Vision
No cardsCe cours magistral détaillé explore l'anatomie et les fonctions du nerf vague, des glandes thyroïde et parathyroïdes, du thymus, ainsi que la vascularisation artérielle de la tête et du cou. Il aborde l'origine, le trajet, la systématisation et les applications cliniques du nerf vague ; la situation, la description, la vascularisation, l'histologie et les rapports des glandes thyroïde et parathyroïdes avec leurs applications médicales ; et enfin l'introduction, la situation, les caractéristiques et la constitution du thymus et les branches des artères subclavières et carotides pour la tête et le cou.
Introduction à la Vision des Couleurs
La biophysique sensorielle étudie la perception des signaux extérieurs. La vision est un processus complexe qui transformel'énergie lumineuse en message nerveux interprétable par le cerveau. Ce cours aborde la perception objective du message physique et l'interprétation subjective dumessage sensoriel lumineux, en se concentrant sur la vision des couleurs.
Plan du Cours
Introduction
Rappels physiques : Optique géométrique
Rappels anatomiques et histologiques
Le message sensoriel
La vision des couleurs
Conclusion
I. Rappels Physiques : L'Optique Géométrique
L'optique est la branche de la physique qui étudie la lumière et ses phénomènes. Elle conditionne notre perception de l'environnement et est fondamentale pour la science de la vision.
Domaines de l'Optique
Optique Géométrique | Modélise la lumière comme des rayons, utile pour l'imagerie. |
Optique Ondulatoire | Modélise la lumière comme uneonde électromagnétique. |
I-1. Généralités
Les sources de lumière peuvent être diverses :
Incandescence : Soleil, ampoules.
Luminescence : Lumière produite par d'autres moyens que le chauffage (néon, lampes fluorescentes).
Laser : Source de lumière monochromatique ou polychromatique très intense.
Il existe différentes sortes de lumière :
Lumière blanche
Lumière monochromatique : Lumière à une seule couleur, c'est-à-dire une seule longueur d'onde.
La couleur est la perception visuelle de la répartition spectrale de la lumière visible.
I-1-1. Nature de la Lumière
Deux théories principales décrivent la nature de la lumière :
Théorie corpusculaire (Newton, Einstein, Compton) :
La lumière est formée de quanta d'énergie appelés photons qui obéissent aux lois de conservation de la mécanique.
Théorie ondulatoire (Hooke, Maxwell) :
La lumière est une onde électromagnétique.
Ces deux théories sont complémentaires et constituent la dualité onde-corpuscules.
Domaines du Spectre Électromagnétique
Le visible est la partie du spectre électromagnétique perceptible par l'œil humain, s'étendant de 400 nm à 700 nm.
Violet: 400 à450 nm
Bleu: 450 à 520 nm
Vert: 520 à 560 nm
Jaune: 560 à 600 nm
Orange: 600 à 625 nm
Rouge: 625 à 700 nm
II. Rappels Anatomiques et Histologiques
Cette section fournit une base sur l'anatomie de l'œil et l'histologie de la rétine.
Anatomie de l’œil
L'œil est un organe complexe qui capte la lumière et la convertit en signaux nerveux. Les composants clés incluent :
La cornée, le cristallin, et le corps vitré quifocalisent la lumière sur la rétine.
L'iris qui contrôle l'ouverture de la pupille et régule la quantité de lumière entrante.
Histologie Rétinienne
La rétine est le tissu sensible à la lumière situé au fond de l'œil.Elle contient des photorécepteurs :
Les bâtonnets: responsables de la vision nocturne (scotopique) et achromatique.
Les cônes: responsables de la vision diurne (photopique) et de la perception des couleurs.
Ces photorécepteurs transmettent les informations aux neurones bipolaires, puis aux cellules ganglionnaires, lesquelles forment le nerf optique.
III. Le Message Sensoriel
Le message sensoriel est l'interprétation subjective du message physique par l'œilbiologique et le cerveau.
III-1. La Trivariance Visuelle
La trivariance visuelle est le constat expérimental que la sensation lumineuse peut être caractérisée par trois variables indépendantes.
III-1-1. Le Système Monochromatique de TV
Dans ce système, les trois qualités physiologiques perçues comme immédiates sont :
La luminance L : Intensité perçue, mesurable, liée à la quantité d'énergie des photons.
La tonalité : Teinte perçue, nonmesurable, repérée par rapport à une longueur d'onde connue.
La saturation : Pourcentage de lumière blanche "délavant" la teinte (ex: un bleu foncé est plus saturé qu'un bleu clair).
La tonalité et la saturation caractérisentla perception de la couleur. Toute sensation lumineuse se définit comme la superposition d'une lumière monochromatique (L) et d'un blanc (Lw) :
\lambda
La saturation (p) est alors mesurée par le facteur de pureté : \lambda\lambda). Il est de 0 pour le blanc et de 1 pour une couleur spectrale pure.
III-1-2. Le Système Trichrome de TV ou RVB
Ce système utilise des variables physiquement mesurables. Toute sensation lumineuse peut être reproduite par la superposition de trois couleurs primaires additives : le Rouge, le Vert et le Bleu. L'intensité de la sensation lumineuse (luminance L) est mesurée selon :
III-1-3. Luminance (perçue) et Brillance Énergétique (source)
La luminance perçue L est la sensation d'intensité, directement liée à la brillance énergétique B de la source.
Où est un coefficient de proportionnalité. Pour comparer deux luminances, on les alterne sur la rétine à une fréquence de 6 à 10 Hz. L'égalité de luminance de deux sources de couleurs différentes ne correspond pas nécessairement à l'égalité de leurs brillances énergétiques : pour un L identique, si , alors \lambda\lambda.
IV. La Vision des Couleurs
IV-1. Généralités
L'œil humain normal perçoit environ 1700 nuances colorées, principalement entre 450et 750 nm. La sensibilité est élevée entre 490 et 590 nm.
IV-1-1. Sensibilité Lumineuse et Couleurs
La rétine est sensible aux UV jusqu'à 350 nm, perçus comme du bleu-violet par les aphakes (absence de cristallin).
Les IR intenses sont perçus comme orangé jusqu'à 1050 nm.
IV-1-2. Distinction entreVision Diurne (Photopique) et Nocturne (Scotopique)
La vision scotopique (par les bâtonnets) est achromatique (sans couleur).
La vision des couleurs est photopique(par les cônes) et nécessite un éclairement suffisant.
Il existe trois types de cônes pour la vision des couleurs :
Cônes à pigment bleu (),les moins nombreux. Leur absence ou inactivité cause le Daltonisme.
Cônes à pigment vert ().
Cônes à pigment rouge ().
IV-1-3. Propriétés de la Sensation Lumineuse
La sensation lumineuse est :
Unique pour un mélange de ou une unique.
Totalement caractérisée par 3 variables indépendantes (trivariance visuelle, 3 types de cônes).
IV-1-4. Description du Message Sensoriel Lumineux
Il suffit de trois qualités physiologiques pour décrire tout message sensoriel lumineux, d'où le concept de mélange trichrome.
IV-2. La Trivariance Visuelle (TV)
Deux systèmes permettent de décrire une sensation lumineuse :
IV-2-1. Le Système Monochromatique de TV
Ce système décrit les sensations lumineuses par :
L'intensité (quantité) perçue,pour toute (couleur) : la Luminance L.
Les qualités chromatiques :
La tonalité, ou teinte perçue.
La saturation, fraction delumière blanche qui "délave" la teinte.
Corollaires :
La luminance globale () est le mélange des luminances de la teinte (L_wL = L_ + L_w'
IV-2-3. Les Lois de Grassmann
Les lois de Grassmann décrivent la combinaison des sensations visuelles comme des grandeurs algébriques.
Si , alors et .
Une combinaison de sensations visuelles est perçue comme une sensation unique.
Si le blanc qui "compose" une tonalité désaturée est issu d'une synthèse trichrome, la tonalité saturée \lambda$ peut en être déduite algébriquement :
\lambda
ou
\lambda
IV-2-4. Les Différentes Couleurs Perçues
L'œil normal perçoit environ 1700 nuances colorées.
Les couleurs spectrales :
Générées par une unique dans le spectre visible (400-700 nm).
Chaque est associée à une couleur ≠, pour environ 200 nuances.
Facteur de pureté, p = 1.
Le lieu géométrique des couleurs spectrales est extérieur au triangle des couleurs, tangent à ses trois sommets.
Les pourpres :
Mélange (additif) de extrêmes du spectre visible (violet + rouge).
Environ 100 nuances, caractérisées par la de leur complémentaire (les verts).
Facteur de pureté, p = 1.
Les blancs : Il existe différentes sortes de blancs.
Les blancs thermiques : Induits par des spectres d'émission continue (étoile, lampe à incandescence). Leur dominante colorée (jaune bleuté pour le soleil, rougeâtre pour l'ampoule) est ignorée par le cerveau.
Les blancs trichromes : Mélange de trois primaires : .
Les blancs de complémentarité : Addition de deux moyennement éloignées dans le spectre, dites complémentaires : \lambda\lambda (par ex, bleu 485 nm et jaune 586,6 nm).
Les couleurs désaturées : Elles fournissent les 1400 nuances restantes.
L'addition de deux peu éloignées produit la même sensation de teinte qu'une intermédiaire désaturée : \lambda\lambda\lambda, avec \lambda. Par ex, jaune + bleu = vert, rouge + vert = jaune.
Le nombre d'échelons de saturation varie selon la teinte de départ, minimum pour le jaune.
Tout mélange trichrome ne donnant pas dublanc produit un effet de couleur désaturée : \lambda, avec \lambda.
Les autres tonalités (marrons, vert-olive, gris) sont des teintes "rabattues" avec une luminance réduite.
IV-3. Dyschromatopsies (Ds)
Les dyschromatopsies sont des anomalies de la vision des couleurs, assez fréquentes (8% dela population) mais généralement peu gênantes. Il n'existe pas de traitement ou de correction.
IV-3-1. Les Trichromatopsies Anormales
Le sujet perçoit les trois couleurs primaires, mais en proportions différentes du sujet normal.
Les protanormaux : utilisent trop de rouge pour reproduire le jaune Na.
Les deutéranormaux : utilisent trop de vert pour reproduire le jaune Na.
IV-3-2. Les Dichromatopsies
Une des primaires n'est pas perçue, entraînant une vision divariante (un type de cônes est absent).
Les protanopes : ne perçoivent pas le rouge (daltonisme vrai).
Les deutéranopes : ne perçoivent pas le vert (type Nagel).
Les tritanopes : ne perçoivent pas le bleu (rare).
IV-3-3. Les Monochromatopsies
Les sujets dits achromates n'ont aucune vision colorée, ils sont univariants.
Conclusion
L'optique géométrique offre une compréhension fondamentale des phénomènes lumineux et de la vision en modélisant la lumière par des rayons. En obéissant aux lois de Snell-Descartes et au principe de Fermat, elle permet de comprendre la formation d'images à travers des systèmes optiques simples et l'œil humain,souvent modélisé comme une lentille convergente. Cette approche permet également d'identifier et de corriger les défauts de l'œil par des verres correcteurs.
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