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La résolution de tout capteur physique est limitée par des lois fondamentales, et pas seulement par la technologie. Le critère de Rayleigh fixe la résolution angulaire minimale à _min = 1,22/D : l'il humain (D 3 mm, 550 nm) a _min 2×10 rad (1 minute d'arc), ce qui coïncide remarquablement avec la séparation entre les cônes dans la fovéa la biologie a atteint la limite physique.

Le théorème de Nyquist stipule que pour échantillonner un signal de fréquence maximale f_max, au moins 2f_max échantillons par seconde sont nécessaires. L'oreille humaine détecte jusqu'à 20 kHz et la cochlée échantillonne à 40 000 points effectifs par seconde. Le dépassement de cette limite entraîne un aliasing : les hautes fréquences sont perçues comme des basses fréquences incorrectes.

La loi de Weber (/ = k_W) stipule que le seuil différentiel est proportionnel au stimulus de fond. k_W varie selon la modalité : luminosité vision (k_W 0,02), intensité auditive (k_W 0,05), poids en main (k_W 0,02), goût (k_W 0,15). Cette fraction constante implique que les capteurs biologiques sont optimaux pour les signaux qui varient sur une échelle logarithmique.

La borne de Cramér-Rao établit la limite théorique minimale de la variance de tout estimateur sans biais : Var() 1/I_F(). Le cerveau agit comme un estimateur statistique qui se rapproche de cette limite optimale dans des conditions de laboratoire. Les informations de Fisher I_F quantifient la quantité d'informations sur le stimulus contenues dans la distribution des réponses neuronales.

La résolution spatiale x = R/(2L) est essentielle en vision, radar et sonar : améliorer la résolution à distance fixe R nécessite d'augmenter l'ouverture L (yeux plus grands, antennes plus longues) ou de réduire (en utilisant des fréquences plus élevées). Les yeux composés des insectes échangent une résolution angulaire (petit L) contre un champ de vision très large une solution évolutive différente de lil de la caméra.

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