant a vibrer a la meme fréquence puis reemettent une onde de fréquence identique. Pour que la réflexion soit spéculaire la surface métallique doit être aussi plate que possible, étant fragile elle peut facilement être endommagée simplement en la touchant avec les doigts, raison pour laquelle elle est recouverte d’une plaque de verre, ayant l’avantage d’être particulièrement transparent a la lumière ( CDA env. 100m) L’image obtenue par un miroir plan se construit a partir des angles d’incidences et réflexion incidents sur l’œil. En se regardant dans un miroir l’image se trouve a la même distance que celle que l’on a avec le miroir et a la même taille. Elle n’apparaît pas inversée dans la direction haut-bas Cette différence entre les axes vertical et horizontal s’explique en se rappelant que l’image rendue par le miroir est crée par les rayons lumineux qui sont emis par l’objet. Si on observe l’objet dans la meme direction que l’image ( imaginer l’objet en transparence) on constate que l’image est identique a l’objet tant dans la direction verticale qu’horizontale  foca lisation de la lumière sur l'œil  L'œil fonctionne-t-il comme une lentille convergente ou divergente ? Une lentille est dispositif capable de dévier les rayons lumineux grâce a la réfraction Cette déviation permet de converger ou diverger les faisceaux pour former des images d’objets observés. La puissance optique ( unité : dioptrie) caractérise la capacité d’une lentille à dévier des 1. convergente rayons lumineux 2. divergente Une lentille convergente a une puissance optique positive alors qu’une lentille divergente a une 3. ni l'une ni l'autre puissance optique négative La cornée et le cristallin sont des lentilles convergentes. Elles forment une image réelle Lentille convergente sur la rétine fumiere droite Les verres correcteurs peuvent Indierefraction avoir des distance focales positives ou négatives selon la correction or apregne Stell constante se loi de cregraction) ni sinϑi = nr sinϑr ↑ Dans un modèle simpliste du ϑr,v ϑi,v système d’imagerie oculaire ϑi,a l’œil peut être traité comme une ϑr,a lentille mince avec une distance nair focale = 17 mm dans l’air. Lorsque la vison est corrigée par des rayonement luminent lunettes on utilise des lentilles convergentes, de forme convexe ou nverre O divergentes de forme concave F foyer Dans le cas des hypermétropes ou presbytes l’œil est trop « court » et il faut focaliser l’étayons plus près : lentilles Pour les myopes l’œil est trop « long » : convergentes il faut focaliser les rayons plus loin : NB : dans un milieu homogène, les rayons lentilles divergentes lumineux se déplacent ligne droite  Une lentille convergente de Loi produit une image snell inversée Une fois rempli, ce verre est une lentille convergente By Mhdmzml - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=60299569  lentille convergente fonetraient https://twitter.com/pareekhjain/status/1472068431130214401  Quelle partie de l'œil contribue le plus à la focalisation de la lumière sur la rétine ? & 1. cornée 2. cristallin La focalisation de la lumière sur la rétine par la différence des coefficients de fer cation de l’air ( n aire = 1) et des principales 1. cornée composantes de l’œil ( n cornée env 1.377, n cristallin env. 1.4, n corps vitré env. 1.336). La lumière pénètre par la cornée puis 2. cristallin traverse l’humeur aqueuse, la pupille de l’iris, le cristallin et le corps vitré  la cornée : transparente a la lumière, structure uniforme et ne contient pas de vaisseaux sanguins sauf en extrême périphérie. Recouverte d’une couche de larmes de 7 a 10 micromètres d’épaisseur qui lisse les irrégularités optiques sur la surface antérieure de la cornée et l’alimente en oxygène Après avoir passé l’humeur aqueuse la lumière traverse la pupilles dont le diamètre peut varier env. 1.5 a 10mm grâce a une paire opposée de muscles. Cela permet de réguler la quantité de lumière entrant dans le cristallin dans un facteur d’environ 1 a 40 Le cristallin repose sur la face postérieure de l’iris. Il a une structure en oignon et continue à croître tout au long de la vie. Comme la cornée , le cristallin est à vasculaire et presque complété ment transparent. Il devient plus jaune avec l’âge et peut devenir opaque ( cataracte) L’image se forme sur la rétine, À la sortie du cristallin la lumière traverse le corps vitré. Il contenant des cellules représente environ 5 cm3 des 7-8 cm3 du volume totale de l’œil. Il photoréceptrices : bâtonnets et sert a maintenir la forme du globe oculaire et a garantir au e la cônes rétine reste plaquée au fond de l’œil la cornée effectue env. les 2/3 de la focalisation et le cristallin 1/3. Contrairement à la cornée la forme et par conséquent la distance focale du cristallin sont réglables. Cela permet le réglage fin de la focalisation de l’image sur la rétine Indices de réfraction de l'œil et de l'environnement Δncornée-pupille ≈ 0.028 air de Si sent nair ≈ 1 vitesse propagationmilieu le la lumiere Dans Δn ≈ 0.377 déplace plus Lici l'aire) se lentement l'air différence significative avec n=1.377 que dan or le vide l'indice de réfraction de la cornée n=1.337 eau O-coefrifractionΔn ≈ 0.004 neau ≈ 1.33 n=1.405 colf de refraction situation complètement différente ↳ n=1.336 lorsqu'on est sous l'eau (n=1.33) avez grand corrte => la luniere sans lunettes ou masque devite est fortement donc moins deve sous l'eau, on est hypermétrope ! dans la corrie  Troubles de la réfraction de l’œil dus a une focalisation incorrecte sur la rétine : vision floue Œil hypermétrope L’image des objets proches de forme derrière la rétine, rendant la vision de a l'air libre près floue. Cela peut être causé par un globe oculaire trop court ou une courbure insuffisante de la cornée. L’hypermétropie peut être corrigée avec = L la focalisation Dor endroit une lentille convergente (positive) et parfois chirurgie réfractive pas an Moeil) coerrière pas suffisamment correction avec une lentille divergente convergent lentille convergente Globe oculaire trop court Dioptrie positive objets proche flous By Гуменюк И.С. - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46878993  Œil myope L’image des objets lointain se forme devant la rétine rendant la vison de loin floue. Cela est souvent du a un globe oculaire trop long ou une courbure excessive de la cornée. La myopie peut être corrigée avec lentille divergente (négative) et parfois chirurgie réfractive trop convergent correction avec une Globe oculaire trop long lentille divergente Objets éloignés flous Dioptrie négative By Gumenyuk I.S. - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46820576  Transformation de l'énergie lumineuse en signal neuronal https://www.freepik.com/premium-ai-image/human-brain-neurons-with-electric-signal-photo-brain-with-power-energy-ai-image-electricity_135268018.htm  rétine Forea cretina pues fina meilleur nation Agrandissement la retil de photorecept de siget prétraitement avant la transmission au photo nerf optique Les photons arrivent par la gauche et doivent traverser les cellules nerveuses avant d’être déctéctés par les photorécepteurs By w:User:Bowlhover - English Wikipedia, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4152949 photorécepteurs ≈ 120 M bâtonnets dans les yeax mar 4-10 % S (bleu) ≈ 6.5 M de cônes ecie 20-45 % M (vert) (3 types différents) ony 50-75 % L (rouge)* longueurs d'onde correspondante * variation individuelle importante photorécepteurs ≈ 120 M bâtonnets ≈ 30 M photorécepteurs (pixels) (1 seul type) 4-10 % S (bleu) trois filtres différents 25 % bleu ≈ 6.5 M de cônes 20-45 % M (vert) 50 % vert (3 types différents) 50-75 % L (rouge)* 25 % rouge* e fil S chaqueenter carreurs ensuite ensemble mise * variation individuelle importante * matrice de Bayer  Que voyez-vous à l'œil nu lorsque vous observez une aurore boréale en dessus de la Suisse ? 1. 1 ① ② 2. 2  Explication ① ② ① & les cores plus sensibles que Œil bâtonnets Appareil photo utilise lemi scopeale arrive a detecte Par faible luminosité Quelle que soit la luminosité les couleurs (vision scotopique) l'appareil photo distingue les aux grace l'œil détecte la lumière différentes couleurs phorons essentiellement par les bâtonnets Pour que cela apparaisse sur l'image, Les bâtonnets ne donnent pas il suffit d'avoir un temps de pose d'information de couleur au cerveau suffisamment long  Contraste avec la région La fovéa: extra fovéale (vision rétine partie la plus fine de la rétine située sur l’axe périphérique)étant optique de l’oeil. (Diamètre env. 0.3mm ) majoritairement correspond au point de fixation du regard, la ou peuplée de bâtonnets l’image est la plus nette A la plus forte densité en cônes et ne contient fovéa aucun bâtonnets meilleur definitioeur nombre de photorécepteurs (mm-2) partout e auto un peut bâtonnets ↑ bâtonnets cônes cônes Photorécepteurs absorbent la lumière et convertissent cette énergie en signale neuronal. Celui ci (temporal) lessentielement angle relatif à la fovéa (deg) centres autour (nasal) est traité par les neurones rétiniens que la lumière vient de traverser puis l’information est envoyée au cerveau par le nerf optique de foréa Le nerf optique sort de la cavité oculaire par une zone dépourvue de récepteurs : la tache aveugle  =- plus grand artil peripherique nombre de P photorecepteur de la vision ensemble moins bonne bonne moins bonne résolution résolution résolution spatiale spatiale spatiale tache nombre de photorécepteurs (mm-2) aveugle bâtonnets bâtonnets cônes cônes (temporal) angle relatif à la fovéa (deg) (nasal) tache aveugle derait si un trou peu de beaucoup peu de sortir le cuplage faire devrait voir cônes de cônes cônes in y a aucun photorecepteurs Tous les photorécepteurs absorbent la lumière et convertissent cette énergie en signal neuronal. Celui ci est traité par les neurones rétiniens que la lumière vient de traverser puis l’information est envoyée au cerveau par le nerf optique sortant de la cavité oculaire par une zone dépourvue de photorécepteurs : la tâche aveugle Nous ne somme pas conscients de la tache aveugle car la partie de l’image qui s’y forme est située dans une région fonctionnelle de l’autre œil et le cerveau fusionne les images des 2 yeux Il y’a par rétine env.120 millions de bâtonnets ayant la charge de la vision en faible luminosité. A mesure que l’on s’éloigne de la fovéa ils deviennent plus espacés et plusieurs sont connéctés a la meme fibre nerveuse Ces 2 facteurs diminuent fortement la résolution spatiale dans la périphérie de la rétine mais contribuent a sa sensibilité ( bâtonnet capables de détecter une quantité infime de 5 photons) À basse intensité lumineuse les photorécepteurs actifs sont les bâtonnet dont le pic de sensibilité se situe a longueur d’onde de 507nm (vision scotopique) 6,5 millions de cônes par rétine, sensibilité env. 1000x inférieure a celle des bâtonnets mais leur résolution spatiale(surtout dans la fovéa ou ils sont concentrés ) est importante. 3 types de cônes : S,M,L dont les sensibilité spectrales sont centrées sur le bleu le vert et le rouge. La vision nette et la vision des couleurs sont dues aux cônes et les dommages a la fovéa conduisent a des images visuelles floues. À haute intensité les photorécepteurs actifs sont principalement les cônes. Les pic de sensibilité global des 3 types de cônes est 555nm ( vision photopique) De manière moins importante que pour les bâtonnets les cônes sont regroupés sur la même fibre nerveuse  Nos yeux ne capturent pas le monde comme une camera numérique Principales différences : caméra numérique moderne est associée à une électronique puissante qui corrige l'image recueillie, par exemple pour en améliorer la résolution, diminuer le bruit ou ajuster les couleurs. Cependant, ça n'est rien en comparaison du traitement effectué par le cerveau dans le cortex visuel. Par exemple : Transformation de la série d'images discrètes en une perception de mouvement continu. Coloration de la périphérie du champ visuel. Invention du contenu de la tache aveugle (en particulier en vision monoculaire). Création de riches détails dans la périphérie, sur la base de la fovéa. Ajouts "d'effets spéciaux" fondés sur notre connaissance intuitive du monde. Suppression de ce qui vient des reflets de nos yeux et non de la scène visuelle. On notera encore que les axones du nerf optique ne sont pas tous afférents sur le cortex visuel V1. Une partie est reliée à l’hypothalamus pour participer à la gestion du rythme circadien. Une autre sert directement à gérer l’ouverture de l’iris. Dix pourcents des axones sont en outre dirigés vers le colliculus supérieur dont la fonction est de diriger notre regard vers des objets d’intérêt en court‐circuitant V1.  · magepa etment ↓ e et dan peripherie Notre rétine perçoit les l carreau fait le travail couleurs et a une bonne deconstituteurs résolution spatiale à la fovéa Notre cerveau "invente" les couleurs périphériques et nous donne l'illusion d'une résolution inaltérée démontré à l'aide de casques de réalité virtuelle et eye trackers YouTube Observatoire B2V des Mémoires - L. Naccache - Le cinéma intérieur : projection privée au cœur de la conscience https://youtu.be/OZro7Jq-b5A?si=HotjgXw7WXzdvtIo  Observation d'une scène YouTube Observatoire B2V des Mémoires - L. Naccache - Le cinéma intérieur : projection privée au cœur de la conscience https://youtu.be/OZro7Jq-b5A?si=HotjgXw7WXzdvtIo  Notre regard se déplace de manière Le cerveau perçoit (reconstruit) un discrète (saccadée) par une mouvement continu succession de fixations saccade (≈ 30 ms) fixation (≈ 150-200 ms) Handbook of Medical Image Perception and Techniques » 2e édition (2018), https://doi.org/10.1017/9781108163781  Notre regard se déplace de manière Le cerveau perçoit (reconstruit) un discrète (saccadée) par une mouvement continu succession de fixations zonesimportaales de points fixationseet rapidement assistant assistant assistant assistant radiologue 1ère année 2ème année 2ème année 4ème année expert Handbook of Medical Image Perception and Techniques » 2e édition (2018), https://doi.org/10.1017/9781108163781  Notre cerveau interpole entre des images statiques Nous percevons des mouvements continus si les images sont échantillonnées à environ 20 Hz YouTube Observatoire B2V des Mémoires - L. Naccache - Le cinéma intérieur : projection privée au cœur de la conscience https://youtu.be/OZro7Jq-b5A?si=HotjgXw7WXzdvtIo  perception de la couleur voir le polycopié et les exercices pour quelques exemples typiques Si un objet nous apparaît de telle ou telle couleur, c'est uniquement parce que la longueur d'onde qui provient de cet objet correspond à ladite couleur dans l'interprétation qu'en fait notre système œil‐cerveau La couleur une notion psychophysique (chap.3) Lorsque la lumière solaire aborde l'atmosphère terrestre, toutes les longueurs d'onde sont présentes. Les molécules d'azote et d'oxygène diffusent l'ensemble du rayonnement, mais avec une préférence pour les longueurs d'onde courtes. Le violet et le bleu sont donc davantage diffusés que le rouge, qui traverse l'atmosphère plus facilement. Ainsi, loin du Soleil, le ciel nous paraît bleu, alors qu'au lever et au coucher du Soleil, la lumière qui nous parvient est rouge, car la plus grande épaisseur d'atmosphère à traverser élimine la composante bleue. nous n'avons pas de capteur absorption de la lumière mesurant la (% du maximum) longueur d'onde longueur Exemple : un pull rouge eclairé par une lumière d'onde (nm) blanche apparaît rouge car les longueurs d’onde autres que celles correspondant a la couleur rouge sont absorbées par la matière constituant le pull et seule la longueur d’onde correspondant au rouge est réfléchie jusqu’à l’œil. Si le pull était eclairé par une lumière bleue il apparaîtrait noir le bleu étant absorbé spectie du rayonement electromagnétique  100 S=100 S=50 Les cônes photorécepteur S (small) sont sensibles absorption de la lumière (% du maximum) aux petites longueurs d'onde 50 50 longueur O S - d'onde (nm) / cores d'un S an signal Lône s l'intensité varie  M L absorption de la lumière reconstructiontrouler (% du maximum) t an coreau transmis - Signal longueur S d'onde (nm)  ~ plus sis comes cônes bleus O bâtonnets cônes verts cônes rouges (M) (S) (L) absorption de la lumière (% du maximum) longueur d'onde (nm)  longueur d'onde du jaune: réfléchie le cirror reflechit en eumière jaune cônes bâtonnets cônes cônes et absorbe verts bleus rouges tous les (M) (S) (L) ragonements jaunes absorption de la lumière non (% du maximum) longueur d'onde (nm) autres longueurs d'onde : absorbées  Chaque longueur d'onde stimule un triplet de cônes longueurs d'onde uniques (rayonnement monochromatique). Ces couleurs sont dites spectrales, car on peut les associer directement à une longueur d'onde du spectre électromagnétique. monochromatique lumière YouTube Science Asylum https://youtu.be/-E6dxybpUvo  Chaque longueur d'onde stimule un 00 triplet de cônes wenge nous ne distinguons pas la différence al entre ces deux émissions rouge vet et du jaun 4 nous percevons YouTube Science Asylum https://youtu.be/-E6dxybpUvo  un écran d'ordinateur reconstitue une couleur par synthèse additive, (car incapable d’émettre Les écrans informatiques font chaque longueur d’onde individuellement) à partir de trois couleurs primaires (rouge, vert et bleu) et d'une mosaïque de pixels trop petits pour qu'on puisse les distinguer individuellement. Ce que nous l'opération inverse en émettant percevons est la somme des trois réponses de nos cônes. Différents mélanges de ces trois couleurs produisent la même sensation visuelle de couleur s'il s produisent les mêmes excitations des trois cônes simultanément un triplet de couleurs et vers rouge très sont Chromophores trop petits pour de proches être résolus individuellement. la reline > - Jause Nous percevons du jaune YouTube Science Asylum https://youtu.be/-E6dxybpUvo  Diagramme de chromaticité La ligne graduée en température correspond à des éclairages typiques définis par des corps noirs couleurs perçues rayonnements monochromatiques (stimulation par une seule longueur d'onde)  Diagramme de chromaticité ensemble des couleurs perceptibles par l'être humain Le rayonnement émis par un objet dépend de son éclairage et des propriétés de réflexion de l'objet considéré. Ainsi, pour qu'une longueur d'onde puisse stimuler la rétine, il faut d'une part qu'elle soit présente dans l'éclairage de la scène et d'autre part qu'elle soit réfléchie par l'objet visualisé. Par exemple : Un objet qui réfléchit λ=650 nm (rouge) et absorbe toutes les autres longueurs d'onde est perçu rouge s'il est éclairé par une lumière dont le spectre contient au moins λ=650 nm, mais noir si le spectre ne contient pas λ=650 nm. Un objet qui réfléchit toutes les longueurs d'onde visibles est perçu blanc s'il est éclairé par de la lumière contenant toutes les longueurs d'onde visible, mais bleu si on l'éclaire avec une lumière contenant uniquement λ=450 nm. rayonnements polychromatiques (stimulation par plusieurs longueurs d'onde)  Diagramme de chromaticité L’addition de 2 rayonnants monochromatiques de longueur d’onde 450 nm ( bleu) et 650 nm (rouge) ne conduit pas a une perception du vert (550nm) mais a du rose car la somme de ces 2 rayonnement monochromatiques stimulent les cônes bleus et rouges mais presque pas les verts. Notre cerveau invente donc Grandeurs spectrales indiquée une couleur absent de l’arc-en-ciel sur la bordure externe gradués en unité de longueur d’onde Intérieur du diagramme : mélange de couleurs spectrales Le triangle contient les couleurs pouvant etres reproduites par un écran d’ordinateur standard (espace sRGB) appelé gamut. ↑ stimulation des cônes bleus et rouges le mélange de deux couleurs s’obtient n'existe en prenant le point médian du rost segment correspondant aux deux ~ le terre couleurs. en pas lumiere de monochromatique  Diagramme de chromaticité le mélange d'un grand nombre de couleurs aboutit vers le centre du diagramme : blanc 2 couleurs spectrales sont dites complémentaires si dur somme est perçue blanche stimulation des trois cônes & les fautes donde longeurs une longueurd'onde pas blanz Dan e t de toutesleslongeurs cerveau en blanc  periphérique e Avec construct sensibilité visi des cônes les choses 1 Januat en elles et le rouge captent donc la coutur 0 complem- entaire inhibé : cellules prêtes & vert non capter a 1 le vert normalement, vous auriez dû voir un 0 cercle de couleur 1 complémentaire -lescellee retent le d'envoyer signal 0 temps  Fonction de transfert de contraste Le système visuel est capable de distinguer des fluctuations spatiales d’intensité On décrit l’angle dans son espace réciproque en termes de fréquences spatiales en cycles par degré Distinguer une fréquence de 4 cycles/degré signifie que nous arrivons à détecter 4 oscillations sinusoïdales dans un angle de 1 degré La détection d’un objet sinusoïdale dépend également de son amplitude par rapport a son environnement appelé contraste : plus l’amplitude est grande, plus il est aisé de le détecter. Ces deux paramètres – fréquence angulaire et contraste – permettent de définir la fonction de transfert de contraste, CTF(f) (contrast transfer La Figure 141‐c contient une sinusoïde de fréquence croissantes vers la droite et de contraste décroissant vers le haut. Selon la distance à laquelle on l'observe, function, en anglais). On la mesure en présentant on devrait distinguer un pic aux environ de 4 cycles/degré. La Figure 141‐d présente la CTF de divers êtres vivants. La nôtre a un maximum des signaux sinusoïdaux de fréquences et de à environ 4 cycles/degré. C'est moins élevé que le faucon, mais significativement contrastes variables insérés dans un fond bruité plus que les deux animaux nocturnes et le poisson rouge. Cela implique que notre système visuel est d'autant moins efficace que l'objet observé contient des fréquences éloignées de 4 cycles/degré. Autrement dit, il est difficile de distinguer un moustique éloigné et il est difficile de distinguer un éléphant si notre nez est collé contre sa peau !  Mesure de la lumière https://moineau-instruments.com/luxmetre-solarimetre/463-luxmetre-economique-1010kt.html Comment comprenez-vous les informations relatives aux ampoules électriques ? puissance électrique que puissance devrait avoir une ampoule électrique à incandescence pour réelle émettre la même quantité benaction de lumière perçue O 6.5 W = 40 W pour unemume anetlectricite 470 lumen "puissance lumineuse perçue"  les couleus percoit on En vision photopique , quelle est la couleur à laquelle notre œil est le plus sensible ? 1. 1 2. 2 L 3. 3 meilleur 4. 4 efficacité 5. 5 6. 6 7. 7 8. 8 9. aucune différence  Le flux lumineux est utilisé pour quantifier la lumière émise par une source lumineuse. Par Flux lumineux φV: unité lumen, lm exemple il existe des lampes LED émettant 1'000lm pour une puissance électrique de 15W, alors qu'une lampe à incandescence consomme psychophysique L> 75 W pour le même flux lumineux. "Puissancee avande De Rayonnement émis par une source lumineuse en terme de puissance constante: 683 lm/W rayonnée en Watt (efficacité lumineuse) permtenire Grandeur pas adéquate du pdv psychophysique car 2 sources de meme puissance mais couleurs différente ne puissance (W) sont pas forcément perçues de la même manière valable re lation longwer Φ v = K cdP 555 nm a va log = 555nm d'onde si P = 1 W → Φ = 683 lm Passage d’une grandeur à l’autre pour un rayonnement monochromatique longueur d’onde = 555nm (vert) de puissance P en W Puissance émise par une source lumineuse utile à l'œil humain à mesure que l'on s'écarte de λ=555 nm, notre œil requiert une puissance P plus élevée pour maintenir un même niveau de perception. 555 Fonctions de sensibilité visuelle V photopique Apuissance-perception erise 1 W correspond à ≈ 240 lm Tou les 3 types de cômes e par - (à 500 nm) 1 W correspond à 683 lm (à 555 nm) V ultraviolets infrarouge Pour la vision scotopique, on utilise la fonction de sensibilité visuelle, V'(λ), qui correspond à la réponse des bâtonnets. Afin de prendre en compte cette variation de perception, le flux lumineux d'une source de rayonnement polychromatique s'exprime en pondérant la puissance émise pour une longueur d'onde donnée P(λ) par la fonction de sensibilité visuelle photopique V(λ) qui correspond à la réponse moyenne de l'ensemble des cônes  Fonctions de sensibilité visuelle V, V' I batonessensibles V' vision scotopique V vision photopique ultraviolets infrarouge  Répétition de l'expérience de la lampe mais… uniquement les personnes présentes dans la salle moitié proche de l'écran  Comment percevez-vous ce stimulus ? perception (échelle linéaire) P = K ( S − S0 ) n loi de Stevens intensité des stimuli 80 800 2000 (lumen)  P = K ( S − S0 ) Le lumen ne prend pas en compte n la perception P de l'intensité d'un stimulus S loi de Stevens Le lumen ne prend en compte que la sensibilité à la longueur d'onde 1 W (λ = UV) = 0 lm 1 W (λ = 555 nm) = 683 lm V  Efficacité des lampes par rapport à la vision humaine Une lampe "parfaite" fonctionnant en vision photopique pourrait produire au maximum 683 lm/W si toute l'énergie était convertie en lumière verte (λ=555 nm) eur S lampe incandescente 10-20 lm/W lampe halogène 15-20 lm/W lampe fluorescente 40-70 lm/W lampe LED 40-135 lm/W  utilise pour definit (ex. le niveau de l'éclairage publice ~ de lecture radiologie) ou salle Eclairement : unité lux, lm/m2 l'éclairement quantifie le rayonnement incident sur une surface. Il est égal au flux lumineux incident sur la surface d'intérêt, par unité de surface. La frontière entre les visions photopique et scotopique se trouve aux environs de 1 lx. Flux lumineux provenant de la demi- sphère en dessus d'une surface, par unité de surface 1 lux = 1 lm/m2 nuit de pleine lune : 0.2 lux salle de lecture de radiologie : 50-100 lux champ opératoire : jusqu'à 100'000 lux extérieur en plein soleil : jusqu'à 100'000 lux notre perception logarithmique de la quantité de lumière n'est pas prise en compte dans les grandeurs basées sur le lumen.  Résumé Principes des instruments Système visuel optiques – ≠ caméra numérique – interaction onde EM – matière – couleurs trois types de cônes réflexion et réfraction diagramme de chromaticité résultat de l'interférence : – perception = – réflexion : angle incident = réfléchi interprétation du cerveau – réfraction : loi de Snell – miroir - réflexion Mesure de la lumière – lentille - réfraction – Puissance transportée, en W – Composante utile à l'œil, en lm – Éclairement, en lm/m2 ou lux Exemple de question d'examen  Type K' – Que peut-on dire d'une lampe émettant 2000 lumens ? 1. Quelle que soit les fréquences contenues, nous percevons la même luminosité 2. Nous la percevons comme étant deux fois plus brillante qu'une lampe de 1000 lumens 3. Toutes les lampes de 2000 lumens consomment la même puissance électrique 4. Le spectre d'émission de cette lampe est identique à celui du Soleil  Objectifs correspondants Décrire les grandeurs psychophysiques de mesure de la lumière