Comment fait-on pour voir en relief ?

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Comment fonctionne la vision en relief ?

Pour voir, nous disposons de trois organes : les deux yeux et notre cerveau. Avec un seul œil, le cerveau peut déjà percevoir le relief, mais de façon moins précise qu’avec les deux yeux. L’image délivrée par un œil au cerveau n’est pas en relief. L’œil est similaire à un système de lentilles, exactement comme un appareil photo. Simplement, l’image à deux dimensions ne se fixe pas sur un capteur numérique, mais sur la rétine, au fond de l’œil. Le cerveau reçoit donc une image à deux dimensions de chaque œil. Ce sont ces images que le cerveau doit analyser et comparer pour reconstruire le relief.

De l'image 2D à l'image 3D

Il y a quand même une information supplémentaire que l’œil peut transmettre au cerveau : le réglage des lentilles de l’œil. Car comme dans un appareil photo, l’œil possède plusieurs lentilles, qu’il peut régler pour faire la mise au point sur l’objet qu’il regarde. Les deux lentilles de l’œil sont la cornée, située en avant de l’œil, et le cristallin, situé juste derrière. C’est le cristallin qui est réglable, grâce à des petits muscles qui peuvent modifier son épaisseur. La façon dont les muscles doivent agir pour qu’un objet soit net donne donc directement une estimation grossière de la distance de l’objet. En pointant avec l’œil différents points d’un objet, le cerveau peut ainsi en reconstituer le relief. Mais cette technique est assez imprécise, et ne fonctionne bien que pour des objets proches. Par exemple, la différence d’accommodation du cristallin entre un objet situé à 500 m et un objet situé à 10 km est nulle.

Les techniques du cerveau pour la reconstitution 3D des images

Pour le reste, le cerveau doit donc déduire le relief à partir des images à deux dimensions qu’il reçoit des yeux. Les techniques utilisées par le cerveau pour reconstruire le relief avec une seule image, c'est-à-dire avec un seul œil, sont les mêmes que celles qu’il utilise pour reconstruire le relief d’une photographie ou d’un tableau. Par exemple, le cerveau analyse les recouvrements des objets pour en déduire leur position relative : si l’on voit deux personnes et que l’une cache en partie l’autre, il est évident que celle qui est partiellement cachée est derrière. Une autre technique bien connue est la perspective : plus un objet est éloigné, plus il semble petit. En comparant la taille d’objets connus entre eux, on peut ainsi déterminer leurs positions relatives. Par exemple, s’il voit un homme et un arbre de même taille, le cerveau en déduit que l’arbre est beaucoup plus éloigné que l’homme. Bien sûr, le cerveau peut se tromper. Par exemple, si l’arbre est un bonsaï, il est en réalité plus proche que l’homme. 

Les lois de l'optique géométrique

Mais pour reconstruire le relief, l’idéal est d’utiliser les deux yeux. Comme les deux yeux sont distants en moyenne de 6 cm, ils voient les choses d’une façon légèrement différente. Entre les deux images, chaque point est très légèrement déplacé d’une distance qui est directement reliée à la distance entre l’objet et l’œil. Un point très éloigné sera situé au même endroit sur les deux images. Au contraire, un point très proche sera à des endroits très différents. Notre cerveau connaît très bien les lois de l’optique géométrique, et peut relier très précisément ce décalage à la distance de l’objet. Dès lors, il lui est facile de reconstruire le relief de la scène. Au cinéma, on utilise la même technique pour restituer le relief : on utilise deux caméras distantes de 6 cm pour filmer chaque scène. Puis on projette sur l’écran les deux images, mais on donne au spectateur une paire de lunettes qui empêche les yeux de voir les deux images : l’œil gauche ne voit que l’image prise par la caméra de gauche, et l’œil droit ne voit que l’image prise par la caméra de droite. En recevant les deux images, le cerveau fait ce qu’il a l’habitude de faire : il les analyse, et reconstruit le relief.    

Réalisateur : Maxime Beaugeois, Daniel Hennequin, Damien Deltombe

Producteur : UNISCIEL/Université Lille 1

Publié le - Mis à jour le 05-07-2019

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