Vision et image - leprof

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Chap. 1 Vision et image
I- L’œil
1- Constitution de l'œil
La pupille est une ouverture dont le diamètre varie (2 à 8 mm) par réflexe avec
la luminosité
La rétine impressionnée par la lumière est composée de deux sortes de cellules :
Les cônes, sensibles aux couleurs, vision diurne (besoin de lumière)
Les bâtonnets sensibles à l’intensité lumineuse, vision nocturne.
Les transformations chimiques provoquent l’émission d’un signal électrique
transmis au cerveau par le nerf optique.
L’œil humain perçoit les radiations lumineuses dont les longueurs d’onde sont comprises entre environ 750 nm
(rouge) et 400 nm (violet).
L’UV et l’IR sont proches du domaine visible mais non perçu par l’œil.
2- L'œil réduit
L’œil est constitué de trois parties principales :
L'ensemble pupille-iris qui joue le rôle de diaphragme (ouverture circulaire de diamètre variable) ;
Le cristallin qui joue le rôle de lentille;
La rétine qui joue le rôle d'écran.
Le rôle de ces trois organes nous permet d'établir une analogie entre l'œil et un instrument d'optique que l'on
nommera œil réduit.
Pour constituer l'œil réduit nous utilisons une ouverture circulaire, une lentille convergente et un écran situé
dans le plan focal image de la lentille.

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II- Lentilles minces convergentes
1- Caractéristiques
Une lentille est un milieu transparent (verre, plastique) limité par deux surfaces dont l’une au moins est courbe,
en général sphérique.
L’axe optique principal joint les centres de courbure des deux faces.
Le centre optique pour une lentille mince, est le point d’intersection de l’axe optique et du plan de la lentille.
La lentille mince est telle que l’épaisseur e est très petite devant les rayon R1 et R2 (ou e<<|R1-R2| si les centres
sont du même coté de la lentille.
2- Caractéristiques d'une image
a) Modélisation géométrique
Tout rayon lumineux passant par le centre optique O d’une lentille ne subit aucune déviation.
L’axe optique principal est perpendiculaire au plan de la lentille, c’est la droite passant par O et le centre de
courbure d’une des faces sphérique de la lentille.
Tout rayon incident parallèle à l’axe optique émerge en passant par un point F’ de cet axe.
F’ est le foyer image de la lentille.
La distance focale est la distance entre le centre optique et le foyer image f’ =
'OF
(Un faisceau de rayons // incliné par rapport à l’axe optique principal converge en un point d’un plan à l’axe
et passant par F’ : Le plan focal image)
Tout rayon passant par F émerge parallèlement à l’axe, F est le foyer objet de la lentille, il est symétrique à F’
par rapport au plan de la lentille. Il existe aussi le plan focal objet.
b) Orientation
Pour les représentations, il faut orienter l’espace.
L’axe optique est orienté dans le sens de propagation de la lumière, on repère ainsi les positions des objets,
images, lentilles et foyers.
L’axe  à l’axe optique repère le sens et la taille de l’objet et de l’image.

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c) Positions de l’objet et de l’image sur l’axe
L’objet est à l’infini
L’image est dans le plan focal image.
L’objet entre l’infini et le foyer
2 cas :
- AO > 2 f’
L’image est renversée plus petite que l’objet
–1   < 0
- f’ < AO < 2 f’
L’image est renversée plus grande que l’objet
  –1
L’objet est au foyer objet
L’image est à l’infini
L’objet est entre le foyer objet et la lentille
On voit l’image mais on ne peut pas la former sur un écran, l’image est droite et « imaginaire », elle est située
en avant de la lentille dans le prolongement des rayons émergents. C’est le cas de la loupe
La loupe donne de l'objet AB une image A'B' virtuel et droit que l'œil observe sous un angle '.

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3- Relations de conjugaison
Les distances sont des grandeurs algébriques
OA
= -
'OA
La distance focale f’ =
'OF
est positive pour une lentille convergente f’ = -f en mètre
La vergence d’une lentille convergente
'f
1
c
en dioptrie ()
Relation de conjugaison de Descartes :
'f
1
'OF
1
OA
1
'OA
1
Relation de Newton :
FA
.
'A'F
=
OF
.
'OF
= - f’2
Grandissement :
OA
'OA
AB
'B'A 
si  > 0 l’image est droite
III- L'œil et l'appareil photographique
1- L’appareil photographique
Un appareil photographique est un dispositif complexe contenant de
nombreux éléments au sein d'un boitier : batterie, carte mémoire,
pellicule ou capteur, système de réglage etc. Il peut se modéliser,
comme l'œil, avec une lentille convergente et un écran. Le tracé des
rayons permet de trouver la position de l'image, qui est le lieu de leur
convergence
2- Comparaison
Un œil et un appareil photo sont constitués d'éléments ayant la même fonction.
L'objectif de l'appareil photo est comparable à l'ensemble (cornée + humeur aqueuse + cristallin) de l'œil. L'un
et l'autre servent à former une image.
Le diaphragme contrôle la quantité de lumière entrant dans l'appareil photo, tout comme l'œil modifie le
diamètre de la pupille grâce à l'iris. Enfin, l'image se forme sur un capteur photosensible dans le cas de
l'appareil photo, et sur la rétine (tapissée de récepteurs photosensibles) dans le cas de l'œil.
3-Obtention de la netteté
L'œil et l'appareil photographique diffèrent par deux paramètres : leur vergence et la distance OA'.
Dans le cas de l'appareil photographique (sans zoom), la vergence est fixe et la distance OA' est variable, alors
que c'est l'inverse pour l'œil.
- l'accommodation de l'œil (de taille constante) consiste à faire varier la vergence du système optique en
déformant le cristallin ;
- la mise au point dans l'appareil photo se fait par déplacement de l'objectif (de distance focale constante) par
rapport au capteur.