1- Définitions

Un contraste spatial de luminance constitue une propriété physique du stimulus visuel puisqu’il correspond à une variation de luminance entre deux surfaces contiguës. Il existe différentes formulations physiques du contraste de luminance, selon les stimulus employés (Peli, 1997). Dans le cas de stimulus apériodiques tel un point ou une barre de luminance uniforme sur un fond uniforme, le contraste, défini selon King-Smith et Kulikowski et utilisé par d’autres (Swanson, Wilson & Giese, 1984 ; Wilson, 1978) est  :

L_O étant la luminance de l’objet et L_B, la luminance du fond. L_O - L_B correspond à L qui est la quantité minimale de luminance qui rend l’objet perceptible par rapport à son fond. Cette définition correspond au contraste de Weber.

Le contraste de Michelson constitue une autre définition, notamment dans le cas des stimulus périodiques et symétriques autour de la luminance moyenne tels les réseaux ⁷ (L_max+L_min=2L_moy). Il est calculé comme suit :

Les contrastes ainsi obtenus varient donc entre 0, lorsque la luminance maximale (L_max) est égale à la luminance minimale (L_min), et 1, lorsque L_min = 0 et L_max 0.

Une troisième définition du contraste de réseaux complexes (Gabor), appelé par Peli “ contraste Nominal ” ou C_N (Peli, 1997 ; Peli, Arend, Young & Goldstein, 1993) se fonde sur le contraste de Michelson de la sinusoïde sous-jacente mais sans prendre en compte l’enveloppe gaussienne. Peli (1997) montre que le calcul du contraste Nominal donne une bonne estimation du contraste apparent perçu par des sujets dans une tâche de comparaison de contraste de deux Gabor. Cependant, la principale limitation de ce contraste Nominal est qu’il n’est pas adapté au calcul du contraste physique pour d’autres stimulus que des Gabor.

Selon Peli (1990), une façon simple de définir le contraste dans une image, de sorte que deux images différentes puissent être comparées, est de calculer le contraste en termes de racine carrée moyenne (rms) :

où L _i est la luminance moyenne d’un pixel de niveau de gris normalisé et L, la luminance moyenne de tous les pixels, n étant le nombre de pixels. Le contraste rms ne dépend pas du contenu en fréquences spatiales de l’image ou de la distribution spatiale de la luminance dans l’image.

Dans les domaines du traitement de l’image et de la perception, la question du contraste de scènes complexes à différentes fréquences spatiales a été extensivement discutée par Hess, Bradley et Piotrowski (1983). Le contraste est défini dans le domaine de Fourier comme :

où A(u,v) est l’amplitude de la transformée de Fourier de l’image, u et v sont les coordonnées fréquentielles horizontale et verticale, et DC est la luminance moyenne de la scène.

Du fait que le contraste varie à travers l’espace dans les images complexes et qu’il est lié à leur contenu en fréquences spatiales, Peli (1990) a proposé que seule une analyse des contrastes locaux est pertinente pour estimer le contraste apparent perçu par des observateurs. La définition du contraste local à bande limitée utilise une structure pyramidale de filtres passe-bande de 1 octave centrés sur différentes échelles ou fréquences et dont les pics sont distants de 1 octave. L’image est filtrée par la pyramide afin d’obtenir une série d’images filtrées en passe-bande. A chaque fréquence, la luminance moyenne locale est calculée comme étant l’aire filtrée en passe-bas, c’est-à-dire l’image, contenant toute l’énergie des bandes plus basse fréquence que celle actuelle. Chaque image filtrée en passe-bande est donc divisée point par point par la luminance moyenne locale correspondante pour obtenir une mesure locale bande-limitée du contraste à chaque fréquence.

Quelle que soit la définition du contraste considérée, la sensibilité au contraste représente la capacité du système visuel à détecter une variation de luminance pour un stimulus de taille donnée. En termes psychophysiques, elle correspond à l’inverse du contraste minimum perceptible, c’est-à-dire que plus le contraste nécessaire à la détection d’une cible est fort, moins la sensibilité du sujet est bonne. Dans la suite de notre exposé, nous emploierons indifféremment la terminologie “ contraste spatial de luminance ” ou sa forme condensée “ contraste ” qui réfèrent à la même notion.