- Précisions et échelles de grandeur à propos de l’œil humain

,  par Hervé BERNARD dit RVB

1 Évaluation de la vision humaine
L’œil est capable de repérer un point noir sur fond blanc de un centième de millimètre (1/100 mm à 1 m de distance) à une distance de un mètre soit 0,5 seconde d’arc. Pour cet angle de vision, son pouvoir séparateur distingue un détail d’un point de un millimétrée à un mètre de distance et il en voit deux si ceux-ci sont séparés par un tiers de millimètre.

- 20 / 20
Cette note correspond à la capacité à discriminer un détail d’ ½ minute d’arc. Celle-ci est le maximum théorique de discrimination de l’œil humain. En effet, la séparation entre deux photorécepteurs de la région centrale de la rétine est de 2,5 nm (nanomètres). Un œil doté de telle capacité est un œil parfait, mais cette perfection est inaccessible à cause de la diffraction de la lumière sur les bords de la pupille.

- 16 / 10
Capacité de discrimination maximale observée chez certaines personnes douées d’une très bonne vision.

- 15 / 10
Discrimine deux points à 0,2 mm à 1 mètre.
De nombreux jeunes sont doués de cette vision.
Aussi : les pilotes de chasse, les pilotes de voitures de course.

- 12 / 10
Acuité fréquente chez les jeunes.

- 10 / 10
Capacité à distinguer deux points distants de 1,46 mm à 5 m.
Ou 0,290 … mm ( 1/3 mm) à 1 mètre.
Ce qui correspond à une minute d’arc.
Ceci dans des conditions de très bon contraste.

- 4 / 10
A ce stade, l’acuité visuelle d’un humain est quatre fois plus faible que que celle d’une personne normale. Cela correspond à un pouvoir discriminatoire de 2,5 minutes d’angle ou z
Ou discrimination de 0,72 mm à 1 m.

-  3 / 10
Seuil en deçà duquel la personne est malvoyante.

- 1 / 10
En-dessous de ce seuil, on considère que la personne est non voyante.

- 0 / 10 Personne aveugle.

2 Corpulence-Taille, distance et résolution visuelle
- Un excellent archer voit la cible plus grosse qu’un mauvais archer, cette capacité montrerait notre capacité à focaliser sur un élément du champ visuel. Cependant, les
rapaces ont une vision supérieure à celle de l’homme. Leur seconde “ lentille ” leur donne une capacité d’agrandissement dix fois plus grande que celle de l’homme. La buse est capable de détecter un lapin à 3 kilomètres de distance.

- Un homme dont l’indice de masse corporelle est supérieur à la normale surévalue une distance à parcourir par rapport à un humain doté d’une masse corporelle normale. Comme si le premier évaluait la distance, non en mètre, mais en calories consommés tout en ajoutant à l’effort nécessaire un surplus de fatigue potentiel qui, serait, une sorte de marge de sécurité.

3 Perception du mouvement
« Le papillotement généré par l’alternance rapide de deux couleurs est sensible pour des fréquences allant jusqu’à 12 Hz tandis que le papillotement lumineux achromatique est perçu au-delà de 50 Hz. (Le noir interimage de la projection cinématographique correspond à ce dernier type d’effet.) Au-delà de ces deux fréquences, ces deux phénomènes disparaissent progressivement1

Le choix de la fréquence d’image de la télévision et de la vitesse de projection du cinéma fut effectué pour réduire ce papillotement. Comme toujours, ce type de choix est un compromis entre les capacités techniques et leur coût. Pour le cinéma, cette fréquence d’images est insuffisante afin d’éviter tout papillotement et de restituer un mouvement fluide. C’est pourquoi ce papillotement et la stroboscopie se manifestent toujours, notamment, en ce qui concerne le papillotement, pour les images très lumineuses tandis que la stroboscopie apparait pour certains mouvements de caméras. Ainsi, selon les focales employées lors d’un tournage, les vitesses de panoramique « autorisées » varieront. Il existe d’ailleurs une table pour les calculer. Elle tient compte, de la focale de l’image et de la vitesse de déplacement de la caméra ainsi que de la distance du sujet principal. Par ailleurs, plus on est proche de l’écran de projection plus celle-ci apparaît rapidement.

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Cette photo d’un écran montre la discontinuité lumineuses de son affichage qui nous paraîtt pourtant produire un affichage uniforme. © Hervé Bernard 2016

Au cinéma, partiellement grâce à la persistance rétinienne, l’œil ne voit pas l’écran noir entre la projection de chaque image. De même, il ne voit pas que l’image 35 mm est projetée successivement à deux reprises. En effet, si les images cinématographiques sont filmées à 24 images/s, elles sont projetées au rythme de 48 images/s. Ce rythme a été adopté dans le but de réduire le phénomène de pompage lumineux – pompage achromatique – dû à une projection à 24 images et aussi pour répondre aux besoins de bande passante du son qui nécessitait une plus grande longueur de pellicules..

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Cette photo d’un feu rouge montre la discontinuité lumineuses des diodes qui nous paraissent pourtant produire un éclairage uniforme. © Hervé Bernard 2016

Ces trois imperfections – la disparition du papillotement, l’effet phi et la persistance rétinienne – au-delà d’une certaine vitesse d’enregistrement, rendent possible le cinéma. En effet, enregistrer les images à de plus grandes fréquences, 75 ou 100 images à la seconde, par exemple, aussi bien en numérique qu’en argentique, est très difficile. En argentique, le poids des magasins de films, des caméras, le coût de la pellicule serait prohibitif. Quant au numérique, cela reste pour l’instant une mission quasi impossible en haute-définition et, à fortiori, dans des définitions supérieures. De fait, compte tenu de la bande passante nécessaire et de la vitesse d’enregistrement des disques, une vitesse d’enregistrement de 100 images à la seconde ou supérieure n’est possible que grâce à une réduction drastique de l’échantillonnage colorimétrique et de la définition spatiale. » Extrait de Regard sur l’image p 102-104

- Où sont passés les « noirs » interimages ?
Bien entendu, le bref instant de noir entre les images existe toujours. Il semblerait que notre cerveau n’en tienne tout simplement pas compte parce qu’ils constituent pour lui une absence d’information. La persistance rétinienne ne jouerait donc aucun rôle ou un rôle partiel dans cette continuité. L’effet phi serait responsable de la continuité cinématographique. Il correspond à la sensation de mouvement provoquée par l’apparition d’images perçues comme successives et susceptibles d’être raccordées par un déplacement ou une transformation. Le cerveau comble l’absence de transition avec celle qui lui semble la plus vraisemblable.

5 Couleurs
- Dénombrement
Selon une enquête menée sur le terrain par Marie-Pierre Servantie de l’agence Architecture-Couleur près 2900 prélèvements réalisés dans le paysage et sur le bâtis extérieur de 37 villages du Périgord, ont permis de relever 750 nuances différentes. Ce sondage montre combien le monde du numérique a confondu couleurs et teintes.

- Description de la couleur
La description des couleurs à partir des valeurs trichromes n’explique qu’en partie le décryptage des couleurs par notre œil comme le montre les recherches d’Edwin Land2 « À la suite de ses expériences, Edwin Land en arrive à la conclusion que, « dans le processus de formation des images colorées, trois images indépendantes sont constituées ; les clartés obtenues respectivement par les récepteurs spécifiques des longueurs d’onde courte, moyenne et longue sont associées, et c’est la comparaison des clartés respectives, région par région, qui détermine la couleur. […] »

Les recherches sur la couleur à la télévision lors de la création des standards de diffusion de la couleur montrent que la description RVB ne correspond que partiellement au fonctionnement du couple œil-cerveau.
En effet, certaines technologies de tubes cathodiques étudiées à cette époque affichaient successivement trois images dont les trames respectives étaient respectivement verte puis bleue pour la première image, rouge et verte pour la seconde et bleu et rouge pour la troisième3. Cependant, cette technique provoquait un papillotement dû au vert et afin de l’éviter la cadence atteignait 75 images à la seconde. On remarquera que ce système utilise deux fois plus de vert comme les capteurs numériques mais surprise, il utilise aussi deux fois plus de rouge au détriment du bleu qui n’est présent qu’une trame sur 6. Les systèmes finalement adoptés : PAL, NTSC et Secam opteront pour des trames simultanément rouge-verte et bleue.

Couleurs et focalisation
Le bleu et le rouge sont aux deux extrémités du spectre par conséquent, ces deux couleurs ne se focalisent pas au même endroit de l’œil. On retrouve ce même phénomène dans les objectifs photographiques, c’est l’un des rôles des traitements multi-couches, les amener à focaliser aux mêmes endroits : sur la pellicule ou sur le capteur pour avoir une image nette sur l’ensemble du spectre. Ce décalage est aussi utilisé dans certains système auto-focus pour prédire la direction de la mise au point : vers l’infini ou au contraire vers des distances plus proches.

La vision, c’est aussi la perception de notre verticalité dans un environnement donné. Cette verticalité est associée à la sensation de notre taille, des déplacements (latéraux et verticaux) de notre tête, du fait que nos jambes sont pliées ou droites...

6 La vision, un artifice ?
Pouvons-nous dire avec Koffka que les stimuli de la vision ne sont pas l’objet de la vision mais, la cause. Par cela, il veut dire « que nous ne voyons pas les rayons lumineux en eux-mêmes bien qu’ils sont nécessaires à la vision ».

La vision est une vue de l’esprit.

- L’œil, la sensation de la lumière et la vision