5 réponses aux limites de vitesse de la perception visuelle humaine

La vitesse de perception visuelle humaine est un sujet étonnamment délicat, pour lequel il n’existe pas de réponse unique. Cela dépend du type de vitesse que vous souhaitez examiner. Ici, nous allons détailler 5 facettes fascinantes de la vision et donner des réponses aux limites de vitesse actuellement connues de ce que nous pouvons voir – profitez-en !

1. Quelle est la durée la plus courte pendant laquelle nous pouvons percevoir un éclair de lumière ?

Comme beaucoup de réponses intéressantes en science, cela est venu fortuitement et s’est avéré bien au-delà de ce que l’on aurait pu imaginer.

Plusieurs astronautes dans l'espace ont rapporté avoir vu des anomalies inexpliquées telles que des points extrêmement brefs et des traînées de lumière fugaces , même les yeux fermés. Celles-ci se produiraient toutes les quelques minutes. Il s’est avéré qu’ils observaient un phénomène récemment découvert appelé particules cosmiques à haute énergie. Il s’agit de loin de la masse qui se déplace le plus rapidement dans l’univers connu.

Les particules exotiques proviennent de quelque part dans notre galaxie, la Voie lactée, mais peuvent voyager si près de la vitesse de la lumière que l’énergie nécessaire pour les accélérer dépasse tout ce qui est connu en astrophysique – même deux trous noirs super massifs entrant en collision ne s’en rapprocheraient ! Lorsqu'elles heurtent l'atmosphère terrestre, leur énergie se transforme en myriades de nouvelles particules (E = mc²).

Le fait est qu’à cette vitesse extrême, le temps nécessaire pour percevoir des particules à haute énergie via la vision humaine est de l’ordre des femtosecondes – littéralement des quadrillions de seconde !

Plus le flash est lumineux, moins il faut de temps pour le détecter. Dans l’espace, la pollution lumineuse est négligeable, le contraste entre la lumière et l’obscurité est donc proche de son maximum possible.

Cependant, à l’heure actuelle, on ne comprend pas les mécanismes neurobiologiques liés à la vision de particules à haute énergie. Cela implique probablement le fait que des millions de neurones différents peuvent potentiellement capter une entrée sensorielle, mais moins ils le font, moins la perception est précise. Certaines recherches montrent que nos yeux peuvent potentiellement détecter un seul photon , mais il s'agit d'un événement probabiliste.

2. De combien de « FPS » avons-nous besoin pour percevoir le mouvement fluide ?

Les « images par seconde », communément appelées « FPS », constituent la référence commune pour nos technologies visuelles telles que les écrans d'ordinateur, les téléviseurs et les appareils photo. Cela s’avère également être une mesure utile pour les humains.

La réponse à cette question a été découverte à la fin du XIXe siècle suite à l'invention du cinéma. Les premières sociétés de cinéma ont découvert que 16 FPS était le strict minimum pour inciter le cerveau à percevoir le mouvement à l'écran comme continu. Ici, nous pouvons avoir une idée de la façon dont notre cerveau colle des images séparées en mouvement à la vitesse des films (24 FPS) et des écrans d'ordinateur typiques (60 FPS).

C'est étonnamment bas, par exemple de nombreux animaux, comme les oiseaux , ont besoin d'au moins 75 FPS juste pour percevoir un mouvement. Pour eux, regarder un téléviseur équivaut à voir une séquence d’images statiques distinctes.

Cette capacité humaine représente en réalité quelque chose de profond quant au peu d’informations visuelles dont notre cerveau a besoin pour extrapoler les informations sensorielles. Voici un exemple tiré d’une étude psychophysique.

Comme vous pouvez le constater, nous pouvons construire un modèle interne de mouvement à partir d’un nombre étonnamment petit d’indices – nos centres visuels font le gros du travail à notre place !

3. Combien d’éclairs de lumière par seconde sont nécessaires pour voir la lumière comme continue.

La réponse ici s'appelle le seuil de fusion de scintillement et vient également des premiers pionniers du cinéma. Même si le mouvement pouvait être perçu à 16 FPS, le clignotement de l'écran à cette vitesse était considéré comme insupportable. Voici un exemple tiré du premier film jamais réalisé .

Pour résoudre ce problème, une nouvelle technologie d'obturation a été développée pour faire clignoter chaque image individuelle plusieurs fois de suite. La vitesse à laquelle les clignotements sont devenus confortables et relativement imperceptibles était d'environ 46 éclairs par seconde.

Par conséquent, notre capacité à percevoir consciemment les impulsions de lumière fonctionne à une vitesse environ trois fois supérieure à notre capacité de mouvement en termes de FPS. Bref, nous sommes bien plus sensibles à la luminance qu’au mouvement.

4. À quelle vitesse pouvons-nous percevoir une absence de lumière ?

En d’autres termes, à quelle vitesse pouvons-nous détecter un éclair noir dans une lumière continue ? Des recherches ont été menées auprès de personnes plus jeunes et plus âgées dans ce domaine pour étudier la dégénérescence de la vision avec le vieillissement. La détection s’est déroulée sur une échelle de temps de 18 millisecondes pour les jeunes adultes et de 22 millisecondes pour les adultes plus âgés.

Cela se traduit par entre 45 et 55 FPS, lorsqu'une image sombre devient imperceptible ou sans scintillement. La mise en garde ici est qu’il s’agit d’une moyenne, mais que les résultats individuels variaient considérablement.

Même dans un petit groupe d’étude, certains participants ont pu repérer un seul flash noir parmi 500 FPS d’éclairs lumineux (ou 2 millisecondes). Encore une fois, c'est extrêmement rapide. En comparaison, il faut entre 100 et 400 millisecondes pour cligner des yeux, ce qui est généralement exclu de l'expérience consciente.

5. Combien de temps faut-il voir une scène pour pouvoir l'identifier ?

Des recherches menées en 2014 sur la reconnaissance rapide d’images ont révélé que nous pouvons détecter des scènes spécifiques sur des échelles de temps beaucoup plus courtes qu’on ne le pensait auparavant. Dans des expériences où différentes images aléatoires (par exemple une maison, un chien, une forêt, etc.) sont projetées en succession rapide, les sujets pouvaient reconnaître ou se souvenir d'une scène spécifique en aussi peu de temps que 13 millisecondes.

Cela se traduit par l'affichage de 75 images différentes en une seule seconde et par la possibilité de dire avec une certaine fiabilité si une image spécifique était présente ou non. Vous pouvez constater par vous-même à quel point cela est remarquablement rapide.

Il est intéressant de noter que cela ne s’est pas avéré être la limite, c’était simplement le moyen le plus rapide que les chercheurs pouvaient afficher des images à l’époque.

Et bien voilà, j'espère que vous avez appris que la vision humaine est plus profonde et plus mystérieuse que vous ne le pensiez autrefois, et qu'elle est véritablement remarquable. Si vous souhaitez approfondir, cette superbe vidéo YouTube de TechLaboratories va plus en profondeur.