L’adaptation visuelle

Description du phénomène

Tout le monde a fait au moins une fois l’expérience de passer d’un jardin ensoleillé le midi en plein été à une cave sombre : après une brève période ou l’on ne distingue pas grand chose, le système visuel s’adapte et on peut voir distinctement l’intérieur de notre cave. C’est là une des remarquables caractéristiques du système visuel : son incroyable faculté d’adaptation. Il faut en effet savoir que la lumière d’une journée ensoleillée peut être jusqu’à dix millions de fois plus intense que celle d’un clair de lune. Pourtant, l’œil se sent à l’aise dans ces deux situations extrêmes ; ses capacités lui permettent en effet de gérer jusqu’à 14 ordres de grandeurs en luminance. Toutefois, ses performances ne sont pas les mêmes selon le domaine dans lequel s’effectue la visualisation :

De −6 à −2 logCd/m2(vision de nuit ou scotopique), seuls les bâtonnets sont actifs. Ils sont très

sensibles aux petites différences de luminances mais les couleurs ne sont pas perçues (d’où la célèbre maxime “la nuit, tous les chats sont gris”). Du fait de la localisation excentrée des bâtonnets dans la rétine, l’acuité visuelle est faible et les petits détails sont peu visibles.

De 2 à 8 logCd/m2 (vision photopique), les cônes permettent la vision des couleurs. Ils sont très

présents dans la zone fovéale, l’acuité visuelle est donc élevée. Ils sont par contre beaucoup moins sensibles que les bâtonnets, les faibles différences de luminances sont donc difficilement perceptibles. C’est une des raisons pour laquelle les étoiles sont invisibles en plein jour.

De −2 à 2 logCd/m2 (vision mésopique). Ce domaine est assez mal connu. Les quatre types de

récepteurs fonctionnent simultanément. Il existe très peu, à l’heure actuelle, de courbes de sensibilité mésopique. Contrairement à ce que l’on pourrait croire, il est relativement courant de se retrouver dans une situation de vision mésopique : au cinéma, en conduisant de nuit,. . .

Fonctionnement physiologique

Plusieurs composants entrent en jeu dans le mécanisme complexe de l’adaptation. Premièrement, l’iris joue un rôle régulateur en limitant l’entrée de lumière dans le globe oculaire. Deuxièmement, nous avons vu que les photorécepteurs fonctionnaient grâce à une réaction photochimique ; or si la régénération devient plus lente que la réaction elle-même (conséquence directe d’une forte luminance dans la scène), le système visuel devient moins sensible à la lumière. Ces deux actions ne couvrent pourtant qu’un ou deux ordres de grandeur et sont très insuffisantes pour justifier à elles seules la capacité d’adaptation.

En réalité, la majeure partie de ce travail s’effectue au niveau des cellules des couches plexiformes externes et internes. Le rôle des cellules horizontales, ganglionnaires et bipolaires est ici de modérer

3.2. CARACTÉRISTIQUES CHAPITRE 3. LA PERCEPTION VISUELLE

FIG. 3.6 – Sensibilité spectrale dans le domaine photopique

ou d’amplifier l’intensité du stimuli arrivant sur ces photorecepteurs. En effet, lorsqu’un récepteur est proche de la saturation, c’est à dire que la réaction photochimique est proche de son intensité maximale, il ne peut plus rendre compte d’une augmentation de la luminance, aussi petite soit elle. De même, si le signal de départ est plus faible que le seuil de perception du capteur, il ne sera pas traité non plus. Les cellules ganglionnaires agissent alors comme un multiplicateur sur l’entrée des récepteurs : le stimuli lumineux est modulé par une constante qui dépend de la luminance moyenne perçue, compensant ainsi les limites de détection des récepteurs.

Notons enfin que l’adaptation n’est pas un phénomène instantané : elle nécessite de plusieurs secondes à plusieurs minutes de transitions entre deux états radicalement différents. La transition lumineux -> sombre est plus lente que la transition sombre -> lumineux.

Quelques courbes psychométriques

Pour prendre en compte l’adaptation visuelle dans un modèle de vision, il nous faut des mesures psychovisuelles de ce phénomène. Les courbes suivantes résument les performances du système vi-suel en matière d’adaptation et sont basées sur des expériences de seuils de perception. Toutes ces figures sont issues de [18].

La première courbe (figure 3.5) traduit la plus petite différence de luminance perceptible en fonc-tion de la luminance du fond. Notons que l’on considère ici que le fond est uniforme et achromatique. On dénote plusieurs points intéressants sur cette courbe :

– Les bâtonnets sont beaucoup plus sensibles que les cônes dans le domaine scotopique.

– Les cônes commencent à percevoir les différences aux alentours de −2 logCd/m2, ce qui

cor-respond bien au début du domaine mésopique.

– Les bâtonnets ne sont plus actifs dans le domaine photopique.

– Les deux courbes présentent une zone linéaire en log (loi de Weber), ce qui simplifie grandement l’obtention d’une fonction psychométrique.

La deuxième courbe (figure 3.6) montre la sensibilité spectrale des cônes et bâtonnets dans le domaine photopique. La troisième courbe (figure 3.7) est un prolongement de la figure 3.6 en fonction de la luminance de fond et donc du domaine de visualisation considéré. Il est visible, entre autres, que lors de la transition scotopique / mésopique, ce sont les fréquences proches du rouge qui apparaissent en premier.

La quatrième courbe représente l’évolution du seuil de luminance perceptible en fonction du temps dans le cas d’une transition état photopique vers état scotopique. Il est visible sur la figure 3.8 que cette adaptation est loin d’être instantanée. Nous pouvons également remarquer que les bâtonnets sont moins rapides à s’adapter puisqu’il faut attendre 7 minutes environ pour que leur sensibilité surpasse

CHAPITRE 3. LA PERCEPTION VISUELLE 3.2. CARACTÉRISTIQUES

FIG. 3.7 – Sensibilité spectrale des différents capteurs en fonction de la luminance du fond

3.2. CARACTÉRISTIQUES CHAPITRE 3. LA PERCEPTION VISUELLE

FIG. 3.9 – Réponse des cellules ganglionnaires pour différents types de stimuli

celle des cônes.