Perception de la Profondeur (Kerzel) 06-PDF

Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 1 6 Table des matières indices de profondeur oculomoteurs indices de profondeur monoculaires – indices picturaux – indices de mouvement indices de profondeur binoculaires – disparité et stéréops...

Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 1 6 Table des matières indices de profondeur oculomoteurs indices de profondeur monoculaires – indices picturaux – indices de mouvement indices de profondeur binoculaires – disparité et stéréopsie – points rétiniens correspondants – stéréogramme de points aléatoires – code neuronal de la disparité la perception de la taille – taille et distance – Holway & Boring illusions de taille  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 2 La perception de la profondeur et de la taille Problèmes fondamentaux: – La scène visuelle (tridimensionnelle, ou 3D) projette une image bidimensionnelle (2D) sur la rétine. – L’angle visuel sous-tendu par un objet est déterminé par sa taille physique et l’éloignement de l’œil. Quelles informations nous permettent d’inférer la profondeur et la taille des objets? Nous disposons « d’indices » de profondeur: – informations corrélées avec la profondeur – il est possible que l’utilisation de certains indices de profondeur soit acquise au cours du développement de l’individu. – trois types d’indices de profondeur: oculomoteur, monoculaire, binoculaire  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 3 Les indices oculomoteurs L’angle de convergence (indice binoculaire également): – résultant de la rotation des deux yeux vers le nez lorsqu’on focalise des objets proches. Accommodation: – Le changement de la forme du cristallin par la contraction des muscles ciliaires (cf. 02-09; il faut augmenter la convergence avec des objets proches). Ces indices sont utiles jusqu’à environ un mètre: la convergence est plus utile que l’accommodation.  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 4 Occlusion, hauteur relative et ombre Occlusion: un objet recouvert par un autre objet derrière celui-ci – indice de distance relative. Hauteur relative (au-dessous de l’horizon): – Un objet plus élevé dans le champ visuel (c’est la base qui compte) est perçu comme étant plus lointain. – Un objet plus bas dans le champ visuel est perçu comme étant plus proche. – Cette relation est inversé pour les objets au-dessus de l’horizon (situés dans le ciel). Ombre projetée: l’ombre nous indique où l’objet se trouve dans l’espace. >> 06-depth.motion/ball-in-a box >> 06-depth.motion/viralnova.gif  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 5 La source de lumière et la forme Les ombres nous permettent de déterminer la forme d’un objet, sachant où se trouve la source de lumière. Interprétation en creux ou en relief selon l’orientation de l’ombre (a et b). Heuristique: la source de lumière se trouve la plupart du temps au dessus de l’image. >> 06-depth.motion/rot_mask.mpg  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 6 La source de lumière et l’âge L’utilisation de l’heuristique « la lumière vient d’en haut » dépend de l’âge. L’interprétation d’une image selon cette heuristique est moins fréquente chez le jeune enfant → au moins partiellement acquise. L’interprétation de formes formes naturelles naturelles selon cette heuristique est plus fréquente que l’interprétation de formes symboliques. formes symboliques “Number correct” = réponses cohérentes avec une lumière venant d’en haut Stone & Pascalis (2010)  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 7 Taille relative et familière 1. Taille relative: si deux objets sont de même taille physique mais que l’angle visuel soutenu par l’un des deux est plus petit, alors cet objet sera perçu comme étant plus loin. 2. Taille familière: si les angles visuels sous-tendus par deux objets sont égaux, et on sait qu’un des deux est plus petit que l’autre, alors l’objet plus petit sera perçu comme plus proche – surtout en absence d’autres indices. (2) (1)  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 8 Perspective atmosphérique et linéaire Perspective atmosphérique: plus l’objet est distant, plus y a de particules dans l’air (poussière, gouttes d’eau, pollution) que la lumière doit traverser. La lumière est alors plus filtrée (bleutée) et il y aura également plus de diffraction, rendant l’image floue. Leon Battista Alberti (1435) Perspective convergente: les lignes parallèles convergent vers un point de fuite. diffraction  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06- 9 Gradient de texture Gradient de texture: les éléments d’une texture sous-tendent des angles progressivement plus petits avec leur éloignement.  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-10 Parallaxe de mouvement Parallaxe du mouvement: lorsque l’observateur se déplace, la vitesse sur la rétine des objets proches est plus grande que celle d’objets plus lointains. Schéma: Dans un même intervalle de temps, le point T (près) se déplace sur une plus grande distance (T1→T2) que le point H (H1→H2). T = Tree H = House  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-11 Accroissement et effacement Accrétion (accroissement) et effacement: combinaison de la parallaxe de mouvement et de l’occlusion. Après un déplacement, certaines parties de l’image deviennent visibles alors que d’autres sont « effacées ».  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-12 Disparité et stéréopsis Disparité binoculaire: différence dans les images venant des deux yeux. Stéréopsis: perception de profondeur résultant de la disparité binoculaire. Stéréoscope Photographie stéréoscopique: une photo prise avec des objectifs à la même distance que les yeux. >> 06-anaglyph, lunettes 3D Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-13 Créer de la disparité: méthodes On peut créer une impression de profondeur en présentant deux images légèrement différentes à chaque œil: l’une après l’autre (lunettes d’obturateurs) ou alors simultanément à travers des filtres ou avec des miroirs. Le filtre rouge A. 17 ms à laisse passer que l’œil gauche les longueurs d’ondes longues → le vert paraît plus foncé. B. 17 ms à l’œil droite Le filtre vert laisse passer que les longueurs d’ondes moyennes → Une des deux fenêtres le rouge paraît est fermée au bon plus foncé. moment.  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-14 Point correspondants et horoptère Points correspondants sur la rétine: points qui ont le même emplacement sur les deux rétines (ils se superposeraient si on alignait les rétines). Horoptère: cercle imaginaire qui passe à travers le point de fixation ➔ tous les objets sur l’horoptère sont projetés sur des points correspondants.  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-15 L’angle de disparité Les objets situés en dehors de l’horoptère sont projetés sur des points non-correspondants. L’angle de disparité: l’angle formé par les projections sur les deux rétines d’un même point dans le champ visuel (0° si les points sont correspondants). A mesure que l’on s’éloigne de l’horoptère, l’angle de disparité augmente. Angle de disparité  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-16 La disparité croisée et décroisée Lorsqu’on fixe un point sur l’horoptère. Un objet devant l’horoptère se projettera sur la partie temporale de la rétine. Un objet plus loin que l’horoptère se projettera sur la partie nasale (vers le nez) de la rétine  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-17 Stéréogrammes de points aléatoires l’œil gauche l’œil droit Les stéréogrammes de points aléatoires permettent d’isoler la disparité binoculaire comme information sur la profondeur (Julesz, 1971). Le pattern de A et B est décalé d’un carré dans l’image de droite (les X et Y indiquent les carrés découverts) Le résultat du décalage est une disparité rétinienne entre les deux images (au niveau du carré), de sorte que nous voyons le carré (A+B) devant le fond. noir=0,A,X blanc=1,B,Y  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-18 Magic Eye Pour percevoir un objet dans un auto-stéréogramme il faut atteindre une certaine disparité par la convergence des deux yeux. Le problème de la correspondance: Comment est-ce que le système visuel détermine quels sont les points sur les deux rétines qui appartiennent au même objet?  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-19 Neurones sensibles à la disparité Des neurones sensibles à la disparité se trouvent dans V1, V2 regard et tout le long de la voie dorsale, mais aussi dans V4 et IT. Les neurones sont sélectivement activés par la disparité croisée (« near cell »), décroisée (« far cell ») et le degré de disparité (effet excitateur ou inhibiteur). Privé de stimulation visuelle binoculaire pendant le développement (vision alterné avec Stimulus optimal: l’œil droit ou gauche), un singe (a) disparité de 0° possèdera moins de cellules (b) disparité > 0°, croisée ou décroisée sensibles à la disparité. (c) disparité décroisée (d) disparité croisée  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-20 Neurones sensibles à la disparité Comme pour l’orientation, on peut mesurer des courbes de réponses à la disparité binoculaire. Les courbes montrent le degré de spécialisation de la cellule pour une certaine disparité: il faut stimuler l’œil gauche et droit avec des images décalées d’un certain angle (l’angle de disparité).  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-21 La position des yeux Les yeux frontaux: prédominent chez les prédateurs; permettent une bonne estimation de la profondeur, grâce aux indices binoculaires. Les yeux latéraux: prédominent chez les proies; permettent une vue d’ensemble; peu (ou pas) de vision binoculaire.  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-22 La portée des indices de profondeur 0-2 2-30 > 30 L’importance des différents mètres mètres mètres indices de profondeur varie Occlusion OK OK OK avec la distance. Taille relative OK OK OK Pour la coordination visuo- manuelle (espace proche ou Accomodation OK péripersonnel), la disparité et convergence est l’indice le plus important. Mouvement OK OK A grandes distances, les Disparité OK OK indices monoculaires Hauteur relative OK OK prédominent. Perspective OK atmosphérique  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-23 Expérience de Holway & Boring (1941) L’observateur doit ajuster la taille physique d’un disque (standard ou de comparaison) pour qu’elle soit identique à la taille physique d’un disque test. L’angle visuel du disque test est toujours le même (c.à.d. quand on éloigne l’objet, on augmente sa taille physique). Quelle est la précision des jugements lorsqu’on enlève des indices de profondeur?  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-24 Expérience de Holway & Boring (1941) En absence d’autres indices on a tendance à juger la taille de l’objet selon l’angle visuel. (1) avec tous les indices (2) monoculaire (3) monoculaire, à travers une pupille artificielle (trou) (4) monoculaire, pupille artificielle, sans cadre de référence visible (en voyant l’objet à travers un tunnel) 1 inch = 2.5 cm 3 mètres  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-25 La constance de la taille Constance de la taille: la perception de la taille d’un objet est relativement constante pour des distances d’observation différentes (avec différents angles visuels) – à condition d’avoir une idée de la distance correcte. La taille perçue dépend de la taille angulaire d’un objet et de sa distance: S = k x (R x D) S: taille perçue k: constante R R: taille de l’image sur la rétine D: distance (profondeur) D 0.5 x R 2xD  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-26 La loi d‘Emmert La loi d’Emmert: pour une taille rétinienne donnée, la taille perçue est proportionnelle à la distance perçue. La loi découle de S = k X (R x D). Démonstration: Une image rémanante a toujours la même taille angulaire (R constant) quelle que soit la surface sur laquelle elle semble “projetée”. Si on regarde un mur éloigné, l’image rémanente semble plus grande que si on regarde un objet proche (ex. pupitre): si D2 > D1 alors S2 > S1 (loi d’Emmert).  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-27 Illusions de la taille: Müller-Lyer R. Gregory (1966): La constance de la taille est réalisée de façon automatique et inconsciente. Les illusions optico-géométriques (2D) suscitent une interprétation «3D», entraînant une constance de la taille. Comme D2 > D1, la taille perçue (S) est plus petite à gauche qu’à droite même lorsque la taille rétinienne (R) est identique: S = k x (R x D) coin à l’extérieur coin à l’intérieur illusion de Müller-Lyer → plus proche (D1) → plus loin (D2)  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-28 Illusions de taille Lorsque la taille rétinienne est égale, l’objet le plus lointain doit l’illusion de Ponzo être physiquement plus grand (loi d’Emmert).  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-29 Les illusions de taille: Müller-Lyer Problèmes pour la théorie de Gregory: – L’illusion persiste même lorsqu’il n’y pas de différence de profondeur perçue. – L’illusion persiste lorsque l’interprétation 3D est peu probable, p. ex. avec des cercles attachés aux extrémités (illusion des altères). Day (1989) suggère la théorie des indices conflictuels: l’intégration d’indices produit un compromis. Dans le Müller-Lyer, le compromis est entre la longueur réelle des lignes et la longueur de l’ensemble de la figure.  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-30 La chambre d’Ames Dans la chambre d’Ames deux personnes de taille physique identique ont une taille apparente très différente – La chambre semble rectangulaire quand on la regarde à travers d’un trou (monoculaire, sans parallaxe de mouvement). – On nous fait croire que le mur est frontoparallèle (il nous fait face), alors qu’en réalité un côté est bien plus proche que l’autre. >> youtube  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-31 L’illusion de la lune L’illusion de la lune: la lune paraît plus grande à l’horizon que lorsqu’elle est élevée dans le ciel (zénith), alors que l’angle sous-tendu par la lune reste le même. La théorie de la distance apparente: La lune paraît plus proche quand elle est élevée dans le ciel parce que les indices de distance manquent. Ces indices sont disponibles vers l’horizon ce qui augmente la distance perçue. Autres explications: contraste des angles visuels, perspectives atmosphériques. S = k x (R x D) R(lune-ciel) = R(lune-horizon) L’illusion de la lune D(lune-ciel) < D(lune-horizon) → S(lune-ciel) < S(lune-horizon)  Processus sensoriels et perceptifs (Kerzel) 06-32 Indices de la profondeur oculomoteur visuel Accommodation Convergence Binoculaire Monoculaire Indices statiques Parallaxe de mouvement Occlusion Hauteur Taille Perspective ….