La Vision stéréoscopique

Historique : Charles Wheatstone (physicien Anglais) : 1 er à utiliser le mot Stéréoscopie et à décrire scientifiquement la perception du relief grâce à la vision binoculaire. David Brewster (physicien Ecossais) étudie et popularise le phénomène : a conçu un stéréoscope. Le stéréoscope était très en vogue de 1838 à vers les années Juste avant la fin du XIXe siècle, Javal a envisagé l’utilisation clinique des outils stéréoscopiques pour l’examen et la rééducation des strabiques.

Définition : La vision stéréoscopique se réfère strictement à la capacité dont dispose le système visuel pour percevoir le relief et la profondeur à l’aide de la vision binoculaire. Perception binoculaire de la profondeur et de la distance d'un objet résultant du chevauchement des champs de vision des deux yeux. Elle permet donc de voire le monde en trois dimensions. Dans la classification de Worth, cette vision stéréoscopique est considérée comme étant le troisième degré de la vision binoculaire.

Définition : La stéréoscopie est la forme la plus raffinée du système visuel en général et la vision binoculaire en particulier. Sa présence et sa bonne qualité signent l’existence d’une vision binoculaire normale et l’absence de strabisme. De nombreux patients n’ont pas de vision stéréoscopique, mais possèdent néanmoins un sens du relief et de la profondeur. Celui ci est basé sur des mécanismes monoculaire et il ne doit pas être dénommée « stéréoscopie ».

Facteurs monoculaire de la VS Un sujet monophtalme (borgne ou amblyope d'un oeil), comme nous l'avons déja vu, est capable d'avoir une perception de l'espace. Cette perception se fait en utilisant des facteurs dynamiques et des facteurs perceptifs. Mais aucun de ces mécanismes n’a la finesse de la VS. Facteurs dynamiques Facteurs perceptifs

Facteurs monoculaire de la VS Facteurs dynamiques Le sujet peut balayer la surface de l'objet. Pour voir net chacun des points, il va devoir mettre en jeu une accommodation dépendant de la distance du point à l’oeil. L'analyse des variations de l'accommodation lui permet une prise de conscience du relief de l'objet. (facteur musculaire) Lorsque le sujet déplace la tête, le déplacement apparent des objets, en sens inverse de la rotation de la tête, va dépendre de leur distance à l’oeil. Les plus rapprochés semblent se déplacer par rapport aux objets éloignés (phénomène de parallaxe monoculaire).

Facteurs monoculaire de la VS Facteurs perceptifs Ces facteurs font appel aux connaissances acquises par le système visuel. - L'analyse du recouvrement des objets (l'objet proche masque les objets éloignés) renseigne sur leur position relative dans l'espace. Dépassement - Les ombres portées et les ombres propres renseignent elles aussi sur la forme des objets (on les utilise pour réaliser les peintures trompe l’oeil qui donnent l'illusion du relief). Distribution de la lumière et des ombres. - L'angle apparent sous lequel on voit les objets connus permet une appréciation de leur distance. Taille apparente. - D'autres facteurs sont aussi utiles. Par exemple, dans le cas de l'observation d'un paysage, on sait que les objets éloignés sont vus dans une sorte de brume. Flou des contours.

Facteurs binoculaire de la VS Le sujet ayant une vision binoculaire va disposer, pour chaque oeil, des mêmes moyens que le monophtalme. Il va avoir à sa disposition deux nouveaux moyens d'appréciation du relief. –Facteur dynamique –Vision stéréoscopique

Facteurs binoculaire de la VS Facteur dynamique Lorsque le sujet fixe un point de l'objet, pour le voir simple et net, il met en jeu l'accommodation et la convergence nécessaire. Comme l'accommodation, la convergence nécessaire est fonction de la distance du point. Lorsque le point de fixation balaye l'objet, la variation des valeurs prises par le couple A-C va renseigner le sujet d'une façon plus précise que la seule variation de A dont dispose le monophtalme.

Facteurs binoculaire de la VS Vision stéréoscopique Les images rétiniennes droite et gauche ne sont pas rigoureusement identiques car les deux yeux sont séparés par une distance de l'ordre de 60 mm (parallaxe stéréoscopique). L'analyse de la disparité des deux images par le cortex permet une prise de conscience du relief. Cette capacité est la seule utilisée pour créer l'impression de relief lors de l'utilisation d'un stéréoscope ou d'anaglyphes et dans le cinéma en relief. Les deux yeux regardent des images planes légèrement différentes (les dissociateurs pouvant être des systèmes optiques, des filtres rouge-vert ou polarisés).

La fusion des images rétiniennes Lorsque le couple oculaire fixe un point M, l'ensemble des points ayant des images rigoureusement correspondantes sur les deux rétines est le cercle de Vieth Muller (horoptère théorique). En fait, tous les points appartenant à une zone de l'espace située de part et d'autre de ce cercle sont aussi vus simples. Cette zone de l'espace est l'horoptère expérimental pour le point de fixation choisi. Les images rétiniennes d'un point de cet horoptère expérimental n'appartenant pas au cercle de Vieth Muller sont légérement disparates mais elles appartiennent aux deux aires de Panum correspondantes. L'analyse de cette disparité permet la prise de conscience de la position de ce point par rapport au point de fixation.

Acuité stéréoscopique M: point de fixation, les images rétiniennes M' D et M' G se forment sur les fovéas correspondantes. Les images K' D et K' G du point K sont disparates car K n'appartient pas à l'horoptère théorique. J' D et J' G sont correspondantes car J appartient au cercle de Vieth Muller de M. KM est vu sous l'angle  D par l ’ oeil droit et sous l'angle  G par l ’ oeil gauche.  D et  G sont les parallaxes stéréoscopiques et h D - h G = e exprime la disparit é de K entre les deux yeux fixant M. Vision du point K en fonction de  : - si  est supérieur à  d (seuil de diplopie), le point K est vu double. Il n'appartient pas à l'horoptère expérimental. La valeur de  D varie de 6' à 40' en fonction de l'excentricit é de K par rapport M. - si  est inférieur à  S, les points K et M sont vus dans le même plan de front. Il n'y a pas perception de relief.  S est l'acuit é stéréoscopique du sujet (elle est de l'ordre de 6"). - pour  S <  <  d le sujet perçoit le relief, il peut dire s'il voit K en avant ou en arrière du plan de front de M.  S peut être considé comme le seuil de perception: - de la différence des parallaxes stéréoscopiques (vision statique du relief), - de la variation de convergence du couple oculaire lorsque le point de fixation passe de M à K car  =  -  ' (vision dynamique du relief). Expression de l'acuit é stéréoscopique D d : différence de profondeur entre M et K. d: distance du plan de fixation. Le couple oculaire fonctionne dans les conditions de Gauss: si  est égale à l'acuit é stéréoscopique  S, la distance  d min est égale la variation de profondeur minimum discernable

Conditions à la stéréoscopie: Système visuel performant avec l’absence d’amblyopie. La possibilité d’un alignement correct des directions visuelles principales sur l’objet fixé, donc la présence d’une fusion motrice sans anomalie. Une correspondance rétinienne normale établie, Une fusion sensorielle correcte.

Valeurs et tests de la vision stéréoscopique Il est possible de déterminer la plus petite unité de VS qu’un œil est capable de détecter, c’est à dire la sensibilité à la disparité du système optique binoculaire ou encore la plus petite disparité binoculaire perçue par ce système pour un patient donné. Cette valeur s’exprime généralement en secondes d’arc. Un adulte sans antécédents ophtalmologique ou orthoptique particulier doit être capable de distinguer le relief pour des valeurs de disparité binoculaire inférieures à 30’’. ( entre 5 et 15’’) La vision stéréoscopique n'apparaît pas avant l’âge de 2 mois mais présente chez tous les enfants vers l’âge de 6 ou 7 mois. Plusieurs facteurs peuvent modifier ces valeurs.

Paramètres modifiant la vision stéréoscopique La capacité de détection de la VS diminue au fur et à mesure de l’éloignement des objets. Pour des objets à plus de 600 m environ, il n’existe plus de stéréoscopie vraie. Les anomalies réfractives bilatérales mais surtout unilatérales. L’âge (meilleur chez l’enfant et l’adolescent) L’éclairement (elle s’élève avec l’éclairement) Le temps d’exposition (l’acuité croit dans le rapport de 1 à 4 entre 4 et 1000 millisecondes pour ensuite atteindre un palier).

Examen de la VS : 2 principes de test –Les premiers sont constitués de 2 photos du même objet vu sous un angle légèrement différent provoquant une disparité rétinienne. Ils sont présentés avec un système polarisant de façon à ce que chaque œil perçoive une image. –Ils reposent sur la parallaxe stéréoscopique qui peut être définie comme la différence algébrique entre l’angle sous lequel est vue par l’un des yeux l’espace séparant 2 points inégalement éloignés et l’angle sous lequel il est vu par l’autre œil. –La plus petite valeur de cette parallaxe stéréoscopique donne le chiffre maximum d’acuité stéréoscopique.

Examen de la VS : 2 principes de test –Les seconds sont bâtis sur le principe des nappes de points au hasard. Ils sont constitués de 2 stéréogrammes superposés composant des nappes de points qui paraissent disposés au hasard. En fait l’ensemble est assemblé de tel sorte que dans la structure centrale, tous les points sont décalés dans le même sens. Cette disposition provoque une disparité rétinienne et une sensation de relief lorsque le test est vu au travers d’un système polarisant.

Test de Wirt et le Titmus test Ce test sert à mesurer la vision binoculaire avec appréciation de la profondeur, ou la vision stéréoscopique. Il permet aussi de voir si les deux yeux fonctionnent bien ensemble ou si un des deux yeux supprimera l’image (à cause d’un strabisme ou d’une amblyopie). Le test consiste en l’image polarisés d’une mouche, de trois rangées d’animaux dont un animal sera perçu comme étant plus soulevé que les autres et enfin neuf tableaux comprenant chacun 4 points (dit points de Wirt) dont un des points devrait être perçu comme étant plus soulevé. Le test de la mouche permet de mesurer (à cause de sa dimension) une vision stéréoscopique ｫ grossière ｻ, c’est-à-dire, qui s’adresse à une région de la rétine très grande. Les test des points de Wirt sont plus difficiles et mesurent une vision stéréoscopique plus centrale (où l'on s’adresse à une région plus petite de la rétine). Il existe aussi au bas de la mouche des ｫ contres ｻ : le « L » nous renseigne sur la participation de la vision de l’oeil gauche, le « R » nous renseigne sur la participation de l’oeil droit.

Test de Wirt et le Titmus test Le test est effectué alors que le sujet porte les lunettes polarisées. Normalement, on devrait commencer par demander au sujet s’il voit le « L » (left) et le « R » (right) en même temps ou si l'une des deux lettres est beaucoup plus petite ou disparaît carrément. Si l’enfant ne voit par le « L », l’oeil gauche ne participe pas, il y a suppression de cet oeil. Si l’enfant ne voit pas le « R », l’oeil droit ne participe pas; il y a aussi suppression de cet oeil. A ce moment, on peut terminer le test ici et noter que la vision stéréoscopique est absente. Si, par contre, l’enfant voit les deux lettres en même temps, on peut alors mesurer le degré de vision stéréoscopique. On demande au sujet de pincer le bout des ailes de la mouche entre le pouce et l’index. Normalement, le sujet devrait percevoir le bout des ailes à environ 2-4 cm. Si l’enfant ne fait que toucher directement la page du test, il ne perçoit pas la mouche en trois dimensions de façon périphérique.

Test de Wirt et le Titmus test Pour mesurer une vision stéréoscopique plus centrale, on effectue le test des animaux et des points de Wirt. On demande alors à l’enfant de montrer quel animal dans chaque rangée semble plus soulevé et quel point parmi les groupes de quatre semble aussi plus soulevé. Le test de vision stéréoscopique est un test facile et rapide à administrer et il fournit beaucoup d’informations sur la vision binoculaire: si on doute d’une amblyopie, d’un strabisme ou d’une suppression d’un oeil, les « L » et « R » du test nous renseigneront tout de suite sur la participation possible des deux yeux. Si une lettre est trés petite ou qu’elle disparaît complétement, on n’a pas besoin d’aller plus loin dans le test: un des deux yeux ne fonctionne pas. Et à ce moment, l’enfant peut être r 馭駻� pour un problème de vision binoculaire.

TNO Constitué de 2 stéréogrammes l’un rouge et l’autre vert, une ou plusieurs structures géométriques suivant les planches apparaissant en relief avec les lunettes rouge-vert de couleur complémentaires. Il comprend 6 planches correspondant à une acuité stéréoscopique de 480 à 15’’. Avantages : il est difficile de percevoir une structure en monoculaire, donc pour les acuités stéréoscopiques moyenne il est plus fiable. De plus il mesure une AS très fine de 15’’. Incovénients : ce test duochrome rouge-vert peut être dissociant dans les phories et notamment dans les exophories-tropies.

Test de Lang Très utilisé pour l’examen des enfants, ce test se présente sous forme de carte postale dont la fabrication s’appuie sur le principe des points aléatoires. La séparation étant obtenue par des microlentilles cylindriques situées sur la face avant du test. Chaque œil voit sa propre image sans qu’il soit besoin d’utiliser des lunettes polarisées. Cette carte comporte 3 dessins correspondants à une AS de 1200, 600, et 550’’. Elle est présentée à l’enfant à 40 cm et tenue immobile parallèle au plan frontal. L’enfant doit dire ce qu’il voit, ou s’il est trop jeune, le toucher du doigt.

Test de Lang Avantages : –c’est un test facile à utiliser, ne nécessitant pas le port de lunettes. –Les enfants répondent bien à partir de 3 ans. –Pour estimer qu’il existe une vision binoculaire normale, il faut que l’enfant nomme les dessins (en microtropie il peut les percevoir mais ne peut pas reconnaître la structure). Inconvénients : –devant la nappe de points certains enfants ont des difficultés à comprendre et à répondre.

Autres tests : Le test des deux crayons de Lang ou test de coïncidence : –il ne mesure pas une AS mais permet de vérifier la perception du relief. –En binoculaire le sujet doit le faire coïncider facilement,alors qu’il le place à coté en monoculaire ou en cas de strabisme. Les tests employés dans les synoptophores ou haploscopes : –basés sur la disparité rétinienne dus à la différence de taille des contours de l’objet. Ils sont moins précis, mais des tests sur le principe des points au hasard sont également fait pour les synoptophores.

Autres tests Les appareils à tige de type Coloyanni ou Howard-Dolman ou le Tiefentrainer qui s’utilisent de 3 à 5 mètres. Le principe consiste, avec des variantes, à aligner des tiges mobiles à une tige fixe. On mesure la distance entre les tiges mobiles et le repère. (peu utilisé)

Le phénomène de Pulfrich

Conclusion On se rend facilement compte de l’importance de la vision spatiale si l’on regarde avec un seul œil. Dans ce cas verser de l’eau dans un verre cause des difficultés réelles, sauf si on se sert des moyens auxiliaires. Le faible écartement des yeux ne permet une vision spatiale que pour notre environnement proche à moins que l’on essaie d’agrandir cette base de manière artificielle comme pour les jumelles ou les télescopes d’artillerie.

Conclusion L’homme dispose de 2 yeux qui permettent de percevoir son environnement de 2 points de vue légèrement différents. La fusion mentale de ces 2 vues permet d’engendre une image spatiale de notre environnement, un processus purement psychologique. Aptitude typique d’un chasseur, d’un carnivore. Par contre, les yeux d’herbivores sont déplacés latéralement pour un champ de vision plus étendu (détection de prédateurs). Mais pas de perception de profondeur.