Les Apparences de la perception visuelle

PV : LES APPARENCES DE LA PERCEPTION VISUELLE
L'INTERPRETATION DU CERVEAU NOUS FAIT SOUVENT VOIR DES IMAGES QUI NE SONT PAS LE REFLET DE LA REALITE…
I – ILLUSIONS D’OPTIQUE DUES A LA GEOMETRIE
miroir-plan
rayon incident
A- REFLEXION ET ILLUSIONS D’OPTIQUES
Expérience 1 : une source lumineuse éclaire un miroir-plan placé sur un disque gradué.
On renouvelle l’expérience avec différentes valeurs de i et on mesure i’ .
Observation :
Le rayon incident est dévié par le miroir dans une direction particulière telle que
i’ = i
normale
rayon réfléchi
CONCLUSION :
On appelle réflexion de la lumière le changement de sa direction de propagation, généralement observé lorsqu’elle arrive sur objet opaque et
brillant. Le rayon réfléchi est symétrique du rayon incident par rapport à la normale au miroir.
Expérience 2 : on utilise deux bougies identiques. On allume la 1ère bougie (S) et on la place devant une vitre verticale. L’autre bougie (S’) est
éteinte et elle est placée symétriquement à la bougie (S) par rapport à la vitre.
Observation :
La bougie éteinte, semble être surmontée d’une flamme.
normale
Interprétation :
Le cerveau pense que la lumière se propage toujours en ligne droite entre une source de
lumière (S) et l’œil. Ainsi, lorsque l’œil regarde le reflet de la bougie allumée (S), le cerveau a
l’impression que la lumière provient d’un point symétrique par rapport à la vitre et croit donc
voir la bougie (S) à la place de la bougie (S’).
Bougie allumée S
Bougie éteinte S’
Expérience 3 : on dépose une pièce de monnaie dans une cuve transparente remplie d'eau. On regarde au-dessous du niveau de l'eau et près
de la paroi de la cuve.
Observation : on croit voire une pièce flotter
Interprétation :
les rayons lumineux issus du point A subissent une réflexion à la surface de l'eau. Pour l’œil, ces
rayons semblent donc provenir de l'image A' symétrique de A par rapport à la surface de l'eau
B- REFRACTION ET ILLUSIONS D’OPTIQUES
Expérience 1 : la source lumineuse éclaire maintenant un demi-cylindre en plexiglass placé sur
un disque gradué. On renouvelle l’expérience avec différentes valeurs de i1 (angle d’incidence)
et on mesure i2 (angle réfracté).
normale
Observation :
Le rayon incident est dévié lorsqu’il traverse le plexiglass
dioptre
rayon incident
i1
CONCLUSION :
Dans un milieu transparent et homogène (ex : l’air, l’eau), la lumière se propage en ligne droite.
La lumière change de direction lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre : c’est le phénomène de réfraction.
i2
rayon réfracté
Rappels :
La surface de séparation de deux milieux transparents est appelée un dioptre.
Un milieu transparent aussi appelé milieu réfringent est caractérisé par un indice de réfraction, noté n (sans unité). Le plexiglass (n = 1,5)
est plus réfringent que l’air (n = 1).
La direction du rayon réfracté est déterminée à partir de l’angle de réfraction i2 (2ème loi de Descartes)
REMARQUE :
Quand un rayon lumineux passe d’un milieu d’indice de réfraction petit (milieu moins réfringent) à un milieu d’indice plus élevé (milieu plus
réfringent), on voit que le rayon réfracté se rapproche alors de la normale (ex : de l’air dans le verre).
Quand un rayon lumineux passe d’un milieu d’indice de réfraction élevé (milieu plus réfringent) à un milieu d’indice plus petit (milieu moins
réfringent), on voit que le rayon réfracté s’éloigne alors de la normale (ex : du verre dans l’air).
Dans ce cas, on peut aussi observer un phénomène de réflexion totale si l’angle d’incidence est trop grand (application : fibre optique).
Expérience 2 : « la pièce magique »
Tasse opaque
vide
Observation :
Remplie d’eau
on ne voit pas la pièce
on voit la pièce
Expérience 3 : « la paille brisée »
Observation : on croit voire la paille tordue
Interprétation :
Le cerveau ne tient pas compte du phénomène de réfraction : il pense que la lumière a toujours
une propagation rectiligne …
Expérience 4 : le mirage
L’indice de réfraction de l’air dépend de sa température.
Les mirages sont dus à la propagation de la lumière dans une
atmosphère dont l’indice varie avec l’altitude. La lumière ne se
propage pas en ligne droite mais suivant une ligne courbe.
Air chaud
Le mirage supérieur (« mirage froid ») ci-contre :
Les mirages inférieur :
L’été au-dessus d’un sol surchauffé, l’indice varie si vite que la
lumière ne peut donc plus se propager de manière rectiligne : un
rayon lumineux provenant du ciel se courbe au point de remonter
comme s’il provenait du sol et notre cerveau conditionné attribue
ce phénomène à la présence d’eau.
Rayons
lumineux
Air froid
II – ILLUSIONS D’OPTIQUE LIEES AU TEMPS
1- PERSISTANCE RETINIENNE DES IMPRESSIONS LUMINEUSES
Expérience :
On alimente une diode électroluminescente (DEL) à l’aide d’un générateur de basse fréquence (GBF).
On règle le GBF sur 1 Hz. On augmenter progressivement la fréquence du GBF tout en observant la DEL.
Observation : on ne voit plus le clignotement de la diode.
Noter la fréquence atteinte lorsque le phénomène précédent apparaît : f = 10Hz
La durée T (en s) de persistance rétinienne est l’inverse de cette fréquence limite
T = 1/f
= 0,1 s
Conclusion :
La rétine « garde en mémoire » la sensation lumineuse pendant 0,1 s : c’est le phénomène de PERSISTANCE RETINIENNE.
Ainsi, quand une deuxième image arrive sur la rétine moins de 0,1 s après la première, elle ne pourra différencier les deux images.
2- ILLUSIONS DUES A LA PERSISTANCE RETINIENNE
Expérience 1 : le stroboscope. Il envoie des éclairs lumineux brefs (10-4 s ) et réguliers .
Observations :
Quand la fréquence (nombre d’éclairs par seconde) est faible, l’œil est capable de distinguer les flash successifs.
Par contre, si la fréquence devient trop grande, on a l’impression d’une lumière continue. Ceci est dû à la persistance rétinienne
Expérience 2 : stroboscopie d’un mouvement circulaire uniforme (à vitesse constante). Utilisation d’une pastille (repère) sur un disque.
Cas 1 : si entre deux éclairs, la pastille a le temps d’effectuer exactement 1, 2 ou un nombre entier de tours,
celle-ci paraîtra immobile
La période des éclairs est la même que la période de rotation du disque
La fréquence des éclairs est la même que la fréquence de rotation du disque
Cas 2 : si entre deux éclairs, la pastille a le temps d’effectuer un peu plus que 1, 2, ou un nombre entier de tours,
celle-ci semblera avoir un mouvement ralenti en sens réel
La période des éclairs est légèrement supérieure à la période de rotation du disque
La fréquence des éclairs est légèrement inférieure à la fréquence de rotation du disque
Cas 3 : si entre deux éclairs, la pastille a le temps d’effectuer un peu moins que 1, 2, ou un nombre entier de tours,
celle-ci semblera avoir un mouvement ralenti en sens inverse
La période des éclairs est légèrement inférieure à la période de rotation du disque
La fréquence des éclairs est légèrement supérieure à la fréquence de rotation du disque
3- APPLICATION : PRINCIPE DU CINEMA
Une bande de film est constitué d’une suite d’images photographiques des sujets en mouvement, prises tous les 1/24 s.
Chaque image reste sur l’écran 1/48 s et, entre deux images, est intercalée une plage d’obscurité qui dure aussi 1/48 s.
Entre deux images consécutives, il s’écoule donc 1/24 s, durée inférieure à la durée de persistance des impressions rétiniennes : l’œil du
spectateur superpose donc les images et le mouvement lui paraît continu.
III – L’INTERPRETATION DU CERVEAU : CONSEQUENCES SUR LA PERCEPTION VISUELLE
A- LA VISION EN RELIEF
L'œil droit reçoit l'image droite, l'œil gauche reçoit l'image gauche. Le cerveau interprète l'ensemble pour restituer le relief.
Pour donner l’impression de relief, il faut réaliser deux images et adresser à chaque œil l'image qui lui est destinée.
Expérience : fusion des images
Poser un carton sur le trait séparant ces deux dessins et sur l’arête de votre nez . On voit le poisson entrer progressivement dans la nasse :
le cerveau a fusionné les deux images.
Observation
: on voit le poisson entrer progressivement dans la nasse : le cerveau a fusionné les deux images.
B - QUELQUES INTERPRETATIONS DU CERVEAU (ILLUSIONS D’OPTIQUES)
Il n’y a absolument aucun cercle dessiné mais le cerveau en imagine un.
Le rond central est de la même taille dans les 2 figures !
C’est-ce un carré !
Conclusion : le cerveau modifie ce qu’il voit en fonction du contexte …
C – ZONES ACTIVES ET ZONES PASSIVES DU CERVEAU : HORS PROGRAMME
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