FONCTION
DE PERCEPTION: INFLUENCE PARAMETRES VISUELS
DES
G. CASSIN Institut d’optique. 3 boulevard Pasteur, Paris lk, France (Received 1 June 1974) R&u&On se proposed’ktudier certains aspects de la Fonction de Perception. dtfinie comme le rapport des contrastes subjectifs sur objectifs dans l’observation visuelle d’une mire. L.es diverses mtthodcs de mesurc de cette fonction sent bribvement d&rites et comparkr On montre ensuite sur Pune de ces mbthodes. proposke par Bryngdahl. l’influence de divers paratitres comme la dimension du champ, la distance d’obarvation. etc. On trouve que la variation de as paramttres entraine une modification importame dans les rksultats. Ceci contribue a limiter la validiti des mesures et rend difficile la reprk.ntation mathknatique de atte fonction. IN-illDDIJ~ION
L’ttude et la reprtsentation du systkme visuel se heurtent habituellement g deux types d’obstacles. Le premier est relatif ii la multiplicitk des paramttres visuels, leur variabilitk et leur interdkpendance. Le second plus fondamental, tient &la difficulti de dkfinir et “mesurer” la perception. phtnomtne subjectif. Nous allons tenter de dkgager les conskquences d’une telle situation, en prenant pour exemple I’itude de la perception des contrastes par l’oeil. Plus prkiskment nous examinerons la Fonction de Perception du sysdme visuel. Aprbs avoir &fini cette fonction, nous prisenterons les diverses mkthodes expirimentales qui permettent de la mesurer. Nous retiendrons I’une d’elles, proposie par Bryngdahl(1966) ef reprenant les mesures de l’auteur, nous montrerons I’influence de divers paramttres visueis (champ, accommodation.. . ). J+esmesures font ressortir l’influence considkable des conditions expkrimentales sur les risultats: on montre que les effets d’ordres psychophysiologiques I’emportent sur les effets optiques. Par ailleurs cette itude nous conduit g reposer le probltme des interactions spatiales dans la rkponse visuelle. actions locaIi&es d’une part comme dans le phknomine des bandes de Mach. actions globales d’autre part dans le cas du contraste simultank Enfin cette ttude confirme la dcessitt d’une grande prudence dans la comparaison des rksultats issus de sources diverses. I-LA
FONCTION
DE PERCEPTION
Par analogie avec les systimes optiques on peut difinir la fonction de transfert de modulation P du systhme visuel de la fawn suivante: soit M la modulation physique d’un mire sinusdidale de frcquence spatiale v (signal) et soit J la modulation subjective correspondante (rkponse). On dkfinit P par la formule P(v) =
,cuo M(v) ’
La fonction P traduit ainsi le “rendu des contrastes” aux differentes frkquences. Pour iviter toute confusion avec la fonction de transfert de modulation optique (F.T.M.) de I’oeil, nous appelons cette fonction P “Fonction de Perception” (Dupuy, 1968). Dans la formule (1) M disigne la modulation objective de la mire, difinie par la formule M = LM - L_/LM + L, oil LM et L, dksignent les valeurs maximum et minimum de la luminance. A cette luminance L correspond dans l’espace des perceptions. une brillance B ou luminance subjective. JV est alors dkfini par la formule d = B, - B,,ji& + B,. Dans ce qui suit, les lettres M et Ldksigneront toujours des grandeurs physiques .@ et B les grandeurs perceptives correspondantes. La mesure de M est aitie. par contre JY, grandeur per$ue, ne peut itre atteinte que g&e B des mkthodes psychophysiques que nous allons rbumer. (1) MPthode des seuils rertains auteurs, SchSber (19653,Fry (19692 etc. utilisent comme fonction de transfert ou fonction de perception, I’inverse de la courbe de seuil de modulation M, (v). On tcrit done
”
1
M,(v)
Si I’on revient k la dkfinition propofe en (1) on remarque que cette mkthode suppose! implicitement que d(v), au seuil, est constant. La perception du “juste discernable” est ainsi affect&e d’une valeur constante, ce qui est une hypothtse largement admise en psychophysique. (2) M&ode
dPgalisation de modulations
Introduite par Watanabe, Mori. Nagata and Hiwatashi (1968) la mtthode consiste g tgaliser les modulations subjectives do et ,Ay, de deux mires sinusdidales 367
368
G.
CASWi
de friquence y0 et v,. Soient .tl,, et &I, Irs modulations objectives au moment de l’kgalisation:
soitcomme A, = A, ; P(v,) = P(v,) f$.
(2) I
Pour tracer la courbe P(v) il suffit de repkter l’tgalisation ci-dessus pour diverses friquences v, la mire (M,, v,,) servant de rkfkrence. I1 vient: 1 P(v) 2 M(v)’ On remarque la similitude avec la mkthode prickdente. On travaille B signal variable et riponse constante, et P(c) est connue en valeur relative seulerncnt. L’avantage du proctdt est qu’il permet de faire varier MO. On obtient ainsi un r&au de courbes relatives g divers niveaux de modulation subjective. La courbe au seuil est un cas particulier,Ces courbes ne sont pas superposables ce qui indique la non-lintaritk du systkme. La dkfinition de P reste encore valable mais l’analyse de Fourier est incorrecte dans ce cas, et la fonction P de moindre utilitk. (3) Methodr par mesure dr A Dans cette mkthode. on mesure la modulation subjective A correspondant A la mire de modulation M. Pour cela on dispose d’une plage de comparaison C de luminance uniforme, rtglable, L, (Fig. 1). L’observateur .&gal& sucfessivement la brillance B, de la plage C avec les maximums B,, et minimums B,, du test. Soit LcM et L,, les valeurs de L, g I’kgalisation. On Ccrit : B,, = B,, quand L, = &,, B,, = B,, quand L, = L,, avec .// = BfM - Brmpar dkfinition 4, + &II il vient. en supposant que B et L sont proportionnels: X = L&i - &In L&f + L,, . Cette mkthode est utiliske par Bryngdahl (1966). C’est la seule qui attribue une valeur absolue A P. On travaille Q signal constant. Une mkthode voisine, mais moins directe. avait ktt: introduite par Lowry et De Palma (1961). Elle consiste B utiliser une plage de comparaison rkduite g la dimension d’une fente, et Q mesurer point par point la distribution de luminance B(x) relative k un objet particulier I!.(X).Cet objet prkntait la forme d’un tchelon. Les auteurs supposent le sysdme linkaire, ll vient: T.F. B(x) P(v) = T.F. L(x)
cette fonction est normaliske.
Fig. 2. Fonction de Perception d’aprhs les travaux de divers auteurs: (---) MCthode des seuils de Modulation (Campbell, 1968). (-.-) Egalisations de Modulation k diverses frkquences (Watanabe. 1968).(----) Mesure de la Modulation subjective (Bryngdahl. 1966). (-_) Analyse de Fourier image/objet (Lowry, 1961).
Nous avons rassemblt sur la Fig. 2 quelques r<ats reprkentatifs des mkthodes d&rites ci-dessus. Les courbes, qui ont ktc normalikes, prtsentent toutes un maximum aux frtquences spatiales moyennes [v compris entre (1 l’)-’ et (28’)-‘I. Mis A part ce caractkre commun, on note de larges diffkrences entre les rtsultats, bien que les conditions d’observation (luminance, pupille, champ) soient voisines. Cependant une comparaison entre les mtthodes ne peut etre fructueuse si elle ne s’accompagne d’une etude de l’influence de divers paramitres visuels pour une mkthode donnke. Cest pourquoi nous avons repris l’ttude de Bryngdahl en essayant de dkgager et d’analyser les paramttres critiques. II-METHODE
EXPERIMENTALE-APPAREIL
Nous rappelons le dispositif expkrimental de Br)ingdahl (1966) que nous avons repris: un champ objet 23” x 23” est divisk en deux demi-champs rectangulaires adjacents [Fig. l(a)]. La pIage test ?: sinusdidale. de la forme I& = L,( 1 + M sin Znvx) occupe la partie suptrieure. La plage de comparaison de luminance L, sert &tgaliser successivement les maximums et minimums de brillance du test. On obtient alors P. en Ccrivant: P =
$
avec
_U =
L CM- Lm LCY + Lcm’
On rep&e la mesure pour diverses frfquences Y et I’on obtient la fonction P(v) relative B la modulation M. Pour d’autres valeurs de M on obtient d’autres courbcs formant un r&au [Fig. l(b)]. L’originaliti des ksultats rkside essentiellement dans les fortes valeurs obtenues pour P. A l’inverse des systimes optiqucs. le sysMme viwel renforcc les contrastes et ceci par un facteur allant jusqu’8 3 et plus. Ceci atteste I’origine psychophysiologique du processus. Dans notre appareil Ies plages test Tet de comparaison C se prisentent comme l’indique la Fig. 3(a). Des Ccrans amovibles permettent de tiduire la largeur de 7: on obtient
3
t
369
Fonction de perception
Fig. 4. Dispositif experimental: C plage de comparaison limitee par I’Ccran E. D diffuscur uniformement eclair& l’image de D darts le prisme P se projette en C: S source. L, L, objectifs eclairant Ic diffuseur D: Wcoin photomitrique. B barillet Porte-densites: So S, S, S_ , S_r dcnsites correspondants aux cinq stimulus. La plage test est obtenue par rotation du cylindre C, transparent recouvert du film F. reprcsentc partiellement deroule. L’interieur du cylindre fixe. forme boite h lumiere. un champ du type Bryngdahl [Fig. 3(b)]. On peut aussi reduire la largeur de C qui prend l’aspect dune fente. comme dans l’expkience de Lowry (l96l).[Fig. 3(c)]. L’observation est binoculaire. Elle se fait a I’oeil nu (pupilles naturellasj. Un bouton de commande permet d’ajuster L, pour les egalisations photometriques.
PrCsentC sur la Fig. (41 ii se compose dune plage test T rectangulaire. dune plage de comparaison C et d’un systttme automatique assurant les presentations et I’enregistrement des reponses. Un dispositif permet de mesurer L,. La repartition de luminance sinusdidale de la phtge test est obtenue par defilement rapide dun cache devant une plage de luminance uniforme. Ce cache, obtenu sur film photographique a fort y (type art graphique) reproduit le track dune sinuso’ide limitant les parties opaques et transparentes. Le film F. enroule auto& du cylinbre* tournant C reproduit la distribution de luminance SouhaitCe confor: mement a la loi d’integration temporelle de Talbot. B est Claire par transmission I’intirieur du cylindre formant boite a lumiere. L’tclairage est assure par deux rang&es d’ampoules miniatures. La dimension utile du test est de 20 x 6 cm* soit I 1.5’ x 3.5’ a I ru La luminance moyenne du test est de 20 cd/m’. La plage de comparaison C se projette sous le test. Une limite fine entre Tet C est assuree par un prirme P A angle vif. Celui-ci renvoie en C I’image d’un diffuseur D uniformCment CclairCpar le systeme optique formt par la source S et les lentilles L,, L?. Divers icrans & permettent de limiter la largeur de C dont les dimensions maximums sent 3.5” x 2.5’ a I m. Un coin photometrique W fait varier la
luminance L,. La commande du coin par interrupteur a deux directions. comporte un variateur de vitesse. Un potentiomhtre couple assure la mesure de L, avec une precision L&/L, = 0,005. Un barillet Porte densite 8. fait varier L, par petits echelons. SL autour dune valeur centrale L,;. Des filtres correcteurs de couleur et un obturateur completent le systtme. Un dispositif permet de dtplacer lateralement Tpar rapport a C. Un riflecteur R uniformement iclairi horde les plages 7et C. masquant I’appareillage et offrant un champ d’environnement. Le systeme automatique. destine a la methode des stimulus constants. assure la presentation skquentielle de cinq stimulus S sur la plage C. Le stimulus central S, a une luminance L,:, les stimulus S I , et S _ 2 s’en kartant de +ciL;L. et ?&L/L respectivement. Au tours dun cycle les cinq stimulus sont presentes 20 fois chacun. darts un ordre aleatoire. a raison dune presentation toutes les cinq secondes. A chaque presentation. l’observateur repond s’il juge C plus ou moins brillant que la zone etudiee du test. sur laquelle il fixe son attention. Les reponses sont enregistrees sur des compteurs. Entre deux presentations le faisceau de comparaison est occu1te. (2) PrPcision des mesum La mesure de J suppose deux Cgalisations indkpendante+ entachkes dune incertitude ALLILSoit
AyLMwLm Ad_ LM + L,
“u
370
G.
CASIN
(b)
(a)
(c)
Fig. 5. Diagrammes de depouillement du procidt a stimulus constants. En (a) mithode de 100 pointes: L,., repreante la valeur de la luminance du stimulus central Se. Lest le resultat de la mesure. L&art type de Lest indique par la t&he: (b) meme mtthode en r&&ant la mesure a partir des deux valeurs So et Se. L’tnsemble des rtsultats est coherent, on obtient une valeur de L; (c) les rtsultats obtenus a partir de S, et Se sont incohirents. On obtient deux valeurs L et L’. La mesure doit Ztre rejetee.
Or l’etude montre que les resultats significatifs sont obtenus pour de faibles valeurs de J. Dans ces conditions on remarque que I’on peut Ccrire: A . K = ALJL,
20). La valeur moyenne donne Let on peut calculer l’kart type cL. On obtient typiquement:
+ AL.JL,
et I’erreur relative sur M croit quand M dtcroit. En prcnant par exemple M : 0,2 et AL/L = 2% on obtient
&H/M z 20%. On ne peut done s’attendre a de bonnes precisions sur M. (3) ProcJdi psychophysiqur Nous avons d’abord retenu la mtthode des stimulus constants gtntralement considirte comme precise et fiable. Elle permet une presentation automatique assurant une bonne stabilitt des conditions experimentales et tliminant au mieux les facteurs personnels. Le stimulus central L,, est determine par quelques Cgalisations prkalables. L’tchelon 6L/L est choisi de facon a obtenir un italement satisfaisant des riponses R+ et R-. Le depouillement se fait sur un diagramme a coordonnks Galtoniennes [Fig. 5(a)]. On trace la droite joignant les cinq points expkrimentaux. La valeur L d’igalisation subjective est obtenue par l’intersection de cette droite avec l’axe des abscisses. La pente de la droite indique la dispersion IT,,de la mesure. Cette methode donne souvent de bons risultats. On obtient typiquement uLIy 1 24%. CT‘= 4% d’ori Us = 0.03. On rcmarque que les mesures des bandes claires sont plus prtcises que celles dcs bandes sombres. Cependanf un grave defaut apparait lorsqu’on reprend les mesures a partir de deux valeurs difkentes Sn et S;, du stimulus central. Nous avons remarqut que i’observateur tend a Cquilibrer les rkponses R+ et R- indkpend&mnent du rapport de luminance LJL,. Tout se passe comme si cet observateur classait les stimulus sucasifs Its uns par rapport aux autres et non, chacun d’eux par rapport au test. Sur la Fig. 5(b) et (c) on montre deux risultats obtenus de atte man&e. En (b) les rkponaes sont nomales et les dcux s&es de stimulus donnent le mkne r&t&at L. En (c) par contre Ie dtfaut signale intervient et Ton obtient deux valeurs L et Il. Cest pourquoi nous avons abandond atte mithode avec artains sujets. Nous avons Pars utilici la trkthode des ajustements. L’observateur etTectue des tgalisations rejetkes (n = IO ou
III-MEESURE%RESULTATS-DISCUSSION Le but des mesures est de suivre I’tvolution du facteur P quand on fait varier les differents paramttres ttudies. On itudiera successivement l’influence de la distance d’observation et du type d’observation celle de la dimension de la plage de comparaison et enfin celle de la dimension du champ objet.
(1) Distance d’obseroation On adopte un champ de type Bryngdahl [Fig. 3(b)]. La mire sinusdidale de pas Zff, de modulation M = 0.25, est vue sous un champ constant: 3.5” x 25”. On mesure P pour quatre distances d’observation: d = 1.6-0.8-0.4 et 0.2 m. L’observateur regarde a l’oeil nu. I_es mesures ont itt faites par 3 emmttropes jeunes ( c 30 ans). I_es resultats sont p&ends sur la Fig. 6(a). On remarque de fortes differences entre individus. Pour le sujet GR, P augmente quand d diminue, la variation atteignant SOo/,entre I.6 et 0.2 m (0.6 et 56 d’accommodation). Au contraire on trouve P constant chez le sujet G.C, et enfin une courbe prtsentant un minimum peu marqut pour le sujet JD. L’examen des causes de variations de P avec d fait ressortir les Wnents suivants: I(a) Qualift! du systkne optiqw. La qualitt du systime optique varie avec l’accommodation, en raison des variations de forme du cristallin principalement (Bemy. 1969).Par ailleurs la pupille se retkit au tours de l’accommodation et l’ouverture du sysdme est modi&, IX qui entraine une variation de la F.T.M. (Amulf et Dupuy, 1960). &pendant un calcul numkrique montre quc les variations restent faibles (C loo/,)
371
Fonction de perception
0.62
OJ
0.4
1.23
2.J
0,2
d mw a
J $‘W
(b)
Fig. 6. (a) Variation du facteur avec la distance d’observation pour trois observateurs: b--) sujet GR +) sujet GC (-0) sujet. (b) Mimes mesures pour diverses conditions &observation (sujet (+GR): (-0) binoculaire; (+_o) binoculaire avec verres correcteurs pour la distance; (A-A) monoculaire; (A-A) monoculaire en lumitre verte.
du fait que l’on se trodve aux basses frequences spatiales. En effet I’ = (20’)- ’ soit environ fc/30. fc representant la frequence de coupure du systeme optique. l(b) DPfuut de mise uu point. I1 est possible que l’oeil kprouve de la difficult6 i accommoder avec prkcision sur une mire sinusoidale. Ceci entrainerait une baisse de modulation par defaut de mist au point. Cepcndant
un calcul d’optique gtometrique montre que. pour la mire a Ctudier il faut un dkpointage supkrieur a 036 pour faire baisser de 12% seulement la modulation. Dans ces conditions on peut dghger ce facteur. l(c) Variation de dimension de I’intage rhtinienne. Au tours de I’accommodation la dimension de l’image rttinienne s’accroit legirement si I’on maintient constante la dimension angulaire de I’objet. Cette variation, inferieure a loO/Wne peut entrainer que de faibles variations de P ( < 5%). Ainsi I’examen de I’optique de l’oeil n’explique par de facon satisfaisante les r&hats obtenus. NOW sommes conduits a invoquer un processus psychophysiologique de variation de la perception avec l’accommodation et la distance d’observation. Ceci serait confirme par le fait que le sujet GR qui presente une forte
0.J
amplification de contraste montre aussi la plus forte variation de cc facteur d’amplification. Pour conclure avcc certitude il faudrait cependant connaitre pour
chaque observateur la qualiti de l’image aux diverses accommodations. ainsi que la qualite de fusion binoculaire. Enfin on doit insister sur le fait que l’imagerie optique redevient preponderante aux frequences spatiales Clevies. v > (5’)- ’ par exemple. D’autres paramttres d’observation entrent en jeu. Nous avons ttudii I’influence de la correction visuelle (des verres correcteurs renvoyant I’image du test h I’infini), la relation entre resultats binoculaires et monoculaires ainsi que l’influence de la couleur (Etude en lumitre filtree verte). Les rtsultats se pritent ma1 21une interpretation simple. On se contente de reproduire quelques courbes obtenues pour signaler I’ordre de grandeur des effets observes [Fig. 6(b)]. (2) Dimension de la plage de comparaison C La plage C sert directement a mesurer la modulation subjective. 0. Bryngdahl adoptc une plage de mime dimension que le test par contre. Lowry (1961) utilize une plage etroite formant une fente lumineuse. Nous
/ min dkrc
Fig. 7. Influence de la largeur angulaire (a) de la plage de comparaisoon. (a) Variation de brillance de la plage Cen fonction de u. (b) Variation du facteur P sur test sinusoIdal en fonction de a (v = 4(y, M = 0.4).
372
G. CASSIN
Fig. 8. Rtponse de I’oeil Aune sinusoi’de. La courbc sup&cure, identiquc dans tous les diagramme& reprtscnte la luminance L(x) de l’objet. La.courbt inferieure (-I-) est la reponse visuelle q(x) accompagnke
en pointillis de la sinusoi’dla plus voisine. allons montrer que ces dispositions donnent des resulsituer sur cette courbe les conditions expkrimentales de tats differents, ce qu’on peut expliquer pour trois raiBryngdahl et Lowry. Le premier se trouve. avec une sons: (a) la plage C, qui se d&ache sur fond sombre, plage &endue, au maximum de P. le second au consubit un effet de contraste simultane qui depend de sa traire au voisinage du minimum. Darts ces conditions dimension; (b) la presence de C au voisinage immediat quelle dimension doit-on adopter ? il nous semble imdu test en perturbe la perception par mutuelle in- portant de remarquer que ce choix est arbitraire. fluence; (cl pour des largeurs de plage infkrieures au Seules des conditions de normalisation, de precision pas de la mire, l’oeil risque de faire une igalisation en ou de commodite peuvent nous guider. 11serait vain de valeur moyenne sur une largeur don&e, et non au vouloir supprimer I’effet &influence mutuelle entre le test, la plage de comparaison et la plage d’environnecentre de la plage. Les mesures presentkes ci-dessous ment alors que l’etude Porte preciskment sur les intereclairent ces points: 2(a) Nousavons effectut une drie d’egalisations phoactions spatiales darts la perception. 2(c) Pour preciser la lkcon dont le sysdme visuel tometriques entre la plage test 17;choisie uniforme et la plage C dont on fait varier la largeur [Fig. 3(c)]. On opkre pour tgaliser les differents points dune mire sinusdidale avec une plage uniforme. nous avons repris dkfinit la facteur d’efficacite K de cette plage: K = LJL, L, et L, itant les luminances obtenues au moment l’itude prkckdente en faisant cinq Cgahsations rkparties de l’egalisation subjective. La Fig. 7(a) montre les vari- sur une demi pkiode du test. Gn obtient ainsi la ations de K avec la largeur a de C. Pour les fortes reponse B(x) de l’oeil a une sinusoXle ,5(x). La Fig. 8 valeurs de n (a > 20’) on se trouve pratiquement dans rend compte des resultats pour diverses largeurs (a) de les conditions dune Cgalisation normale: K = 1. Pour la plage de comparaison. La courbe supkrieure est la les faibles valeurs (a < 1’) au contraire, la brihance sinusotde objet qx), la courbe inferieure represente diminue du fait de l’ttalement de la tache retinienne B(x), la courbe en pointillt &ant la sinusotde la plus par diffusion et diffraction: K c 1. Pour les valeurs in- proche de B(x):La largeur de la plage C est figurte par termediaires (1’ c a < 2U) l’effet de contraste simulla zone hachurke. On peut remarquer que pour la tank apparait et K dkpasse l’unite pour atteindre 1.5 modulation prtsende, M = 0.4, la kponse de l’oeil est (sujet GR) et plus pour certains sujets. Cependant si quasi lineaire. Il ne semble pas par ailleurs que l’on a% effet est lineaire en fonction de la luminance, le fac- observe de fortes tendances a tgahser les plages en teur A n’en est pas affecti. valeurs moyennes. 2(b) Le tkteur critique est probablement Ikfluence (3) Dimension du champ objet mutuelle des plages T et C. Pour examiner ce point Nous examinons ici l’influence de la dimension du nous avons mesurt la valeur de P sur une mire sinusdidale (JI = 40’. M = 0,4) pour diffnentes valeurs de champ objet. Nous avons rep& les mesures faites par (a). La Fig. 7(b) reptisente la courbe P = f(a). On peut Bryngdahl dans des conditions analogues aux siennes
373
Fonction de perceotion
Fig. I I. Rkponr percussionnelle de l’oeil: les parties nkgatives rkpondent au phknomine d’inhibition latirale rttinienne. I
w 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
M
Fig. 9. Inffuence de la dimension du champ test (en param&e) SW la valeur du facteut P. En abcisse modulation objet M. (--C--I champ 18 x 18 (+a) 9 x 9 A) 4.5 x 4.5’ (A-A) 1.5 x 1.5’ (----) courbe de (ABryngdahl avec un champ de 23 x 23’. Mire sinuso’idale Y = (106y1. mais pour diverschamps: I8 x 18’. 9 x 9’, 4.5 x 4.5”. I.5 x IS”. Pour chacune de ces valeurs le facteur P a ktk calcuk en fonction de la modulation objet M. les mires gardant un pas constant de 106’. Les ksultats (Fig. 9) montrent que la dimension du champ objet est un tlkment important de la perception. Avec un grand champ (18” x 18”) on trouve une courbe P = f(M) compatible avec celle de Bryngdahl, obtenue avec de? mires de m&me pas sur un test de 23’ x 23’. Lorsque le champ dicroit l’amplification de contraste diminue, et approche l’unitk chez certains sujets. Pour le sujet GR on note une diminution de 307, de P entre 18” et 9” de champ. Cette variation de perception des contrastes avec la dimension du champ objet est le signe d’une interaction spatiale B grande distance dans le systtme visuel. Plusieurs auteurs ont signali des effets analogues @h&r, 1965; Watanabe, 1968; Campbell, 1968). On peut rapprocher ce phtnomtne de celui du contraste simultark oti l’on obtient une variation de brillance affectant des plages ttendues du fait du contraste prisentt par les bords de plage. Un exemple, choisi parmi ceux que proposent Cornsweet (1970) est reproduit Fig. IO. De tels phknomknes posent deux problkmes: celui de leur cause et celui de leur rep+ sentation. II est exclu d’y rkpondre h l’issue de cette &de. Cependant on peut clarifier la question en distinguant deux types d’interactions, les unes locales, les autres globales. Le premier type est d’origine rttinienne. Le processus en cause. l’inhibition lattrale. est aujourd’hui bien etabli. 11avait Ctt prtvu et d&it par Mach et a ktk confirm6 de facon dkfinitive par l’tlectrophysiologie (Ratliff. 1965). On peut rendre compte des effets observks, de facon qualitative au moins en utilisant une rtponse percussionnelle, ou tache image, prkntant des parties nigatives (Fig. I I). On explique ainsi le phtnomkne des bandes de Mach,
celui de l’amplification de modulation d&rite par Bryngdahl et la forme de la fonction de perception avec son maximum aux frkquences moyennes. Cependant les effets globaux ne peuvent ttre dkrits de la mime man&e et aucun phknomtne simple d’inhibition ne peut en rendre compte. 11faut done probablement en attribuer l’origine aux centres visuels post-rttiniens. Aucune reprksentation simple et g&kale ne peut etre proposke a ce jour. Ceci montre le double obstacle qui s’oppose g l’utilisation de I’analyse de l’image percue. par convolution objet-tache image (ou de faGon tquivalente Fonction de Transfert-analyse de Fourier): non lirkaritt de la riponse d’une part. effets globaux d’autre part.
CONCLUSION
L’Ctude de la Fonction de Perception fait apparaitre comment la diversitk des mkthodes et la multiplicitk des paramktres visuels font obstacles g une reprksentation simple du systkme visuel. On a montrk notamment que les rhsultats de Bryngdahl ne sont valables que pour des conditions de champ et de distance d’observation bien dkfinies. Malgrk son intkrit mkthodologique. la Fonction de Perception ne peut prktendre reprtsenter tous les aspects de la perception des contrastes. On peut cependant clarifier la situation en faisant quelques remarques. (I) Dans la perception visuelle. les micanismes optiques sont souvent de moindre importance que les effets psychophysiologiques. Nous rejoignons ainsi un avis formuk par Campbell. Mais on doit limiter ce jugement aux frkquences basses ou moyennes. L’optique redevient primordiale aux frkquences Clevkes. (2) La reprkntation du systkme visuel ne peut etre itablie que sur un ensemble coordonnt de travaux. sur la base d’une normalisation des divers paramttres. Pour l’instant nous en sommes riduits B faire des comparaisons hasardeuses et peu convaincantes. Cest Ic cas notamment de la mesure d’une fonction physiologique dkfinie par comparaison de la F.T.M. optique et de la fonction de perception, Hay (1972). (3) On peut distinguer, dans la rkponse visuelle, un terme local analogue B une tache image et un terme
371
G. C~ssrrr
global que fait varier cette rtponse nature du champ objet.
en fonction
de la
Rrmrrciumunts--auteur remercie Ma&me Plantcgenest pour le soin apporte a la realisation dcs mires et Madame Roger qui a largement participe a la mir au point de l’appareil et aux mesufes.
BlBLlOGRAPHlE
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Abstract-Some aspects of the Perception Function are studied. This function is defined as the subjective to objective contrast ratio when an object test (sine grating) is observed. Various methods of measurements of this function are briefly described and compared. The influence of various parameters such as object field, observation distance, and so on. is shown in the case of one of these methods, previously described by Bryngdahl. It is found that the results are very dependent upon these parameters. This phenomenon contributes to restrict the validity of the measurements and makes difficult a formulation of this function.
DE PERCEPTION: INFLUENCE PARAMETRES VISUELS
DES
G. CASSIN Institut d’optique. 3 boulevard Pasteur, Paris lk, France (Received 1 June 1974) R&u&On se proposed’ktudier certains aspects de la Fonction de Perception. dtfinie comme le rapport des contrastes subjectifs sur objectifs dans l’observation visuelle d’une mire. L.es diverses mtthodcs de mesurc de cette fonction sent bribvement d&rites et comparkr On montre ensuite sur Pune de ces mbthodes. proposke par Bryngdahl. l’influence de divers paratitres comme la dimension du champ, la distance d’obarvation. etc. On trouve que la variation de as paramttres entraine une modification importame dans les rksultats. Ceci contribue a limiter la validiti des mesures et rend difficile la reprk.ntation mathknatique de atte fonction. IN-illDDIJ~ION
L’ttude et la reprtsentation du systkme visuel se heurtent habituellement g deux types d’obstacles. Le premier est relatif ii la multiplicitk des paramttres visuels, leur variabilitk et leur interdkpendance. Le second plus fondamental, tient &la difficulti de dkfinir et “mesurer” la perception. phtnomtne subjectif. Nous allons tenter de dkgager les conskquences d’une telle situation, en prenant pour exemple I’itude de la perception des contrastes par l’oeil. Plus prkiskment nous examinerons la Fonction de Perception du sysdme visuel. Aprbs avoir &fini cette fonction, nous prisenterons les diverses mkthodes expirimentales qui permettent de la mesurer. Nous retiendrons I’une d’elles, proposie par Bryngdahl(1966) ef reprenant les mesures de l’auteur, nous montrerons I’influence de divers paramttres visueis (champ, accommodation.. . ). J+esmesures font ressortir l’influence considkable des conditions expkrimentales sur les risultats: on montre que les effets d’ordres psychophysiologiques I’emportent sur les effets optiques. Par ailleurs cette itude nous conduit g reposer le probltme des interactions spatiales dans la rkponse visuelle. actions locaIi&es d’une part comme dans le phknomine des bandes de Mach. actions globales d’autre part dans le cas du contraste simultank Enfin cette ttude confirme la dcessitt d’une grande prudence dans la comparaison des rksultats issus de sources diverses. I-LA
FONCTION
DE PERCEPTION
Par analogie avec les systimes optiques on peut difinir la fonction de transfert de modulation P du systhme visuel de la fawn suivante: soit M la modulation physique d’un mire sinusdidale de frcquence spatiale v (signal) et soit J la modulation subjective correspondante (rkponse). On dkfinit P par la formule P(v) =
,cuo M(v) ’
La fonction P traduit ainsi le “rendu des contrastes” aux differentes frkquences. Pour iviter toute confusion avec la fonction de transfert de modulation optique (F.T.M.) de I’oeil, nous appelons cette fonction P “Fonction de Perception” (Dupuy, 1968). Dans la formule (1) M disigne la modulation objective de la mire, difinie par la formule M = LM - L_/LM + L, oil LM et L, dksignent les valeurs maximum et minimum de la luminance. A cette luminance L correspond dans l’espace des perceptions. une brillance B ou luminance subjective. JV est alors dkfini par la formule d = B, - B,,ji& + B,. Dans ce qui suit, les lettres M et Ldksigneront toujours des grandeurs physiques .@ et B les grandeurs perceptives correspondantes. La mesure de M est aitie. par contre JY, grandeur per$ue, ne peut itre atteinte que g&e B des mkthodes psychophysiques que nous allons rbumer. (1) MPthode des seuils rertains auteurs, SchSber (19653,Fry (19692 etc. utilisent comme fonction de transfert ou fonction de perception, I’inverse de la courbe de seuil de modulation M, (v). On tcrit done
”
1
M,(v)
Si I’on revient k la dkfinition propofe en (1) on remarque que cette mkthode suppose! implicitement que d(v), au seuil, est constant. La perception du “juste discernable” est ainsi affect&e d’une valeur constante, ce qui est une hypothtse largement admise en psychophysique. (2) M&ode
dPgalisation de modulations
Introduite par Watanabe, Mori. Nagata and Hiwatashi (1968) la mtthode consiste g tgaliser les modulations subjectives do et ,Ay, de deux mires sinusdidales 367
368
G.
CASWi
de friquence y0 et v,. Soient .tl,, et &I, Irs modulations objectives au moment de l’kgalisation:
soitcomme A, = A, ; P(v,) = P(v,) f$.
(2) I
Pour tracer la courbe P(v) il suffit de repkter l’tgalisation ci-dessus pour diverses friquences v, la mire (M,, v,,) servant de rkfkrence. I1 vient: 1 P(v) 2 M(v)’ On remarque la similitude avec la mkthode prickdente. On travaille B signal variable et riponse constante, et P(c) est connue en valeur relative seulerncnt. L’avantage du proctdt est qu’il permet de faire varier MO. On obtient ainsi un r&au de courbes relatives g divers niveaux de modulation subjective. La courbe au seuil est un cas particulier,Ces courbes ne sont pas superposables ce qui indique la non-lintaritk du systkme. La dkfinition de P reste encore valable mais l’analyse de Fourier est incorrecte dans ce cas, et la fonction P de moindre utilitk. (3) Methodr par mesure dr A Dans cette mkthode. on mesure la modulation subjective A correspondant A la mire de modulation M. Pour cela on dispose d’une plage de comparaison C de luminance uniforme, rtglable, L, (Fig. 1). L’observateur .&gal& sucfessivement la brillance B, de la plage C avec les maximums B,, et minimums B,, du test. Soit LcM et L,, les valeurs de L, g I’kgalisation. On Ccrit : B,, = B,, quand L, = &,, B,, = B,, quand L, = L,, avec .// = BfM - Brmpar dkfinition 4, + &II il vient. en supposant que B et L sont proportionnels: X = L&i - &In L&f + L,, . Cette mkthode est utiliske par Bryngdahl (1966). C’est la seule qui attribue une valeur absolue A P. On travaille Q signal constant. Une mkthode voisine, mais moins directe. avait ktt: introduite par Lowry et De Palma (1961). Elle consiste B utiliser une plage de comparaison rkduite g la dimension d’une fente, et Q mesurer point par point la distribution de luminance B(x) relative k un objet particulier I!.(X).Cet objet prkntait la forme d’un tchelon. Les auteurs supposent le sysdme linkaire, ll vient: T.F. B(x) P(v) = T.F. L(x)
cette fonction est normaliske.
Fig. 2. Fonction de Perception d’aprhs les travaux de divers auteurs: (---) MCthode des seuils de Modulation (Campbell, 1968). (-.-) Egalisations de Modulation k diverses frkquences (Watanabe. 1968).(----) Mesure de la Modulation subjective (Bryngdahl. 1966). (-_) Analyse de Fourier image/objet (Lowry, 1961).
Nous avons rassemblt sur la Fig. 2 quelques r<ats reprkentatifs des mkthodes d&rites ci-dessus. Les courbes, qui ont ktc normalikes, prtsentent toutes un maximum aux frtquences spatiales moyennes [v compris entre (1 l’)-’ et (28’)-‘I. Mis A part ce caractkre commun, on note de larges diffkrences entre les rtsultats, bien que les conditions d’observation (luminance, pupille, champ) soient voisines. Cependant une comparaison entre les mtthodes ne peut etre fructueuse si elle ne s’accompagne d’une etude de l’influence de divers paramitres visuels pour une mkthode donnke. Cest pourquoi nous avons repris l’ttude de Bryngdahl en essayant de dkgager et d’analyser les paramttres critiques. II-METHODE
EXPERIMENTALE-APPAREIL
Nous rappelons le dispositif expkrimental de Br)ingdahl (1966) que nous avons repris: un champ objet 23” x 23” est divisk en deux demi-champs rectangulaires adjacents [Fig. l(a)]. La pIage test ?: sinusdidale. de la forme I& = L,( 1 + M sin Znvx) occupe la partie suptrieure. La plage de comparaison de luminance L, sert &tgaliser successivement les maximums et minimums de brillance du test. On obtient alors P. en Ccrivant: P =
$
avec
_U =
L CM- Lm LCY + Lcm’
On rep&e la mesure pour diverses frfquences Y et I’on obtient la fonction P(v) relative B la modulation M. Pour d’autres valeurs de M on obtient d’autres courbcs formant un r&au [Fig. l(b)]. L’originaliti des ksultats rkside essentiellement dans les fortes valeurs obtenues pour P. A l’inverse des systimes optiqucs. le sysMme viwel renforcc les contrastes et ceci par un facteur allant jusqu’8 3 et plus. Ceci atteste I’origine psychophysiologique du processus. Dans notre appareil Ies plages test Tet de comparaison C se prisentent comme l’indique la Fig. 3(a). Des Ccrans amovibles permettent de tiduire la largeur de 7: on obtient
3
t
369
Fonction de perception
Fig. 4. Dispositif experimental: C plage de comparaison limitee par I’Ccran E. D diffuscur uniformement eclair& l’image de D darts le prisme P se projette en C: S source. L, L, objectifs eclairant Ic diffuseur D: Wcoin photomitrique. B barillet Porte-densites: So S, S, S_ , S_r dcnsites correspondants aux cinq stimulus. La plage test est obtenue par rotation du cylindre C, transparent recouvert du film F. reprcsentc partiellement deroule. L’interieur du cylindre fixe. forme boite h lumiere. un champ du type Bryngdahl [Fig. 3(b)]. On peut aussi reduire la largeur de C qui prend l’aspect dune fente. comme dans l’expkience de Lowry (l96l).[Fig. 3(c)]. L’observation est binoculaire. Elle se fait a I’oeil nu (pupilles naturellasj. Un bouton de commande permet d’ajuster L, pour les egalisations photometriques.
PrCsentC sur la Fig. (41 ii se compose dune plage test T rectangulaire. dune plage de comparaison C et d’un systttme automatique assurant les presentations et I’enregistrement des reponses. Un dispositif permet de mesurer L,. La repartition de luminance sinusdidale de la phtge test est obtenue par defilement rapide dun cache devant une plage de luminance uniforme. Ce cache, obtenu sur film photographique a fort y (type art graphique) reproduit le track dune sinuso’ide limitant les parties opaques et transparentes. Le film F. enroule auto& du cylinbre* tournant C reproduit la distribution de luminance SouhaitCe confor: mement a la loi d’integration temporelle de Talbot. B est Claire par transmission I’intirieur du cylindre formant boite a lumiere. L’tclairage est assure par deux rang&es d’ampoules miniatures. La dimension utile du test est de 20 x 6 cm* soit I 1.5’ x 3.5’ a I ru La luminance moyenne du test est de 20 cd/m’. La plage de comparaison C se projette sous le test. Une limite fine entre Tet C est assuree par un prirme P A angle vif. Celui-ci renvoie en C I’image d’un diffuseur D uniformCment CclairCpar le systeme optique formt par la source S et les lentilles L,, L?. Divers icrans & permettent de limiter la largeur de C dont les dimensions maximums sent 3.5” x 2.5’ a I m. Un coin photometrique W fait varier la
luminance L,. La commande du coin par interrupteur a deux directions. comporte un variateur de vitesse. Un potentiomhtre couple assure la mesure de L, avec une precision L&/L, = 0,005. Un barillet Porte densite 8. fait varier L, par petits echelons. SL autour dune valeur centrale L,;. Des filtres correcteurs de couleur et un obturateur completent le systtme. Un dispositif permet de dtplacer lateralement Tpar rapport a C. Un riflecteur R uniformement iclairi horde les plages 7et C. masquant I’appareillage et offrant un champ d’environnement. Le systeme automatique. destine a la methode des stimulus constants. assure la presentation skquentielle de cinq stimulus S sur la plage C. Le stimulus central S, a une luminance L,:, les stimulus S I , et S _ 2 s’en kartant de +ciL;L. et ?&L/L respectivement. Au tours dun cycle les cinq stimulus sont presentes 20 fois chacun. darts un ordre aleatoire. a raison dune presentation toutes les cinq secondes. A chaque presentation. l’observateur repond s’il juge C plus ou moins brillant que la zone etudiee du test. sur laquelle il fixe son attention. Les reponses sont enregistrees sur des compteurs. Entre deux presentations le faisceau de comparaison est occu1te. (2) PrPcision des mesum La mesure de J suppose deux Cgalisations indkpendante+ entachkes dune incertitude ALLILSoit
AyLMwLm Ad_ LM + L,
“u
370
G.
CASIN
(b)
(a)
(c)
Fig. 5. Diagrammes de depouillement du procidt a stimulus constants. En (a) mithode de 100 pointes: L,., repreante la valeur de la luminance du stimulus central Se. Lest le resultat de la mesure. L&art type de Lest indique par la t&he: (b) meme mtthode en r&&ant la mesure a partir des deux valeurs So et Se. L’tnsemble des rtsultats est coherent, on obtient une valeur de L; (c) les rtsultats obtenus a partir de S, et Se sont incohirents. On obtient deux valeurs L et L’. La mesure doit Ztre rejetee.
Or l’etude montre que les resultats significatifs sont obtenus pour de faibles valeurs de J. Dans ces conditions on remarque que I’on peut Ccrire: A . K = ALJL,
20). La valeur moyenne donne Let on peut calculer l’kart type cL. On obtient typiquement:
+ AL.JL,
et I’erreur relative sur M croit quand M dtcroit. En prcnant par exemple M : 0,2 et AL/L = 2% on obtient
&H/M z 20%. On ne peut done s’attendre a de bonnes precisions sur M. (3) ProcJdi psychophysiqur Nous avons d’abord retenu la mtthode des stimulus constants gtntralement considirte comme precise et fiable. Elle permet une presentation automatique assurant une bonne stabilitt des conditions experimentales et tliminant au mieux les facteurs personnels. Le stimulus central L,, est determine par quelques Cgalisations prkalables. L’tchelon 6L/L est choisi de facon a obtenir un italement satisfaisant des riponses R+ et R-. Le depouillement se fait sur un diagramme a coordonnks Galtoniennes [Fig. 5(a)]. On trace la droite joignant les cinq points expkrimentaux. La valeur L d’igalisation subjective est obtenue par l’intersection de cette droite avec l’axe des abscisses. La pente de la droite indique la dispersion IT,,de la mesure. Cette methode donne souvent de bons risultats. On obtient typiquement uLIy 1 24%. CT‘= 4% d’ori Us = 0.03. On rcmarque que les mesures des bandes claires sont plus prtcises que celles dcs bandes sombres. Cependanf un grave defaut apparait lorsqu’on reprend les mesures a partir de deux valeurs difkentes Sn et S;, du stimulus central. Nous avons remarqut que i’observateur tend a Cquilibrer les rkponses R+ et R- indkpend&mnent du rapport de luminance LJL,. Tout se passe comme si cet observateur classait les stimulus sucasifs Its uns par rapport aux autres et non, chacun d’eux par rapport au test. Sur la Fig. 5(b) et (c) on montre deux risultats obtenus de atte man&e. En (b) les rkponaes sont nomales et les dcux s&es de stimulus donnent le mkne r&t&at L. En (c) par contre Ie dtfaut signale intervient et Ton obtient deux valeurs L et Il. Cest pourquoi nous avons abandond atte mithode avec artains sujets. Nous avons Pars utilici la trkthode des ajustements. L’observateur etTectue des tgalisations rejetkes (n = IO ou
III-MEESURE%RESULTATS-DISCUSSION Le but des mesures est de suivre I’tvolution du facteur P quand on fait varier les differents paramttres ttudies. On itudiera successivement l’influence de la distance d’observation et du type d’observation celle de la dimension de la plage de comparaison et enfin celle de la dimension du champ objet.
(1) Distance d’obseroation On adopte un champ de type Bryngdahl [Fig. 3(b)]. La mire sinusdidale de pas Zff, de modulation M = 0.25, est vue sous un champ constant: 3.5” x 25”. On mesure P pour quatre distances d’observation: d = 1.6-0.8-0.4 et 0.2 m. L’observateur regarde a l’oeil nu. I_es mesures ont itt faites par 3 emmttropes jeunes ( c 30 ans). I_es resultats sont p&ends sur la Fig. 6(a). On remarque de fortes differences entre individus. Pour le sujet GR, P augmente quand d diminue, la variation atteignant SOo/,entre I.6 et 0.2 m (0.6 et 56 d’accommodation). Au contraire on trouve P constant chez le sujet G.C, et enfin une courbe prtsentant un minimum peu marqut pour le sujet JD. L’examen des causes de variations de P avec d fait ressortir les Wnents suivants: I(a) Qualift! du systkne optiqw. La qualitt du systime optique varie avec l’accommodation, en raison des variations de forme du cristallin principalement (Bemy. 1969).Par ailleurs la pupille se retkit au tours de l’accommodation et l’ouverture du sysdme est modi&, IX qui entraine une variation de la F.T.M. (Amulf et Dupuy, 1960). &pendant un calcul numkrique montre quc les variations restent faibles (C loo/,)
371
Fonction de perception
0.62
OJ
0.4
1.23
2.J
0,2
d mw a
J $‘W
(b)
Fig. 6. (a) Variation du facteur avec la distance d’observation pour trois observateurs: b--) sujet GR +) sujet GC (-0) sujet. (b) Mimes mesures pour diverses conditions &observation (sujet (+GR): (-0) binoculaire; (+_o) binoculaire avec verres correcteurs pour la distance; (A-A) monoculaire; (A-A) monoculaire en lumitre verte.
du fait que l’on se trodve aux basses frequences spatiales. En effet I’ = (20’)- ’ soit environ fc/30. fc representant la frequence de coupure du systeme optique. l(b) DPfuut de mise uu point. I1 est possible que l’oeil kprouve de la difficult6 i accommoder avec prkcision sur une mire sinusoidale. Ceci entrainerait une baisse de modulation par defaut de mist au point. Cepcndant
un calcul d’optique gtometrique montre que. pour la mire a Ctudier il faut un dkpointage supkrieur a 036 pour faire baisser de 12% seulement la modulation. Dans ces conditions on peut dghger ce facteur. l(c) Variation de dimension de I’intage rhtinienne. Au tours de I’accommodation la dimension de l’image rttinienne s’accroit legirement si I’on maintient constante la dimension angulaire de I’objet. Cette variation, inferieure a loO/Wne peut entrainer que de faibles variations de P ( < 5%). Ainsi I’examen de I’optique de l’oeil n’explique par de facon satisfaisante les r&hats obtenus. NOW sommes conduits a invoquer un processus psychophysiologique de variation de la perception avec l’accommodation et la distance d’observation. Ceci serait confirme par le fait que le sujet GR qui presente une forte
0.J
amplification de contraste montre aussi la plus forte variation de cc facteur d’amplification. Pour conclure avcc certitude il faudrait cependant connaitre pour
chaque observateur la qualiti de l’image aux diverses accommodations. ainsi que la qualite de fusion binoculaire. Enfin on doit insister sur le fait que l’imagerie optique redevient preponderante aux frequences spatiales Clevies. v > (5’)- ’ par exemple. D’autres paramttres d’observation entrent en jeu. Nous avons ttudii I’influence de la correction visuelle (des verres correcteurs renvoyant I’image du test h I’infini), la relation entre resultats binoculaires et monoculaires ainsi que l’influence de la couleur (Etude en lumitre filtree verte). Les rtsultats se pritent ma1 21une interpretation simple. On se contente de reproduire quelques courbes obtenues pour signaler I’ordre de grandeur des effets observes [Fig. 6(b)]. (2) Dimension de la plage de comparaison C La plage C sert directement a mesurer la modulation subjective. 0. Bryngdahl adoptc une plage de mime dimension que le test par contre. Lowry (1961) utilize une plage etroite formant une fente lumineuse. Nous
/ min dkrc
Fig. 7. Influence de la largeur angulaire (a) de la plage de comparaisoon. (a) Variation de brillance de la plage Cen fonction de u. (b) Variation du facteur P sur test sinusoIdal en fonction de a (v = 4(y, M = 0.4).
372
G. CASSIN
Fig. 8. Rtponse de I’oeil Aune sinusoi’de. La courbc sup&cure, identiquc dans tous les diagramme& reprtscnte la luminance L(x) de l’objet. La.courbt inferieure (-I-) est la reponse visuelle q(x) accompagnke
en pointillis de la sinusoi’dla plus voisine. allons montrer que ces dispositions donnent des resulsituer sur cette courbe les conditions expkrimentales de tats differents, ce qu’on peut expliquer pour trois raiBryngdahl et Lowry. Le premier se trouve. avec une sons: (a) la plage C, qui se d&ache sur fond sombre, plage &endue, au maximum de P. le second au consubit un effet de contraste simultane qui depend de sa traire au voisinage du minimum. Darts ces conditions dimension; (b) la presence de C au voisinage immediat quelle dimension doit-on adopter ? il nous semble imdu test en perturbe la perception par mutuelle in- portant de remarquer que ce choix est arbitraire. fluence; (cl pour des largeurs de plage infkrieures au Seules des conditions de normalisation, de precision pas de la mire, l’oeil risque de faire une igalisation en ou de commodite peuvent nous guider. 11serait vain de valeur moyenne sur une largeur don&e, et non au vouloir supprimer I’effet &influence mutuelle entre le test, la plage de comparaison et la plage d’environnecentre de la plage. Les mesures presentkes ci-dessous ment alors que l’etude Porte preciskment sur les intereclairent ces points: 2(a) Nousavons effectut une drie d’egalisations phoactions spatiales darts la perception. 2(c) Pour preciser la lkcon dont le sysdme visuel tometriques entre la plage test 17;choisie uniforme et la plage C dont on fait varier la largeur [Fig. 3(c)]. On opkre pour tgaliser les differents points dune mire sinusdidale avec une plage uniforme. nous avons repris dkfinit la facteur d’efficacite K de cette plage: K = LJL, L, et L, itant les luminances obtenues au moment l’itude prkckdente en faisant cinq Cgahsations rkparties de l’egalisation subjective. La Fig. 7(a) montre les vari- sur une demi pkiode du test. Gn obtient ainsi la ations de K avec la largeur a de C. Pour les fortes reponse B(x) de l’oeil a une sinusoXle ,5(x). La Fig. 8 valeurs de n (a > 20’) on se trouve pratiquement dans rend compte des resultats pour diverses largeurs (a) de les conditions dune Cgalisation normale: K = 1. Pour la plage de comparaison. La courbe supkrieure est la les faibles valeurs (a < 1’) au contraire, la brihance sinusotde objet qx), la courbe inferieure represente diminue du fait de l’ttalement de la tache retinienne B(x), la courbe en pointillt &ant la sinusotde la plus par diffusion et diffraction: K c 1. Pour les valeurs in- proche de B(x):La largeur de la plage C est figurte par termediaires (1’ c a < 2U) l’effet de contraste simulla zone hachurke. On peut remarquer que pour la tank apparait et K dkpasse l’unite pour atteindre 1.5 modulation prtsende, M = 0.4, la kponse de l’oeil est (sujet GR) et plus pour certains sujets. Cependant si quasi lineaire. Il ne semble pas par ailleurs que l’on a% effet est lineaire en fonction de la luminance, le fac- observe de fortes tendances a tgahser les plages en teur A n’en est pas affecti. valeurs moyennes. 2(b) Le tkteur critique est probablement Ikfluence (3) Dimension du champ objet mutuelle des plages T et C. Pour examiner ce point Nous examinons ici l’influence de la dimension du nous avons mesurt la valeur de P sur une mire sinusdidale (JI = 40’. M = 0,4) pour diffnentes valeurs de champ objet. Nous avons rep& les mesures faites par (a). La Fig. 7(b) reptisente la courbe P = f(a). On peut Bryngdahl dans des conditions analogues aux siennes
373
Fonction de perceotion
Fig. I I. Rkponr percussionnelle de l’oeil: les parties nkgatives rkpondent au phknomine d’inhibition latirale rttinienne. I
w 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
M
Fig. 9. Inffuence de la dimension du champ test (en param&e) SW la valeur du facteut P. En abcisse modulation objet M. (--C--I champ 18 x 18 (+a) 9 x 9 A) 4.5 x 4.5’ (A-A) 1.5 x 1.5’ (----) courbe de (ABryngdahl avec un champ de 23 x 23’. Mire sinuso’idale Y = (106y1. mais pour diverschamps: I8 x 18’. 9 x 9’, 4.5 x 4.5”. I.5 x IS”. Pour chacune de ces valeurs le facteur P a ktk calcuk en fonction de la modulation objet M. les mires gardant un pas constant de 106’. Les ksultats (Fig. 9) montrent que la dimension du champ objet est un tlkment important de la perception. Avec un grand champ (18” x 18”) on trouve une courbe P = f(M) compatible avec celle de Bryngdahl, obtenue avec de? mires de m&me pas sur un test de 23’ x 23’. Lorsque le champ dicroit l’amplification de contraste diminue, et approche l’unitk chez certains sujets. Pour le sujet GR on note une diminution de 307, de P entre 18” et 9” de champ. Cette variation de perception des contrastes avec la dimension du champ objet est le signe d’une interaction spatiale B grande distance dans le systtme visuel. Plusieurs auteurs ont signali des effets analogues @h&r, 1965; Watanabe, 1968; Campbell, 1968). On peut rapprocher ce phtnomtne de celui du contraste simultark oti l’on obtient une variation de brillance affectant des plages ttendues du fait du contraste prisentt par les bords de plage. Un exemple, choisi parmi ceux que proposent Cornsweet (1970) est reproduit Fig. IO. De tels phknomknes posent deux problkmes: celui de leur cause et celui de leur rep+ sentation. II est exclu d’y rkpondre h l’issue de cette &de. Cependant on peut clarifier la question en distinguant deux types d’interactions, les unes locales, les autres globales. Le premier type est d’origine rttinienne. Le processus en cause. l’inhibition lattrale. est aujourd’hui bien etabli. 11avait Ctt prtvu et d&it par Mach et a ktk confirm6 de facon dkfinitive par l’tlectrophysiologie (Ratliff. 1965). On peut rendre compte des effets observks, de facon qualitative au moins en utilisant une rtponse percussionnelle, ou tache image, prkntant des parties nigatives (Fig. I I). On explique ainsi le phtnomkne des bandes de Mach,
celui de l’amplification de modulation d&rite par Bryngdahl et la forme de la fonction de perception avec son maximum aux frkquences moyennes. Cependant les effets globaux ne peuvent ttre dkrits de la mime man&e et aucun phknomtne simple d’inhibition ne peut en rendre compte. 11faut done probablement en attribuer l’origine aux centres visuels post-rttiniens. Aucune reprksentation simple et g&kale ne peut etre proposke a ce jour. Ceci montre le double obstacle qui s’oppose g l’utilisation de I’analyse de l’image percue. par convolution objet-tache image (ou de faGon tquivalente Fonction de Transfert-analyse de Fourier): non lirkaritt de la riponse d’une part. effets globaux d’autre part.
CONCLUSION
L’Ctude de la Fonction de Perception fait apparaitre comment la diversitk des mkthodes et la multiplicitk des paramktres visuels font obstacles g une reprksentation simple du systkme visuel. On a montrk notamment que les rhsultats de Bryngdahl ne sont valables que pour des conditions de champ et de distance d’observation bien dkfinies. Malgrk son intkrit mkthodologique. la Fonction de Perception ne peut prktendre reprtsenter tous les aspects de la perception des contrastes. On peut cependant clarifier la situation en faisant quelques remarques. (I) Dans la perception visuelle. les micanismes optiques sont souvent de moindre importance que les effets psychophysiologiques. Nous rejoignons ainsi un avis formuk par Campbell. Mais on doit limiter ce jugement aux frkquences basses ou moyennes. L’optique redevient primordiale aux frkquences Clevkes. (2) La reprkntation du systkme visuel ne peut etre itablie que sur un ensemble coordonnt de travaux. sur la base d’une normalisation des divers paramttres. Pour l’instant nous en sommes riduits B faire des comparaisons hasardeuses et peu convaincantes. Cest Ic cas notamment de la mesure d’une fonction physiologique dkfinie par comparaison de la F.T.M. optique et de la fonction de perception, Hay (1972). (3) On peut distinguer, dans la rkponse visuelle, un terme local analogue B une tache image et un terme
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global que fait varier cette rtponse nature du champ objet.
en fonction
de la
Rrmrrciumunts--auteur remercie Ma&me Plantcgenest pour le soin apporte a la realisation dcs mires et Madame Roger qui a largement participe a la mir au point de l’appareil et aux mesufes.
BlBLlOGRAPHlE
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Abstract-Some aspects of the Perception Function are studied. This function is defined as the subjective to objective contrast ratio when an object test (sine grating) is observed. Various methods of measurements of this function are briefly described and compared. The influence of various parameters such as object field, observation distance, and so on. is shown in the case of one of these methods, previously described by Bryngdahl. It is found that the results are very dependent upon these parameters. This phenomenon contributes to restrict the validity of the measurements and makes difficult a formulation of this function.
