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Les buts des recherches présentées dans cette thèse étaient d’évaluer le rôle de la stéréoscopie dans la reconnaissance de forme, dans la perception du relief et dans la constance de forme. La première étude a examiné le rôle de la stéréoscopie dans la perception des formes visuelles en utilisant une tâche de reconnaissance de formes. Les stimuli pouvaient être présentés en 2D, avec disparité normale (3D) ou avec disparité inversée. La performance de reconnaissance était meilleure avec les modes de présentation 2D et 3D qu’avec la 3D inversée. Cela indique que la stéréoscopie contribue à la reconnaissance de forme. La deuxième étude s’est intéressée à la contribution conjointe de l’ombrage et de la stéréoscopie dans la perception du relief des formes. Les stimuli étaient des images d’une forme 3D convexe synthétique présentée sous un point de vue menant à une ambigüité quant à sa convexité. L’illumination pouvait provenir du haut ou du bas et de la gauche ou de la droite, et les stimuli étaient présentés dichoptiquement avec soit de la disparité binoculaire normale, de la disparité inversée ou sans disparité entre les vues. Les participants ont répondu que les formes étaient convexes plus souvent lorsque la lumière provenait du haut que du bas, plus souvent avec la disparité normale qu’en 2D, et plus souvent avec absence de disparité qu’avec disparité inversée. Les effets de direction d’illumination et du mode de présentation étaient additifs, c’est-à-dire qu’ils n’interagissaient pas. Cela indique que l’ombrage et la stéréoscopie contribuent indépendamment à la perception du relief des formes. La troisième étude a évalué la contribution de la stéréoscopie à la constance de forme, et son interaction avec l’expertise perceptuelle. Elle a utilisé trois tâches de discrimination séquentielle de trombones tordus ayant subi des rotations en profondeur. Les stimuli pouvaient être présentés sans stéréoscopie, avec stéréoscopie normale ou avec stéréoscopie inversée. Dans la première moitié de l’Exp. 1, dans laquelle les variations du mode de présentation étaient intra-sujets, les performances étaient meilleures en 3D qu’en 2D et qu’en 3D inversée. Ces effets ont été renversés dans la seconde moitié de l’expérience, et les coûts de rotation sont devenus plus faibles pour la 2D et la 3D inversée que pour la 3D. Dans les Exps. 2 (variations intra-sujets du mode de présentation, avec un changement de stimuli au milieu de l’expérience) et 3 (variations inter-sujets du mode de présentation), les effets de rotation étaient en tout temps plus faibles avec stéréoscopie qu’avec stéréoscopie inversée et qu’en 2D, et plus faibles avec stéréoscopie inversée que sans stéréoscopie. Ces résultats indiquent que la stéréoscopie contribue à la constance de forme. Toutefois, cela demande qu’elle soit valide avec un niveau minimal de consistance, sinon elle devient stratégiquement ignorée. En bref, les trois études présentées dans cette thèse ont permis de montrer que la stéréoscopie contribue à la reconnaissance de forme, à la perception du relief et à la constance de forme. De plus, l’ombrage et la stéréoscopie sont intégrés linéairement., The goals of the researches presented in this thesis were to evaluate the role of stereopsis in shape recognition, in relief perception, and in shape constancy. The first study examined the role of stereopsis in visual shape perception using a recognition task. The stimuli were presented with null binocular disparity (i.e. 2D), normal binocular disparity (3D) or reversed disparity. Recognition performance was better with 2D and 3D displays than with reversed 3D. This indicates that stereopsis contributes to shape recognition. The second study examined the joint contribution of shading and stereopsis to the relief perception of shape. The stimuli were the images of a synthetic convex 3D shape seen from viewpoints leading to ambiguity as to its convexity. Illumination either came from above, or below and from the right or the left, and stimuli were presented dichoptically with either normal binocular disparity, reversed disparity, or no disparity between the views presented at each eye. Participants responded “convex” more often when the lighting came from above than from below. Also, participants responded that the shape was convex more often with normal than with zero disparity, and more often with 2D than with reversed stereopsis. The effects of lighting direction and display mode were additive; i.e. they did not interact. This indicates that shading and stereopsis contribute independently to shape perception. The third study assessed the contribution of stereopsis to shape constancy and how it interacts with perceptual expertise using three sequential matching tasks with bent paperclips rotated in depth. Stimuli were presented without stereopsis, or with normal or reversed stereopsis. In the first half of Exp. 1, where display mode variations were within-subject, the performances were better with stereoscopic displays than with 2D or reversed stereoscopic presentations. In the second half of the experiment, the rotation costs became weaker for the 2D and reversed 3D display modes than for the 3D one. In Exps. 2 (display mode within-subject, with stimuli switched halfway into the experiment) and 3, (display mode between-subjects) the rotation effect was consistently weaker with normal stereo than with either 2D or reversed stereoscopic displays. These experiments also demonstrate an advantage of reversed stereo over 2D presentations. This indicates that stereo may contribute to shape constancy. This, however, requires stereoscopic information to be valid with a minimal degree of consistency. Otherwise, stereo may become strategically ignored. In a nutshell, the three studies presented in this thesis showed that stereo contributes to shape recognition, relief perception and shape constancy. Furthermore stereopsis and shading are integrated independently.

La stéréopsie est souvent présente, bien qu’altérée, chez les sujets microstrabiques. Cependant, leur seuil de stéréopsie serait différent selon que le test utilisé contient (stéréopsie locale) ou non (stéréopsie globale) des contours définis. Peu d’études ont évalué empiriquement la différence de performance selon le type de tests utilisé. Le premier article est une étude rétrospective de 26 enfants microstrabiques. La majorité des enfants (73 %) possédaient un seuil de stéréopsie locale normal ou légèrement inférieur à la normale. Une absence de stéréopsie locale a été observée chez les 7 autres enfants (27 %). Aucune stéréopsie globale n’était mesurable chez 25 des 26 enfants étudiés. La stéréopsie locale est donc présente chez les enfants microstrabiques, mais ceux-ci montrent généralement une absence de stéréoperception globale. La seconde étude avait pour objectif d'étudier le rôle du scotome de suppression dans la perception stéréoscopique de sujets microstrabiques. Trois tâches psychophysiques de stéréopsie locale et globale ont été effectuées chez 9 enfants microstrabiques et 9 enfants contrôles appariés, en utilisant deux grandeurs de cible (4° et 12°). Aucune amélioration des performances n’a été notée chez les sujets microstrabiques pour la tâche de stéréopsie locale, mais les seuils de stéréopsie globale étaient inférieurs avec la cible de 12°. La zone de suppression semble jouer un rôle dans le déficit de stéréopsie globale des sujets microstrabiques. Le scotome de suppression pourrait être partiellement responsable du déficit stéréoscopique puisque même avec l’augmentation de la taille angulaire des stimuli stéréoscopiques, la stéréoperception des microstrabiques demeurent inférieure à celle des sujets normaux., Stereopsis is often present, although decreased, in subjects with microstrabismus. However, their threshold would differ depending on whether the test contains (local stereopsis) or not (global stereopsis) defined contours. Few studies have evaluated empirically the performance difference depending on the type of tests used. The first article is a retrospective study of 26 microstrabismic children. Majority of the children (73 %) had a normal local stereopsis threshold or slightly lower than normal. An absence of local stereopsis was observed in the 7 other children (27 %). No global stereopsis was measured on 25 of the 26 children. Local stereopsis is present, although reduced, among microstrabismic children, but they generally show a lack of global stereoperception. The objective of the second study was to examine the potential role of the suppression in the stereoscopic perception. Three psychophysical tasks of local and global stereopsis were performed on 9 microstrabismic children and 9 matched controls children using two size of stimulus (4° and 12°). No performance improvement has been noted in microstrabismic subjects for the local stereopsis task, but their global stereopsis thresholds were lower with the target of 12°. The suppression scotoma seems to play a role in global stereopsis deficits noted in subjects with microstrabismus. The area of suppression might be partly responsible for the stereoscopic deficits present in microstrabismic subjects since even with the increase of the angular size of the stereoscopic stimuli, the stereoperception of microstrabimic subjects remain lower than in normal subjects.

Bistability is a surprising alternation of the appearance of a stimulus between two interpretations of that stimulus. It occurs when a physical stimulation is ambiguous, e.g. when very different images are displayed to each eye. Bistability involves (1) a decision that the stimulus has to be bistable; (2) a selection of the first percept; (3) a suppression of the other percept; (4) a decision of when reversing the percepts. While the two first steps have been widely studied, a lot remain to be discovered on the two last steps. Here, we focus on the mechanisms that decide for rivalry rather than fusion (study 4), that choose the first percept (studies 1 to 5) and on bistable dynamics (studies 1 and 3). Moreover, the literature tends to support a low-level explanation of binocular rivalry, i.e. occurring as soon as the first steps of cognitive computation, before any complex calculation. One of the main goals of this work is to clarify the potential influence of probabilistic processes that may be more complex.I studied (1) the influence of one interpretation’s usefulness on bistability; (2) the way of changing bistable preferences; (3) the specificity of the first percepts; (4) the influence of orientation illusion on stereo-fusion and rivalry; (5) the influence of past stimuli on the bistable percept through predictions.I found that:(1) One useful interpretation is perceived more often on the first percept of a bistable episode of binocular rivalry. This influence is implicit, not attentional and implies probabilistic computations about percept usefulness.(2) Usefulness can change preferences for motion transparency depth rivalry: those preferences are therefore aimed at increasing the observer’s success to a task.(3) The first percept of binocular rivalry is not the only one to be different from the others and that voluntary control is more effective at the beginning of a bistable episode for the not preferred percept.(4) The step of illusory contrast between orientations occurs lower in the hierarchy relative to stereopsis and binocular rivalry.(5) A strong positive correlation between the remote visual past and the current perceived orientation in binocular rivalry. We explained this finding with a model of predictive adaptation according to which the visual system predicts the next percept following the following rule: the recent distribution of orientations has to match the remote past distribution. Here again, probabilistic computations are involved.To summarize, this work mainly uncovers the existence of probabilistic computations in ambiguous perception through usefulness computation and predictions in adaptation., La bistabilité est une surprenante alternance de l’apparence d’un stimulus entre deux interprétations de ce stimulus. Elle a lieu lorsqu’une stimulation physique est très ambigüe, comme lorsque l’on présente une image dans un oeil très différente de l’image de l’autre oeil (rivalité binoculaire). La bistabilité implique de (1) décider que le stimulus est bistable ; (2) sélectionner le premier percept ; (3) supprimer l’autre percept ; (4) décider quand alterner. Tandis que les deux dernières étapes sont très étudiées, les deux premières étapes restent encore mal connues. Ici, nous approfondissons les connaissances sur les mécanismes qui décident la rivalité plutôt que la fusion (étude 4), sur le choix du premier percept (études 1 à 5) et sur la dynamique bistable (étude 1 et 3). Notamment, la littérature actuelle favorise une explication bas-niveau de la rivalité binoculaire, c’est-à-dire ayant lieu dès les premières étapes de traitement cognitif, avant tout traitement complexe. Le but principal de cette thèse est de clarifier l’influence potentielle sur la rivalité de traitements probabilistes et donc plus complexes.J’ai étudié (1) l’influence de l’utilité d’une interprétation sur la bistabilité ; (2) la manière de changer les préférences bistables ; (3) la spécificité du ou des premiers percepts ; (4) l’influence d’illusions d’orientations sur la stéréo-fusion et la rivalité ; (5) l’influence du passé sur le percept bistable, sous la forme de prédictions du système.J’ai trouvé :(1) qu’une interprétation utile est perçue plus souvent sur le premier percept d’un épisode de rivalité binoculaire. Cette influence est implicite, non-attentionnelle et implique des calculs probabilistes sur l’utilité d’un percept.(2) que l’utilité peut modifier les préférences en rivalité de transparence de mouvement et que ces préférences ont donc pour rôle de favoriser la réussite à une tâche.(3) que le premier percept de la rivalité binoculaire n’est pas le seul à être différent des autres et que le contrôle volontaire est plus fort au début d’un épisode bistable pour le percept non-favorisé.(4) que l’étape de contraste illusoire entre orientations occupe une position hiérarchique plus basse que les étapes de vision stéréoscopique et de rivalité.(5) une forte corrélation positive entre le passé visuel ancien et l’orientation perçue en rivalité binoculaire. Nous expliquons ce résultat par un modèle d’adaptation prédictive selon lequel le système visuel prédit le prochain percept tel que la distribution récente des orientations corresponde à une distribution plus ancienne. Ici encore, des calculs probabilistes sont impliqués.En résumé, ce travail démontre principalement l’existence de traitements probabilistes en perception ambigüe, par l’intermédiaire d’un calcul d’utilité et de prédictions dans l’adaptation.

The wearing of ophthalmic lenses creates a change of the binocular disparity pattern naturally present in the visual scene. These changes can modify depth perception, especially in peripheral vision. The identification of continuous variations of horizontal disparities induced by ophthalmic lenses led to study continuous patterns of horizontal disparity. This study showed that detection of depth deformation depended on horizontal disparity gradient and on the eccentricity at the beginning of disparity variation. Moreover, the visual system seems to be more sensitive to uncrossed disparity than crossed disparity. Horizontal disparities were then combined with vertical disparities, computed from 3D shapes from horizontal disparities, so as to be congruent or in conflict, or in differente depth planes. Vertical disparity can modify the sensitivity to horizontal disparity gradient, depending on the depth signs of horizontal and vertical disparities relative to the fixation plane. The horizontal and vertical disparities would have a specific role in depth perception all over the visual field: horizontal disparity, locally processed, gives the 3D shape; vertical disparity, globally processed, estimates the absolute distance relative to the fixation plane., L'apposition de verres ophtalmiques devant les yeux engendre une modification de la distribution des disparités binoculaires existant naturellement dans les scènes visuelles, ces modifications peuvent avoir des répercussions sur la perception du relief et de la profondeur, notamment en vision périphérique. La mise en évidence de variations continues des disparités horizontales introduites par les verres ophtalmiques a conduit à étudier des patterns de disparités horizontales continues. Cette étude a montré l'importance du gradient de disparité horizontale et de son excentricité d'origine, dans la détection de déformation en profondeur. De plus, la sensibilité pour les disparités homonymes semble plus fine que pour les disparités croisées. Les disparités horizontales sont ensuite combinées avec des disparités verticales, calculées à partir des formes tridimensionnelles des disparités horizontales, de façon congruentes ou en conflit, ou dans des plans de profondeur différente. Les disparités verticales peuvent modifier la sensibilité aux gradients de disparité horizontale, selon les signes des disparités horizontales et verticales par rapport au plan de fixation. Les disparités horizontales et verticales ont donc chacune un rôle dans la perception de la profondeur sur l'ensemble du champ visuel : les disparités horizontales, traitées localement, définissent la forme tridimensionnelle ; les disparités verticales, traitées globalement, indiquent au système visuel la distance en profondeur par rapport au plan de fixation.

Not available, En étroite collaboration avec un autre doctorant Didier Gemmerle, notre travail de thèse traite de la reconstruction et de la modélisation d'objets à partir d'images de stéréovision trinoculaire. Les données de notre étude sont constituées d'une série d'images stéréoscopiques trinoculaires à niveaux de gris pris par les caméras du robot, la stratégie de ce dernier étant d'effectuer une révolution complète autour de chaque objet à modéliser. À partir de chacun de ces triplets, notre but est d'extraire un ensemble de primitives de modélisation, facettes et segments, puis de fusionner ces ensembles pour obtenir automatiquement le modèle 3D de l'objet. Notre système de modélisation se découpe en trois parties distinctes: le bas niveau, dont le rôle est d'extraire les primitives d'un triplet d'images. Ces primitives constituent la vue 3D. Le moyen niveau, effectuant l'appariement des primitives entre deux vues 3D consécutives. Le haut niveau, fusionnant les informations fournies par les bas et moyen niveaux et reconstruisant le modèle de l'objet. Ce manuscrit décrit la partie bas niveau de notre système. Les moyens et hauts niveaux sont décrits dans la thèse de D. Gemmerle intitulée: contributions à la modélisation d'objets polyédriques 3D: construction du modèle à partir de groupements perceptuels

Not available, En étroite collaboration avec un autre doctorant Alain Filbois, notre travail de thèse traite de la reconstruction et de la modélisation d'objets à partir d'images de stéréovision trinoculaire. Les données de notre étude sont constituées d'une série d'images stéréoscopiques trinoculaires à niveaux de gris pris par les cameras du robot, la stratégie de ce dernier étant d'effectuer une révolution complète autour de chaque objet à modéliser. À partir de chacun de ces triplets, notre but est d'extraire un ensemble de primitives de modélisation, facettes et segments, puis de fusionner ces ensembles pour obtenir automatiquement le modèle 3D de l'objet. Notre système de modélisation se découpe en trois parties distinctes: le bas niveau, dont le rôle est d'extraire les primitives d'un triplet d'images. Ces primitives constituent la vue 3D. Le moyen niveau, effectuant l'appariement des primitives entre deux vues 3D consécutives. Le haut niveau, fusionnant les informations fournies par les bas et moyen niveaux et reconstruisant le modèle de l'objet. Ce manuscrit décrit les parties moyen et haut niveaux de notre système. Le bas niveau est décrit dans la thèse de A. Filbois intitulée: Contributions à la modélisation d'objets polyédriques 3D: extraction des primitives 3D, facettes et segments

Not available, Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le cadre de la vision artificielle et l'objectif recherche est de développer un processus de reconstruction stéréoscopique des facettes 3D des scènes observées. Le principe fondamental que nous avons suivi pour réaliser la construction de facettes 3D a été d'éviter dans la mesure du possible, tout calcul direct sur les segments 3D. Nous avons alors proposé un protocole d'utilisation de l'information région et l'information contour pour construire des indices 2D: facettes 2D par l'intermédiaire desquels nous inférons l'existence d'un plan 3D. Utilisant ensuite des techniques de géométrie projective, nous vérifions en 2D la validité de l'hypothèse de planarité relative à chacun de ces indices. La recherche des paramètres de chacune des facettes 3D de la scène utilise alors toute l'information acquise en 2D concernant les propriétés 3D à vérifier par ces facettes à construire. Cette reconstruction permet ainsi de maintenir la propriété de planarité ou encore de coplanarité entre facettes améliorant la localisation 3D de ces primitives