5 réponses aux limites de vitesse de la perception visuelle humaine

La vitesse de la perception visuelle humaine est un sujet étonnamment complexe, sans réponse unique. Tout dépend du type de vitesse considéré. Nous allons ici explorer cinq facettes fascinantes de la vision et tenter de répondre aux limites de vitesse actuellement connues de ce que nous pouvons voir. Bonne lecture !

1. Quel est le laps de temps minimal nécessaire pour percevoir un éclair de lumière ?

Comme beaucoup de réponses intéressantes en science, celle-ci est apparue par hasard et s'est avérée bien au-delà de ce que quiconque aurait pu imaginer.

Plusieurs astronautes dans l'espace ont rapporté avoir observé des anomalies inexpliquées : des points lumineux extrêmement brefs et des traînées fugaces, même les yeux fermés. Ces phénomènes se produisaient toutes les quelques minutes. Il s'est avéré qu'ils observaient un phénomène récemment découvert : les particules cosmiques de haute énergie. Ce sont de loin les particules les plus rapides de l'univers connu.

Ces particules exotiques proviennent de notre galaxie, la Voie lactée, mais peuvent voyager à une vitesse si proche de celle de la lumière que l'énergie nécessaire pour les accélérer dépasse tout ce que l'astrophysique connaît – même la collision de deux trous noirs supermassifs ne suffirait pas ! Lorsqu'elles pénètrent dans l'atmosphère terrestre, leur énergie se transforme en une myriade de nouvelles particules (E = mc²).

L'idée ici est qu'à cette vitesse extrême, le temps nécessaire pour percevoir des particules d'une telle énergie par la vision humaine est de l'ordre de la femtoseconde , soit littéralement des quadrillionièmes de seconde !

Plus l'éclair est intense, 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.

Cependant, les mécanismes neurobiologiques de la perception des particules de haute énergie restent encore inconnus. Il est probable qu'ils impliquent le fait que des millions de neurones différents peuvent potentiellement capter une information sensorielle, mais que moins ils sont nombreux, moins la perception est précise. Certaines recherches montrent que nos yeux peuvent potentiellement détecter un seul photon, mais il s'agit d'un événement aléatoire.

2. Combien d'images par seconde (IPS) nous faut-il pour percevoir un mouvement fluide ?

Le nombre d'images par seconde (IPS), ou « images par seconde », est l'unité de mesure standard pour nos technologies visuelles comme les écrans d'ordinateur, les téléviseurs et les appareils photo. Il s'avère également 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 production cinématographique ont constaté que 16 images par seconde (ips) constituaient le strict minimum pour tromper le cerveau et lui faire percevoir le mouvement à l'écran comme continu. Cela nous permet de comprendre comment notre cerveau assemble des images distinctes pour créer un mouvement aux vitesses du cinéma (24 ips) et des écrans d'ordinateur classiques (60 ips).

C'est étonnamment bas ; par exemple, de nombreux animaux, comme les oiseaux, ont besoin d'au moins 75 images par seconde rien que pour percevoir le mouvement. Pour eux, regarder un téléviseur revient à voir une succession d'images fixes.

Cette capacité humaine révèle en réalité un principe fondamental : notre cerveau a besoin de très peu d’informations visuelles pour extrapoler des informations sensorielles. Voici un exemple tiré d’une étude de psychophysique.

Comme vous pouvez le constater, nous pouvons construire un modèle interne du mouvement à partir d'un nombre étonnamment faible d'indices – nos centres visuels font le gros du travail pour nous !

3. Combien d'éclairs de lumière par seconde sont nécessaires ? Considérez la lumière comme continue.

La solution, appelée seuil de fusion du scintillement, nous vient également des pionniers du cinéma. Bien que le mouvement fût perceptible à 16 images par seconde, le scintillement de l'écran à cette fréquence était jugé insupportable. Voici un exemple tiré du tout premier film réalisé.

Pour résoudre ce problème, une nouvelle technologie d'obturation a été mise au point afin de déclencher plusieurs flashs successifs sur chaque image. La fréquence à laquelle le flash devenait confortable et relativement imperceptible était d'environ 46 flashs par seconde.

Par conséquent, notre capacité à percevoir consciemment les impulsions lumineuses est environ trois fois plus rapide que notre capacité à percevoir le mouvement, en termes d'images par seconde. En bref, nous sommes beaucoup plus sensibles à la luminance qu'au mouvement.

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

Autrement dit, à quelle vitesse pouvons-nous détecter un éclair noir au milieu d'une lumière continue ? Des recherches menées auprès de personnes jeunes et âgées ont permis d'étudier la dégénérescence visuelle liée à l'âge. Le temps de détection s'est avéré être de l'ordre de 18 millisecondes chez les jeunes adultes et de 22 millisecondes chez les personnes âgées.

Cela correspond à un taux d'images par seconde (IPS) compris entre 45 et 55, lorsque la présence d'une image noire devient imperceptible, ou en l'absence de scintillement. Attention : il s'agit d'une moyenne, les résultats individuels pouvant varier considérablement.

Même au sein d'un petit groupe d'étude, certains participants ont réussi à distinguer un éclair noir parmi 500 éclairs lumineux par seconde (soit 2 millisecondes). C'est extrêmement rapide. À titre de comparaison, un clignement d'œil prend entre 100 et 400 millisecondes, une durée généralement imperceptible pour la conscience.

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

Des recherches menées en 2014 sur la reconnaissance d'images rapide ont révélé que nous pouvons détecter des scènes spécifiques en des temps beaucoup plus courts qu'on ne le pensait auparavant. Lors d'expériences où différentes images aléatoires (par exemple, une maison, un chien, une forêt, etc.) étaient présentées rapidement l'une après l'autre, les sujets pouvaient reconnaître ou se souvenir d'une scène précise en seulement 13 millisecondes.

Cela signifie que l'on peut voir 75 images différentes en une seule seconde et déterminer avec une certaine fiabilité si une image spécifique était présente ou non. Vous pouvez constater par vous-même à quel point c'est incroyablement rapide.

Il est intéressant de noter que cette limite n'a pas été établie ; il s'agissait simplement de la vitesse maximale à laquelle les chercheurs pouvaient afficher des images à l'époque.

Voilà, nous espérons que vous avez compris que la vision humaine est plus complexe et mystérieuse que vous ne le pensiez, et qu'elle est véritablement remarquable. Si vous souhaitez approfondir le sujet, cette excellente vidéo YouTube de TechLaboratories vous propose une analyse plus détaillée.