Les humains peuvent percevoir l’épaisseur en fonction des caractéristiques de l’image

L’équipe de recherche dirigée par Masakazu Ohara, étudiant diplômé du Département d’informatique et d’ingénierie de l’Université de technologie de Toyohashi (étudiant dans le programme de doctorat Leading Program); Professeur agrégé Kowa Koida de l’Institut de recherche interdisciplinaire inspiré de l’électronique; et le professeur agrégé Juno Kim de l’Université de New South Wales (Australie) a découvert que lorsque les gens jugent l’épaisseur d’un objet, les objets aux propriétés optiques transparentes semblables au verre sont perçus comme plus plats qu’ils ne le sont réellement.

On savait auparavant que les objets faits de matériaux métalliques ou brillants sont perçus comme étant plus épais que ce qu’ils sont, mais maintenant la recherche actuelle a identifié que les propriétés transparentes ont étonnamment l’effet inverse.

Le résultat de l’analyse des signaux d’image qui contribuent aux jugements d’épaisseur a indiqué que les humains peuvent percevoir l’épaisseur en fonction des caractéristiques de l’image sous la forme de variations régionales du contraste de luminance local.

Avec ce modèle de calcul, les types d’images dans lesquelles la forme des objets 3D peut être mal interprétée par les humains peuvent désormais être prédits, ce qui peut être utile pour les applications quotidiennes, telles que les appareils d’aide à la marche chez les personnes malvoyantes ou la conduite autonome. .

La texture de la surface d’un objet est également extrêmement importante pour le développement de produit car elle fait appel aux sens humains (par exemple, la vision et aussi le toucher).

On peut déduire beaucoup de l’apparence d’une texture. Par exemple, la conscience que le sol est glissant est liée à la brillance et à la perception de la composition matérielle d’une surface, mais si cette estimation perceptuelle est erronée, un accident peut survenir lors de la marche ou de la conduite.

De plus, lorsque la brillance ou la transparence de surface est mal interprétée, les bosses sur le sol peuvent également être mal interprétées.

Les humains identifient la texture et les propriétés optiques d’une surface d’un simple coup d’œil, même si le traitement neuronal requis serait complexe. Par conséquent, comprendre le mécanisme par lequel les yeux et le cerveau fournissent notre expérience de la texture continue de susciter un intérêt significatif.

Lorsque le cerveau humain observe un objet, il tente de traiter et de comprendre l’éclairage qui frappe l’objet, la forme 3D de l’objet et les propriétés optiques de la surface. Certes, les images sont créées en combinant physiquement et précisément ces trois éléments.

Cependant, il reste un problème fondamentalement difficile d’étudier comment ces trois éléments sont traités par le système visuel. Il y a eu de nombreux rapports où les perceptions ne sont pas nécessairement correctes. Par exemple, si une surface est brillante et comparée à une surface mate sans brillance, il a été rapporté que les bosses sur l’objet devraient apparaître exagérées (Mooney & Anderson, 2014; Published in Current Biology).

Le brillant est un phénomène optique lié à la réflexion de la lumière sur la surface d’un objet. Cependant, la propriété de réfraction transparente est également un phénomène optique des objets. Indépendamment de la question de savoir si la transparence est une propriété fondamentale, des recherches doivent encore être effectuées sur les propriétés transparentes et la perception des objets 3D.

Par conséquent, ce groupe de recherche a comparé les propriétés transparentes aux surfaces mates et brillantes conventionnelles pour comprendre comment différents matériaux affectent la perception de la forme 3D.

Les participants à l’expérience ont vu des objets sphériques générés par ordinateur affichés sur un écran d’ordinateur et on leur a demandé d’estimer l’épaisseur le long de la direction de la profondeur. De nombreux objets d’épaisseurs et de matériaux de surface différents ont été préparés pour comparaison.

En conséquence, les objets construits avec un matériau transparent étaient perçus comme plus plats que les objets de forme identique mais avec un calme matériel différent. Cet effet s’est produit de manière cohérente même lorsque: i) la forme de l’objet avait des bosses, ii) l’environnement d’éclairage virtuel a été modifié, iii) la taille de l’objet a été modifiée, iv) l’objet a été déplacé à gauche et à droite, et v) le l’objet a été observé avec un seul œil.

Les résultats mentionnés ci-dessus indiquent que les propriétés transparentes affectent la perception humaine de la forme de l’objet 3D de différentes manières pour la réflexion diffuse et spéculaire.

Le groupe de recherche a également analysé les images pour déterminer quel type d’indices dans l’image de l’objet a contribué à la perception de l’épaisseur. Le facteur qui a abouti aux estimations les plus précises de la perception de l’épaisseur était la quantité de variation régionale du contraste local dans l’image.

Le contraste local est le contraste de la racine quadratique moyenne (RMS) des pixels dans une petite région de l’image, et ce calcul est similaire à celui effectué par les neurones trouvés dans la zone visuelle précoce de la rétine et du cerveau. La variation régionale est calculée comme la variation de la somme des valeurs de contraste RMS ci-dessus sur un large champ de vision.

L’équipe de recherche a découvert que les propriétés des matériaux transparents peuvent entraîner une sous-estimation de la forme 3D d’un objet. Cependant, on ne sait pas si ces interprétations erronées sont une simple erreur ou un effet indirect d’un mécanisme distinct. La cause des mauvaises interprétations devra être étudiée en détail dans des recherches ultérieures.

En outre, le modèle de calcul pour prédire la perception de l’épaisseur n’est pas seulement utile pour comprendre les mécanismes neuronaux du système visuel humain, mais il est également lié à des prédictions de conditions dans lesquelles les humains pourraient mal interpréter la forme ou la texture des objets.

Des erreurs dans l’interprétation de la planéité d’une surface ou si les surfaces sont gelées peuvent entraîner des accidents lors de la marche ou de la conduite d’une voiture.

Dans les situations où la brillance, la transparence ou les bosses d’un objet 3D peuvent être mal interprétées, on peut s’attendre à ce que le modèle de calcul puisse être utilisé dans des dispositifs d’aide à la mobilité lors de la marche, tels que des lunettes intelligentes ou des fonctions de conduite semi-autonomes pour avertir les conducteurs avant un accident.