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Éclairage Plus, 3, 4, p. 7,10,12, 1992-12
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Système d'analyse de la luminance et des images
Tiller, D. K.; Ouellette, M. J.
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Institute for
recherche en
Research in
construction
Construction
ANALYZED
Systeme dbnalyse de
la
luminance et des images
par D.K. Tiller et M.J. Ouellette
Texte tire de Eclairage plus
Hiver, vol. 3, 1704, p. 7, 10, 12
1992
(Cahier IRC no 3077)
Systgme d'analyse de la
luminance et des images
e syst6me d'analyse de la luminance et des images est un photometre video infor- matise. Une camera video etalonnee effectue la saisie des don- nees de luminance lumineuse relati- ves A une sc6ne visuelle donnee et un ordinateur personnel dote d'un logiciel personnalise calcule I'impact de cette sc6ne sur la visibilite. La camera video utilisee est disponible sur le march6 mais a ete modifiee pour fonctionner de f a ~ o n lineaire et a 6te dotee d'un filtre de correction special pour repondre i la norme V(A) de la CIE. Chaque systeme est soigneusement Ctalonne pour fournir des mesures precises de la luminan- ce et des dimensions.
Le systeme fonctionne de la mGme f a ~ o n qu'un luminancemetre A fais- ceau courant, c'est-A-dire que I'utili- sateur le dirige sur la scene et pro- c6de ensuite A la lecture des valeurs de luminance lumineuse de cette scene. Toutefois, contrairement au IuminancemGtre i faisceau, le syste- me CapCalc peut rapidement resou- dre I'image d'une scene en 250 000
facteurs de luminance lumineuse. O n peut maintenant recueillir en quelques secondes des donnees de luminance qui autrefois auraient pris des mois A rassembler. Ces donnees de luminance sont sauvegardees sous forme numerique sur la carte de saisie d'images de I'ordinateur personnel. L'ordinateur enregistre ensuite la luminance et la dimension rkelle des 2 5 0 000 points que compte une scene visuelle. Les don- n6es relatives aux scenes visuelles peuvent etre conservees en perma- nence sur le disque dur de I'ordina- teur ou sur des disquettes.
Le logiciel peut egalement s e ~ i r A mesurer la visibilite de certaines zones i I'intkrieur d'une scene don- nee. Cette visibilite est evaluee en fonction de la mesure de la perfor- mance visuelle relative (PVR) mise au point par Rea et Ouellette. La PVR permet de modeliser la visibilite en fonction des facteurs suivants : la
de ces parametres, le systeme calcu- le les effets visuels de diverses distri- butions lumineuses i I'interieur
d'une scene et les exprime selon I'indice de performance visuelle rela- tive.
Le logiciel du syst6me est tres souple et puissant, et offre de nom- breuses autres fonctions d'analyse et de manipulation d'images qui peu- vent etre groupees en trois procedu- res de calcul. Les images peuvent etre sauvegardees i I'aide d'une option servant A la compression des fichiers o u comme des images i niveau de gris de format TIFF pour que I'utilisateur puisse facilement en obtenir une copie imprimee; I'utilisa- teur peut egalement sauvegarder I'information descriptive relative A
par Dr Dale Tiller et Michel Ouellette une image A I'aide d'une fonction speciale. La manipulation d'images comprend entre autres la possibilite de soustraire deux images pour obte- nir les differences, la possibilite de subdiviser une image en cellules et de reporter les facteurs de luminance lumineuse moyens i I'interieur de ces cellules, la possibilite de choisir le nombre de pixels definissant la cible et le fond, le contour d'image bas6 sur I'ecart standard et la possi- bilit6 de definir les dimensions de I'intervalle pour les contours et les histogrammes. Les procedures de calcul comprennent une serie de donnees statistiques descriptives et recapitulatives p o u r des zones secondaires encadrees ou I'imaqe
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taille, le contraste, la luminance d'adaptation, 1'8ge du sujet. A partir
Systeme d'analyse
...
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enti6re (c'est-i-dire, minimum, maxi- mum, intervalle, moyenne, mediane, variance, &art-type, asymetrie, apla- tissement). Finalement, la procbdure de calcul de la PRV permet &ale- ment de prevoir le temps de traite-
ment visuel, calcule 3 partir d u
temps de reponse incrementielle necessaire pour traiter un stimulus visuel, en fonction du temps de trai- tement obtenu dans des conditions de laboratoire.
Deux cameras et deux objectifs
servent actuellement i differentes
applications. La cam6ra et I'objectif originaux sont davantage appropries pour la caracterisation des luminan- ces dans des champs de vision &en- dus. La deuxi6me camera et le deuxi6me objectif sont mieux adap- tes pour les applications exigeant une resolution precise des ecrans VDT et des details visuels, ou lors- que Ifkclairage ambiant est faible.
Performance visuelle relative
(PVR)
De recents travaux de recherche ont permis de mieux comprendre cer- tains des facteurs qui influencent la visibilite des objets dans I'environne- ment. Ces travaux de recherche ont etabli que la visibilite d'un objet est principalement influencee par quatre
caracteristiques importantes : 1 ) le
contraste entre I'objet et son envi- ronnement immediat; 2) la taille de I'objet, mesuree du point de vue de I'observateur; 3) I'ige de I'observa-
teur et 4) la luminance d'adaptation
dans le champ de vision (I'adapta- tion etant definie comme une reac-
tion neurale et physiologique
a
lalumiere par lequel le systeme visuel
s'habitue i des niveaux d'eclairage
et i des couleurs differents de ceux
ressentis au cours de la periode pre- cedente. L'adaptation est souvent definie en fonction de I'eclairement retinien ou de la quantite de lumi6re frappant la retine de I'sil.
II est important de remarquer que ces quatre facteurs ne sont pas les seules caracteristiques ayant un effet sur la visibilite. D'autres elements comme la couleur de I'objet et le temps d'exposition peuvent egale- ment entrer en ligne de compte. Les effets determinants, comme les ombres et la geornetrie de 116claira- ge, sont generalement exprimes en fonction de leur influence sur I'un
Michel Ouellette
(a
gauche) agent technique au C.N.R.C., membre de I'Cquipe qui a conqu le photometre vidCo inforrnatisk, une premiere mond~ale, expbrimente son appareil avec le concours d'un de ses collaborateurs.des quatre parametres importants deja .rnentionnes : par exemple, I'ombre d'un corps pourra diminuer la luminance d'adaptation tandis
qu'une mauvaise
geometric
deI'eclairage pourra produire des eblouissements par reflexion causant 11att6nuation du contraste.
Pour &tre utile d'un point de vue scientifique il est 6galement impor- tant que chacun des quatre facteurs decrits ci-dessus puissent &tre definis en fonction d'une mesure convenue, et cela m&me si une mesure ne four- nit souvent qu'une approximation grossiere du concept dont elle rend compte. Ainsi, par exemple, m&me
si
I&
sp&ialist& s'accordenta
defi-nir I'adaptation comme etant I16clai- rement retinien, un grand nombre d'entre eux reconnaissent que cette mesure n'est peut-&tre pas la meilleure facon de caracteriser I'adaptation.
Neanmoins et en depit de ces inconvenients, les chercheurs ont decouvert que s'ils pouvaient mesu- rer le contraste, la luminance d'adaptation, la taille de I'objet et specifier I'ige que I'observateur, ils pouvaient predire la visibilite d'un objet; c'est ainsi que Rea et Ouellette modelisent la visibilite en fonction de la performance visuelle relative (PVR). La figure 1 est une representation graphique du modele de PVR. Elle illustre de quelle facon la PVR varie en fonction du contras- te, de la luminance d'adaptation (definie comme &ant I'eclairement retinien mesure en trolands), et de la taille de I'objet. Les quatre panneaux de la figure indiquent que plus la taille d'un obiet augmente et plus la
PVR (c.-a-d., la visibilite) est elevee.
De facon semblable, une augmenta- tion de I'eclairement retinien amene une augmentation de la PVR tout comme le fait I'accentuation d u contraste entre un objet et ce qui I'entoure. La PVR n'est pas une fonction lineaire de ces param6tres; en fait, une augmentation de leur valeur n'entrainera qu'une ameliora- tion negligeable de la visibilite. Le dernier facteur, soit If%ge de I'obser- vateur, n'est pas represent6 dans la figure mais est toutefois pris en compte dans la procedure de calcul utilige pour Ctablir la PVR.
ReprCsentation tridirnensionnelle du rnodde & I'haluation de la performan- ce visuelle mis au point au CNRC. Le systime CapCalc calcule la performance visuelle relative d'un sujet en fonction du contraste et de la dimension de la cible donnCe ainsi que & la IurninositC (luminance) globale de la scine.
suite 2 la page 12
De nouveaux outils
analytiques pour les ensembliers et les
ingenieurs Bclairagistes
e CNRC a mis au p o i n t deux nouveaux outils analy- tiques p o u r evaluer les conditions visuelles
a
I'intk- rieur des bdtiments. C o n y en colla- boration avec Travaux publics Canada pour resoudre les problemes d'insatisfaction concernant I'eclairage et la visibilite dans le milieu du tra- vail, cet equipement contribuera A ameliorer la qualit6 de I'environne- ment a I'interieur des bdtiments.Les deux systemes en question,
a
savoir un ordinateur de pointe dote de fonctions de traitement des ima- ges et une trousse de diagnostic, permettront d'evaluer les facteurs influant sur la v i s i b i l i t e dans le milieu de travail.Le systeme de traitement des ima- ges enregistre les coordonnees relati- ves i I'eclairage dans un milieu
donne et se sert des resultats de recherche sur la vision realises au CNRC pour effectuer les analysbs necessaires.
capture et calcule), est compose d'une camera video
A
semi-conduc- teurs et d'un ordinateur personnel dot6 de fonctions de traitement des images. II effectue la saisie, le stoc- kage, la recuNration et I'analyse des donnees relativesA
I'eclairage d'une scene visuelle donnee. II assure I'enregistrement rapide (1130 s) de plus de 250 000 facteurs de lumi- nance lumineuse ainsi que leur dis- tribution spatiale.Les effets visuels peuvent @tre determines presque instantanement. Le systeme calcule la performance visuelle prevue, compte tenu de la distance de la scene, du contraste entre la cible et I'arriere-plan, et de I'ensemble de I'eclairage environ- nant. II determine egalement I'inci- dence de certaines variables comme, par exemple, la distance de la cible ou I'sge du sujet sur la performance visuelle. Ces calculs sont bases sur
les resultats de travaux de recherche effectues au CNRC.
Systgme d'analyse de la
luminance et des images
Le systeme en question, qui porte le nom de CapCalc (contraction de
mousse de diagnostic de
I'acuiti visuelle et de
I'iclairage
La trousse de diagnostic (VALID)
reunit un ensemble de conditions de reference permettant d'evaluer les limites de l'aptitude visuelle. O n demande aux participants d'effectuer un simple test visuel, qui consiste reperer des espaces sur la circonfe- rence de cercles (anneaux de Landolt) de dimension et de contras- te differents, et i differents niveaux d'eclairage.
Cette trousse comprend un d6me illumine de I'interieur (de sorte
a
assurer un eclairage uniforme) muni d'une fen6tre et d'un photometre. Elle comporte egalement une tdche visuelle normalisee qui consiste a lire A travers la fen6tre un texte situea
11int6rieur du d6me.Le texte normalis6 peut 6tre retire du d6me et place dans le milieu de travail d'un sujet donne pour corn- parer le degre de visibilite corres- pondant
a
ces deux milieux diffe- rents. Ceci permet d'evaluer la quali- t6 de I'eclairage dans le milieu de travail considere.Le texte original normalis6 peut 6tre egalement remplace par un document de travail quelconque en vue de determiner I'acuite visuelle necessaire A sa lecture.
Syst6me
d'anal
yse
...
suite de la page 10
Bien qu'a ce stade il ne soit pas encore possible de determiner avec precision les effets de differentes valeurs de la PVR sur la visibilite, on peut toutefois delimiter de facon approximative les ~ a r a c t e r i s t i ~ u e s d'une v i s i b i l i t e adequate. Des valeurs de la PVR inferieures
a
.a00 indiquent generalement une visibilite inacceptable, tandis que des valeurs superieuresa
.950 indiquent une bonne visibilite.PVR
et visibiliti?
La plupart des tdches qui requierent une bonne visibilite ont aussi des exigences non visuelles auxquelles
on doit repondre s i I'on veut assurer une bonne performance. II est
A
cestade utile de rappeler que I'efficaci- te fonctionnelle fait appel
a
au moins quatre elements : le visuel; le moteur (mouvement des yeux, deplacements, etc.); le cognitif (pro- cessus mentaux de la perception); et la motivation (attitude envers le tra- vail, etc.). Une bonne efficacite ope- rationnelle exige donc davantage que le simple fait d'6tre en mesure de voir la t%che. Si I'un ou I'autre des elements est deficient, I'efficaci- t6 operationnelle baissera et cela, m6me dans des conditions de bonne visibilite. Par contre, les effets d'une mauvaise visibilite pour- ront 6tre compenses par des employes enthousiastes et motives. La PVR n'est qu'une mesure de I'element visuel de I'efficacite op6ra-tionnelle et ne permet pas d'evaluer I'importance relative de ses elements non visuels. La PVR ne mesure que le temps necessaire au systeme visuel pour voir un objet.
Puisque la PVR ne sert qu'a prevoir la visibilite ou le temps necessaire
