La vision de la profondeur ou communément appelée « vision 3D » permet d'interpréter les relations spatiales tridimensionnelles entre les objets de la scène visuelle et confère à l'homme une grande précision dans ses interactions avec l'environnement. La vision 3D repose sur de nombreux mécanismes d'analyse du signal visuel dont la plupart gardent tout leur pouvoir informationnel lors de la stimulation d'un seul œil (indices monoculaires) mais dont certains nécessitent la stimulation des deux yeux (indices binoculaires). Cette thèse se concentre sur les mécanismes nécessitant les deux yeux qui mettent en jeu la différence de point de vue entre les deux yeux, aussi appelée disparité rétinienne. Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent suivant deux approches majeures : une approche par la modélisation avec la simulation de l'extraction de la disparité rétinienne au niveau cortical et une approche expérimentale avec l'étude de l'influence de la disparité rétinienne sur l'attention visuelle pendant l'exploration de scènes visuelles stéréoscopiques avec enregistrements oculométriques. Le modèle proposé est construit en utilisant les données physiologiques du cortex visuel primaire V1 disponibles dans la littérature. Il effectue une estimation de la disparité rétinienne à partir des réponses modélisées des cellules simples et complexes de V1. Nous adoptons une approche bio-inspirée à deux niveaux. Le premier concerne l'architecture globale d'organisation et d'interaction des cellules corticales réalisant l'extraction d'informations à différentes fréquences spatiales, orientations et disparités, pour obtenir une estimation locale de la disparité rétinienne. Le second niveau concerne la configuration des cellules corticales implémentées comme des opérateurs de filtrage spatial. La partie expérimentale se divise elle-même en deux parties. En effet, l'utilisation de données oculométriques d'exploration de scènes 3D nécessite une étape préalable de calibration. Ainsi, nous développons une méthode de calibration 3D permettant de suivre la profondeur du regard à partir des coordonnées binoculaires enregistrées par oculométrie. Ensuite, nous analysons l'influence de la disparité rétinienne sur l'exploration visuelle de différentes catégories de scènes naturelles basées sur la présence d'indices de profondeur monoculaires et binoculaires. Nous étudions l'influence de la dominance oculaire, du biais de centralité et du biais de profondeur sur l'exploration pour chaque catégorie d'image. Un modèle de saillance 2D se montre inadapté pour prédire les zones saillantes en 3D mais également en 2D. L'information de profondeur doit être intégrée dans le calcul de la saillance grâce à la disparité rétinienne et grâce aux autres indices de profondeur pour expliquer pleinement l'exploration 2D et 3D. / Depth vision or « 3D vision » can interpret tridimensional spatial relations between objects in a visual scene and gives humans a good precision of interaction with their environment. 3D vision uses several kinds of mechanisms to analyze visual signal. Some keep their power during a monocular stimulation (monocular depth cues) but others need a binocular stimulation (binocular depth cues). This thesis focuses on the binocular mechanism which uses the difference of point of view between the two eyes (also called retinal disparity). The work presented in this thesis follows two main approaches: the modeling of the retinal disparity extraction at the cortical level, and an experiment to analyze the influence of retinal disparity on visual attention during the exploration of natural stereoscopic scenes with eye tracking recording. The proposed model is built from physiologic data of primary visual cortex V1 found in the literature. Our model makes an estimation of the retinal disparity from modeled responses of simple and complex cells of V1. We take a bio-inspired approach at two levels. The first level concerns the global architecture of the organization and the interaction of cortical cells which extract the information at different spatial frequencies, orientations and disparities. The second level concerns the configuration of cortical cells implemented like spatial filters. The experimental part is subdivided into two parts. Indeed, the use of eye-tracking data of 3D scenes exploration needs a calibration step. Hence, we developed a 3D calibration method allowing us to track the depth of the gaze from the recorded binocular coordinates. Then, we analyze the influence of retinal disparity in the visual exploration of different categories of natural scenes based on the presence of monocular and binocular depth cues. The ocular dominance, the central bias and the depth bias are also studied in this paradigm. We show that a 2D saliency model is not adapted to predict the salient zone during 3D viewing but also during 2D viewing. The depth information must be integrated in saliency computation thanks to retinal disparity and monocular depth cues to explain fully the visual exploration both in 2D and 3D.

En dissociant les images rétiniennes, une orthophorie et une hétérophorie verticales (OV et HV) correspondent respectivement à l'absence ou la présence d'une déviation de l'axe visuel verticalement, déviation annulée en vision binoculaire. Pour maintenir le corps en équilibre en position debout orthostatique, le SNC doit réaliser les transformations appropriées et coordonnées des informations visuelles, vestibulaires et somesthésiques, et générer en permanence les réponses musculaires adaptées. Des observations cliniques ont rapporté l'existence d'un lien entre phories verticales, douleurs chroniques et qualité du contrôle postural. Ce travail de thèse s'attache à tester ces observations cliniques sur la stabilité posturale orthostatique. La 1ère étude montre qu'une HV expérimentalement induite par un prisme vertical d'environ un degré, chez l'adulte jeune en bonne santé, influence la stabilité posturale, l'améliorant ou principalement la détériorant, dépendant de l'œil impliqué (i.e dominant ou non-dominant) et de la distance de fixation d'une cible. Nous suggérons que cet effet puisse être le fait de la qualité de la réponse oculomotrice. La 2e étude étudie l'effet de la dominance oculaire sur le mouvement de vergence verticale induit par ce même prisme lors de la station debout. Elle montre que les mouvements sont plus importants et excessifs par rapport à la déviation induite d'un degré lorsque le prisme est placé devant l'œil non-dominant quelle que soit la distance, et plus appropriés lorsque le prisme est placé devant l'œil dominant. Ces résultats suggèrent que les processus sensoriels, liés à la disparité induite et les réponses oculomotrices de vergence verticale, soient modulés par la dominance oculaire. La 3e étude investigue le comportement postural en termes de stabilité, toujours chez l'adulte jeune en bonne santé, selon la présence ou non d'une HV. Clairement, les sujets avec une HV sont moins stables. Une étude complémentaire montre qu'en annulant l'HV à l'aide d'un prisme approprié, la stabilité posturale est significativement améliorée. Une 4e étude traite de l'équilibre postural chez de jeunes adultes présentant des rachialgies chroniques non spécifiques associées à une HV, comparé à celui d'un groupe contrôle. Les sujets douloureux sont moins stables, et l'annulation de leurs HV par un prisme approprié renforce leur stabilité. Ainsi, l'HV, même minime, pourrait indiquer une perturbation au niveau d'informations somesthésiques impliquées dans les boucles sensorimotrices requises dans le contrôle postural via les afférences et efférences du cervelet et son rôle de calibration, les phories verticales indiqueraient alors la capacité du SNC à les intégrer de façon optimale. Il est connu que des conflits sensorimoteurs expérimentaux puissent induire des douleurs et modifier la perception sensorielle chez des sujets sains. Peut-être que des rachialgies chroniques non spécifiques résultent de tels conflits prolongés dont l'HV pourrait être un signe, ouvrant de nouvelles perspectives théoriques et cliniques.