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La vision du monde consiste a montrer les différents types de visions possibles. Comme nous le répétons ci dessous, l'invisible peut être vu avec certains outils tels que les caméras thermiques ou encore les caméras a vision nocturne. Dans le domaine du visible, l’œil est le première outil utilisé par l'homme pour voir. Ceci dit, nous pouvons calculer ou l'image va atterrir selon la réfraction.
La vision joue un rôle essentiel dans notre perception du monde : formes, couleurs et mouvements sont des perceptions de notre cerveau. Les sujets d’étude abordés dans ce thème peuvent balayer de nombreux registres, depuis la construction mentale de notre représentation visuelle du monde jusqu’aux méthodes et outils spécifiquement liés à la nature de ce qui est observé. La fenêtre du visible qui s'étend entre 0,4μm et 0,7μm est la seule fenêtre du spectre électromagnétique qui est perceptible par l'œil humain.
L'œil humain est l'organe de la vision de l'être humain ; il lui permet de capter la lumière, pour ensuite l'analyser et interagir avec son environnement. L'œil humain permet de distinguer les formes et les couleurs.
- La cornée est une membrane solide et transparente de 11 mm de diamètre au travers de laquelle la lumière entre à l'intérieur de l'œil. La cornée est privé de vaisseaux sanguins (sinon notre vision serait troublée), elle est donc nourrie par un liquide fluide comme l'eau : l'humeur aqueuse. Elle assure environ 80% de la réfraction.
- La pupille : Il s'agit d'un trou au centre de l'iris permettant de faire passer les rayons lumineux vers la rétine.
- L'iris (arc-en-ciel en grec) : Il s'agit du diaphragme de l'oeil percé en son centre par la pupille. C'est un muscle qui fait varier l'ouverture de la pupille (entre 2,5 et 7 mm) afin de modifier la quantité de lumière qui pénètre dans l'oeil pour éviter l'aveuglement en plein soleil ou capter le peu de rayons la nuit.
- Le cristallin : C'est une lentille auxiliaire molle et composée de fines couches superposées. Il se déforme sous l'action du muscle ciliaire.
- La rétine : c'est la couche sensible à la lumière grâce aux photorécepteurs (les cônes et les bâtonnets). La rétine possède 2 types de photorécepteurs :
Les bâtonnets : De forme allongée, ils doivent leur nom à leur forme. ils sont environ 130 millions. Ils sont absents de la fovéa et se logent à la périphérie. Ils ont une très grande sensibilité à la lumière, d'où leur capacité à percevoir de très faibles lueurs la nuit : vision de nuit. Ainsi ils ont une très faible perception des détails et des couleurs car plusieurs dizaines de bâtonnets ne sont liés qu'à une seule fibre du nerf optique.
Ils contiennent une substance chimique appelée rhodopsine ou pourpre rétinien. Quand la lumière frappe une molécule de rhodopsine, celle-ci génère un faible courant électrique. Les signaux ainsi recueillis forment un message qui est transmis aux cellules nerveuses de la rétine.
- Les cônes : Ils sont environ 5 à 7 millions à se loger dans la fovéa. Leur sensibilité à la lumière est très faible mais leur perception des détails est très grande pour deux raisons : il y a une densité très élevé de cônes dans la fovéa et surtout chaque cône de la fovéa transmet son information à plusieurs fibres du nerf optique : la vision est donc de jour. Ainsi ils ont une très bonne sensibilité aux couleurs.
Ils sont de trois types selon le pigment qu'ils contiennent et ont donc une sensibilité à des ondes lumineuses de longueurs différentes : cônes contenant de l'erythropsine (sensibles au rouge), de la chloropsine (vert), de la cyanopsine (bleu).
Le nom signifie « en dessous du rouge » (du latin infra : « plus bas »), car l'infrarouge est une onde électromagnétique de fréquence inférieure à celle de la lumière visible: le rouge. La longueur d'onde des infrarouges est comprise entre le domaine visible (≈ 0,7 μm) et le domaine des micro-ondes (≈ 1 mm).
L'infrarouge est associé à la chaleur car, à température ambiante ordinaire, les objets émettent spontanément des radiations dans le domaine infrarouge ; la relation est modélisée par la loi du rayonnement du corps noir dite aussi loi de Planck. La longueur d'onde du maximum d'émission d'un corps noir porté à une température absolue T (en kelvin) est donnée par la relation 0,002898/T connue sous le nom de loi du déplacement de Wien. Cela signifie qu'à température ambiante ordinaire (T aux environs de 300 K), le maximum d'émission se situe aux alentours de 10 μm, la plage concernée étant 8-13 μm. Placé à la surface terrestre, un télescope observant dans cette gamme de longueur d'onde serait donc aveuglé par le fond thermique émis par les objets environnants, c'est pourquoi on envoie les télescopes infrarouges dans l'espace.
L'intensificateur de lumière permet de voir dans l'obscurité en amplifiant les sources de lumière faible (Lune, étoiles). On amplifie les photons détectés (provenant de lumière ambiante) sur le principe du photomultiplicateur.
Avantage : n'est pas détectable par l'ennemi en usage militaire.
Inconvénient : le photomultiplicateur est un système très complexe, fragile et encombrant, nécessitant de la haute tension, des lentilles magnétiques, des tubes sous vide, etc. Nécessite un minimum de photons à amplifier, mais ce n'est pas un problème dans une nuit naturelle.
Le système est doté d'une diode émettant dans le proche infrarouge (0,9-2 μm) et qui permet d'éclairer la scène de rayons non visibles à l'œil nu. Ce système permet de voir dans le noir total. Sur certains modèles la diode électroluminescente (DEL) infrarouge est visible lorsqu'elle fonctionne. La diode peut être séparée du matériel de vision, et être utilisée comme une lampe de poche.
Avantage : utilise un capteur CMOS ou CCD d'appareil photo, caméscope ou caméra. Il suffit de retirer le filtre qui bloque la grande sensibilité naturelle aux proches infrarouges de ces capteurs (option sur certains caméscopes).
Inconvénient : la nécessité d'utiliser un projecteur infrarouge, facilement détectable par l'ennemi pour les militaires.
La plupart des animaux ne voient pas l'infrarouge. Cependant les serpents ont une vision infrarouge permettant la détection des proies, en particulier la nuit. Ce système ne détecte pas les infrarouges à proprement parler, mais utilise les infrarouges afin d’ « illuminer » la scène, telle une Lampe torche qui serait ici « invisible ».
Le système est sensible au rayonnement thermique (infrarouges aux longueurs d'onde 2-5 μm et 8-13 μm) des objets et de la scène. Les niveaux de gris rendus à l'écran traduisent la température de chaque objet (quand il s'agit d'une image en noir et blanc).
Avantage : n'est pas détectable par l'ennemi pour les militaires. Permet de voir aussi dans le brouillard. C'est ce type d'appareil qui se développe le plus pour les armées.
Inconvénient : demande des objectifs très spéciaux (pas en verre) et des capteurs photodétecteurs très spécifiques, souvent au tellurure de mercure-cadmiumet parfois un système de refroidissement.
Un système de graduation par couleurs est souvent utilisé sur les écrans d'analyses thermiques pour une meilleure analyse visuelle de la scène observée. La vision est la même de jour ou dans le noir total.
En physique des ondes, la réfraction désigne le fléchissement d'une onde (notamment optique, acoustique ou sismologique) à l'interface entre deux milieux de vitesse de phase, différents sur le plan chimique ou physique (densité,impédance, température...).
On a jusqu'ici considéré des milieux homogènes et isotropes, dans lesquels la vitesse de la lumière était la même partout et dans toutes les directions. Mais il existe des milieux dans lesquels la vitesse de la lumière, donc l'indice de réfraction, varie de manière continue, par exemple l'air.
Des lois sont utilisés pour calculer la réfraction, tels que la loi de Snell-Descartes ou encore le principe de Huygens-Fresnel.
L’évaluation des risques présentés par les appareils lasers repose sur leur classification déterminée essentiellement en fonction de leur puissance et de leur longueur d’onde :
Classe 1
Lasers intrinsèquement sans danger.
Classe 2
Lasers à rayonnement visible (400 à 700 nm de longueur d’onde, et d’une puissance inférieure ou égale à 1 mW). Protection de l'oeil assurée par le réflexe palpébral.
Classe3a
Lasers de puissance moyenne (<5 mW). Vision directe dangereuse si elle est supérieure à 0,25 s ou effectuée à travers un instrument d'optique.
Classe3b
Lasers dont la vision directe est toujours dangereuse (puissance comprise entre 5 mW et 500 mW). Ces lasers sont potentiellement dangereux si un faisceau direct ou une réflexion spéculaire est regardé par l’œil non protégé.
Classe 4 :
Lasers toujours dangereux en vision directe ou diffuse, créant des lésions cutanées et oculaires (puissance supérieure à 500 mW). Ils constituent un danger d'incendie. Exposition dangereuse au rayonnement direct ou diffus pour l'oeil et la peau.
De nombreuse illusions d'optiques existent, tels que l'illusion de Müller-Lyer, le triangle de Penrose ou encore la spirale de Fraser. Une illusion d'optique est une illusion qui concerne le système visuel humain. Les illusions d'optique surviennent naturellement ou sont créées délibérément par des dispositifs qui utilisent certains principes de fonctionnement du système visuel humain.
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