Perception de la profondeur (Cours 7) PDF

Y Indices de profondeur - indices oculo-moteurs - indices monoculaires - indice binoculaire Physiologie de la perception de la profondeur Perception de la taille et de la distance Perception de la profond...

Y Indices de profondeur - indices oculo-moteurs - indices monoculaires - indice binoculaire Physiologie de la perception de la profondeur Perception de la taille et de la distance Perception de la profondeur  PERCEPTION DE LA PROFONDEUR Notre perception visuelle nous offre une représentation tridimensionnelle de l'environnement. Pourtant, l'image qu'enregistre notre rétine est bidimensionnelle; i.e. elle ne représente pas la profondeur. Ceci soulève la question fondamentale suivante: Comment notre système visuel arrive-t-il à établir une représentation de la profondeur à partir de l’information bidimensionnelle que constitue l’image rétinienne. 2 Perception de la profondeur  Une approche utilisée pour comprendre notre perception de la profondeur repose sur l’identification des sources d’information signalant la profondeur dans la scène. Approche des indices: L'hypothèse proposée est que la perception de la profondeur résulte de l'enregistrement et du traitement (interprétation) de ces indices par le système visuel. On distingue 3 classes d'indices: Indices oculomoteurs Indices monoculaires Indices picturaux et ceux produits par le mouvement Indice binoculaire: impression de profondeur: stéréoscopie. 3 Perception de la profondeur  Indices oculomoteurs L'angle de convergence de nos yeux varie en fonction de la distance nous séparant de l'objet observé. Accommodation: La forme de notre cristallin varie également en fonction de la distance nous séparant de l'objet observé afin de focaliser son image sur la rétine. Ces indices ne sont utiles que pour des objets relativement près (2-3 mètres ou moins) puisque l'angle de convergence et l'accommodation ne varient que très peu au-delà de cette distance. 4 Perception de la profondeur  Indices monoculaires Sont subdivisés en deux classes. Indices picturaux: Indices bidimensionnels (i.e. pouvant être représentés sur une surface plane, comme la rétine) statiques suggérant la profondeur. Indices produits par le mouvement: Nos déplacements à travers l'environnement causent un mouvement de l'image rétinienne. Ce mouvement varie en fonction de la distance relative des objets. 5 Perception de la profondeur  INDICES PICTURAUX Occlusion: Un objet sera vu comme plus près si son image recouvre partiellement celle d'un autre. Il s’agit d’un indice non-métrique (ce qui est plus proche ou plus loin), par opposition à un indice métrique, qui permet d’estimer la distance. Hauteur relative: Un objet sur le sol sera perçu comme plus éloigné s'il est plus haut dans le champ visuel. Si un objet est suspendu dans les airs (e.g. un nuage), il sera perçu comme plus éloigné s'il est plus bas dans le champ visuel. 6 Perception de la profondeur  Ombrage: L’ombrage donne une information sur le relief et sur la localisation des objets. Taille relative: On aura tendance à percevoir un objet comme plus près si l'image qu'il projette sur la rétine est plus grande. Taille familière: Notre connaissance de la taille habituelle d'un objet combinée avec la taille de l'image rétinienne nous informe sur la distance nous séparant d'un objet. La taille familière est le seul indice de profondeur capable d’informer sur la distance métrique absolue. Notre capacité à l’utiliser manque toutefois de précision. 7 Perception de la profondeur  Perspective aérienne: La lumière provenant d'objets éloignés doit traverser une plus grande distance à travers l'air (qui contient de petites particules de poussière, d'eau, etc.) que des objets plus proches. L’atmosphère cause une diffusion de la lumière qui entraîne une atténuation des contrastes et un bleuissement de l'image avec une augmentation de la distance. 8 Perception de la profondeur  Perspective linéaire: Des lignes parallèles dans le monde extérieur convergent l'une vers l'autre au niveau de leur projection rétinienne à mesure qu'elles s'éloignent de l’observateur. Le point de convergence s’appelle le point de fuite. Gradient de texture: Les surfaces qui nous entourent ne sont pas parfaitement uniformes, elles comportent des contrastes locaux, la texture. La taille des éléments de texture sur une surface ainsi que la distance séparant ces éléments diminuent graduellement avec une augmentation de la distance. 9 Perception de la profondeur  INDICES PRODUITS PAR LE MOUVEMENT Parallaxe de mouvement: La vitesse et la direction du mouvement de l'image rétinienne causé par notre propre déplacement varie selon la distance des objets. Si notre regard est fixé à l'infini (i.e. aucune poursuite oculaire), la vitesse du mouvement de l'image rétinienne est plus grande pour un objet près qu'un objet éloigné. Pour un ou l’autre, la direction apparente du mouvement est en direction opposée à notre propre déplacement. 10 Perception de la profondeur  Si notre regard est fixé sur un point donné de l'environnement (c'est le cas le plus courant), les objets plus près que ce point de fixation ont un mouvement apparent en direction opposée à notre propre déplacement. Les objets plus éloignés que ce point de fixation ont un mouvement apparent dans la même direction que notre propre déplacement. La vitesse de ces mouvements apparents augmente avec la distance séparant un objet du point de fixation oculaire. 11 Perception de la profondeur  Dévoilement/recouvrement ("accretion/deletion"): Le recouvrement d'objets situés à des distances différentes est modifié par nos déplacements dans l'environnement. Un objet dont la surface recouverte change avec notre déplacement est situé plus loin que l'objet qui le recouvre. Démo: http://9gag.com/gag/a5dNQ0V?ref 12 Perception de la profondeur  Disparité binoculaire Étant donné leurs positions différentes, nos deux yeux voient le monde sous des points de vue différents. Cette différence de point de vue fait en sorte que les images projetées par des objets situés à des distances différentes présenteront une disparité binoculaire différente. Disparité binoculaire: Différence entre les yeux au niveau de la projection rétinienne d'un objet. Cette différence peut être démontrée par l'observation d'objets situés à des distances différentes en fermant alternativement l'oeil droit et gauche. Stéréoscopie (ou stéréopsie, "stereopsis"): Impression de profondeur reposant sur la disparité binoculaire. 13 Perception de la profondeur  La contribution de la stéréoscopie à la perception de la profondeur peut être démontrée par l'utilisation du stéréoscope. Le stéréoscope est un mécanisme permettant de projeter deux images prises sous des points de vue légèrement différents de façon séparée à chacun des yeux (i.e. présentation dichoptique, chaque œil recoit stimulus différent). L'observation dichoptique d'images stéréoscopiques donne lieu à une impression de profondeur plus riche que celle disponible lors de l'observation monoculaire. 14 Perception de la profondeur  À visionner avec lunettes rouge/vert. Mettre le filtre rouge devant l’œil gauche. 15 Perception de la profondeur  Horoptère: Cercle imaginaire passant par le point de convergence binoculaire et par les deux yeux. Les objets situés à l'horoptère ont des projections rétiniennes homologues (i.e. projections sur des points correspondants de la rétine de chacun des yeux). Ils présentent donc une disparité binoculaire nulle. 16 Perception de la profondeur  Disparité binoculaire croisée ("crossed"): Disparité binoculaire produite par des objets situés entre l'horoptère et l'observateur. Le degré de disparité croisée augmente avec une augmentation de la distance entre un objet et l'horoptère. Disparité binoculaire homonyme ("uncrossed"): Disparité binoculaire produite par des objets situés au-delà de l'horoptère. Le degré de disparité homonyme augmente avec une augmentation de la distance entre un objet et l'horoptère. Aire de Panum: Étendue de part et d’autre de l’horoptère correspondant à de faibles disparités binoculaires qui peuvent être fusionnées. Pour les disparités binoculaires plus grandes, il y a diplopie. 17 Perception de la profondeur  La capacité de notre système visuel à utiliser l'information de disparité binoculaire pour la perception de la profondeur (i.e. stéréoscopie) implique une mise en correspondance et une comparaison des images reçues par chacun des yeux. Problème de la correspondance: Comment notre système perceptif arrive-t-il à apparier les points correspondants d'une scène visuelle malgré leur disparité binoculaire? Deux hypothèses ont été proposées pour résoudre cette question: Oeil gauche Oeil droit vs. Oeil gauche Oeil droit Reconnaissance Reconnaissance Intégration monoculaire monoculaire binoculaire Intégration Perception binoculaire stéréoscopique Perception stéréoscopique Il a été possible de décider laquelle de ces hypothèses est correcte par l'utilisation de stéréogrammes de points aléatoires. 18 Perception de la profondeur  Le stéréogramme de points aléatoires consiste en la présentation dichoptique de deux surfaces composées de points aléatoires. Ces deux surfaces sont identiques sauf pour une portion qui est déplacée horizontalement. Cette portion de l'image semble avoir une profondeur différente du reste lors de l'observation binoculaire. Puisque le stéréogramme de points aléatoires permet la perception stéréoscopique même s’il ne comporte aucun objet pouvant être reconnu par l'observation monoculaire, il est conclu que l'intégration binoculaire précède la reconnaissance d'objets et donc qu'elle n'en dépend pas. Certaines heuristiques semblent contribuer à l’intégration binoculaire: 1- D’abord intégrer l’information de basse fréquence spatiale pour passer aux fréquences plus élevées ensuite. 2- Contrainte d’unicité: Chaque élément de l’image pour un oeil ne peut être apparié qu’à un seul élément de l’image pour l’autre œil. 3- Contrainte de continuité: Les changments de disparité à travers l’étendue de l’image sont généralement graduels (i.e. solution préférée). 19 Perception de la profondeur  À visionner avec lunettes rouge/vert. Mettre le filtre rouge devant l’œil droit. 20 Perception de la profondeur  À visionner avec lunettes rouge/vert. Mettre le filtre rouge devant l’œil droit. 21 Perception de la profondeur  Autostéréogramme Il est possible d’obtenir une impression de profondeur stéréoscopique en faisant converger les yeux à une distance au-delà de celle de l’image. Ceci entraîne de nouvelles correspondances entre certaines portions de l’image qui produiront ainsi une disparité binoculaire, d’où l’impression de profondeur. 22 Perception de la profondeur  Physiologie et perception de la profondeur Des neurones ont été retrouvés dans le cortex pariétal du singe qui présentent une séléctivité à l’inclinaison en profondeur des surfaces qui est signalée par un gradient de texture. Ces mêmes neurones présentent en même temps une sélectivité à la disparité binoculaire. Il semblent donc avoir comme fonction de signaler la profondeur et utilisent une variété d’indices de profondeur à cette fin. 23 Perception de la profondeur  Stéréoscopie et physiologie L'intégration binoculaire requise pour la perception stéréoscopique doit être faite au niveau du cortex visuel. Toutes les fibres nerveuses reliant la rétine au cortex ne répondent qu'à la stimulation de l'un des deux yeux (i.e. champs récepteurs monoculaires). Dans la séquence de structures nerveuses par lesquelles transite l'information visuelle, le premier site présentant des champs récepteurs binoculaires est le cortex visuel primaire. Des expériences électrophysiologiques menées chez le chat et le singe démontrent l'existence de cellules dans le cortex visuel dont le champ récepteur binoculaire est sélectif à la disparité rétinienne. Ces cellules démontrent une préférence pour la stimulation simultanée des deux yeux en des points présentant une disparité binoculaire spécifique. Le degré de disparité binoculaire préféré varie d'une cellule à l'autre. Environ la moitié des neurones de V1 ont une sélectivité à la disparité binoculaire. Ce pourcentage augmente dans l’aire V2. 24 Perception de la profondeur 25 Perception de la profondeur  On note également des neurones sensibles au signe de disparité binoculaire mais pas à son amplitude (cellules « near » et « far »). L’existence de ces champs récepteurs binoculaires est nécessaire à la perception stéréoscopique. Ainsi, des chats s’étant développés avec une vision monoculaire uniquement (un oeil suturé à la naissance ou alternance quotidienne œil droit/gauche) ne présentent que peu (ou pas) de cellules binoculaires au niveau du cortex visuel et sont incapables de percevoir la profondeur à partir d'une information de disparité binoculaire. L’observation d’un biais des jugements de disparité chez le singe lors de la microstimulation de neurones sélectifs à la disparité binoculaire appuie aussi cette 26 hypothèse. Perception de la profondeur  Rivalité binoculaire: Lorsque la différence entre les stimulations reçues par chaque œil est trop grande, il y a impossibilité de fusion binoculaire, ce qui entraîne la rivalité binoculaire – suppression de la vision d’un œil, avec alternance périodique. 27 Perception de la profondeur  Intégration des indices de profondeur – Aproche Bayesienne Les indices de profondeur pris individuellement sont généralement incertains et leur intégration favorise une perception véridique. On considère que cette intégration se fait de manière automatique et inconsciente (i.e. inférence inconsciente; Helmholtz). Celle-ci semble mettre en jeu notre expérience et notre connaissance du monde, qui servent à établir les probabilités a priori de certaines interprétations. Ici par exemple, l’interprétation privilégiée de la scène (a) repose en majeure partie sur: 1- selon notre expérience, les pièces de monnaie (de même dénomination) ont toutes de même dimension. 2- les points de vue accidentels se produisent rarement. 28 Perception de la profondeur  PERCEPTION DE LA TAILLE ET DE LA DISTANCE La taille de l'image rétinienne d'un objet est fonction à la fois de la taille réelle de cet objet et de la distance le séparant de l'observateur. Le pouce tenu à bout de bras occupe un angle visuel d’environ 2 deg. 1 deg = longueur de 1 cm vue à une distance de 57 cm Constance de taille: La taille perçue demeure invariante malgré des changements de la taille de l'image rétinienne induits par un changement de la distance. La constance de taille dépend de la capacité de notre système visuel à prendre en considération la distance de l'objet pour juger de sa taille. Autrement dit, la constance de taille est dépendante de la perception de la profondeur. 29 Perception de la profondeur  Expérience de Holway & Boring: Deux cercles sont présentés au sujet. Le cercle-test est présenté à une distance variable (10 à 120 pieds, environ 3 à 35 m) mais la taille de l'image qu'il projette sur la rétine demeure constante (1 deg) parce que la taille réelle du cercle-test augmente avec sa distance. Le cercle de comparaison est présenté à une distance fixe de 10 pieds (3 m) et sa taille doit être ajustée afin d'être la même que celle du cercle-test. Les résultats indiquent qu'une élimination des indices de profondeur élimine la constance de taille. 30 Perception de la profondeur  1- binoculaire, tous autres indices disponibles 2- monoculaire, tous autres indices disponibles 3- monoculaire, vu à travers trou d’aiguille 4- monoculaire, vu à travers trou d’aiguille, et avec masquage des surfaces des murs, plafond, plancher. 31 Perception de la profondeur  Illusions dans la perception de la taille Une erreur dans perception de la distance d'un objet (si les indices de profondeur sont réduits ou erronés) peut donner lieu à une illusion (erreur) dans la perception de sa taille. Illusions Muller-Lyer et Ponzo Selon Gregory, ces illusions résultent d'une application automatique mais erronée de la constance de taille. Ainsi, la barre du haut de l'illusion Ponzo semble plus éloignée (donc plus longue) que celle du bas. De la même façon, la ligne verticale de l'élément de gauche dans l'illustration de l'illusion Muller-Lyer nous semblerait plus éloignée (donc plus longue) que la ligne verticale de l'élément de droite. 32 Perception de la profondeur  L'explication de Gregory est remise en question par le fait que l'illusion de Muller-Lyer demeure même si tous les éléments de la stimulation sont perçus comme étant à la même distance. Par ailleurs, l’illusion de Ponzo n’est pas vérifiée dans tous les cas. Ici, l’illusion fonctionne pour les lignes A vs B mais pas (ou pas très bien) pour C vs D – par contre, elle fonctionne plutôt bien pour C vs E. L’explication des ces illusions n’est encore pas entièrement résolue du fait qu’aucune théorie ne fait encore l’unanimité. 33 Perception de la profondeur  Chambre de Ames Chambre construite afin de donner une information de distance erronée. Donne lieu à une illusion de taille. 34 Perception de la profondeur