Rudiments de colorimétrie/Étude de l’œil et du mécanisme de vision des couleurs
L’œil modifier
L’œil est l'organe de la vision. On peut le comparer, dans son fonctionnement, à une caméra numérique ou autre appareil de prise de vue. Il comporte une partie optique permettant de former une image nette sur un capteur : la rétine. La rétine est formée d’environ cent vingt millions de bâtonnets permettant la vision nocturne et d’environ 5 millions de cônes permettant la vision diurne et responsables de la vison des couleurs. On a pu dénombrer trois types de cônes sensibles à des plages différentes du spectre visible alors qu’il n'existe qu'un type de bâtonnets. Ceci explique pourquoi la perception des couleurs devient impossible lorsque l'éclairement est trop faible.
- Un premier type de cône dit ß (pour blue) ou S (pour short) est sensible aux courtes longueurs d'onde et donc plutôt au bleu. Sa sensibilité est représenté par la courbe bleue.
- Un deuxième type de cône dit γ (pour green) ou M (pour medium) est sensible aux longueurs d'onde moyenne, c'est-à-dire au vert. Sa sensibilité est représenté par la courbe verte.
- Un troisième type de cône dit ρ (pour red) ou L (pour long) est sensible aux grandes longueurs d'onde et ainsi plutôt au rouge. Sa sensibilité est représenté par la courbe rouge.
Ces trois types de cônes, lorsqu’ils sont soumis à une lumière ayant une longueur d’onde correspondant à leur plage de sensibilité, produisent un influx nerveux qui va se propager le long du nerf optique jusqu'au cerveau ; celui-ci traduira alors l’influx nerveux par une sensation appelée couleur qui dépendra de la façon dont chaque type de cône aura été excité et donc qui dépendra des longueurs d’onde présente dans la lumière perçue.
Le type ß étant seul excité, la sensation de couleur produite par le cerveau sera appelée bleu.
Le type γ étant seul excité, la sensation de couleur produite par le cerveau sera appelé vert.
Le type ρ étant seul excité, la sensation de couleur produite par le cerveau sera appelé rouge.
Les trois couleurs précédemment définies correspondant à un seul type de cône excité à la fois seront dites par conséquent couleur primaire.
Les types ß et γ étant excités simultanément, la sensation de couleur produite par le cerveau sera appelée cyan.
Les types ß et ρ étant excités simultanément, la sensation de couleur produite par le cerveau sera appelé magenta (également nommé pourpre).
Les types γ et ρ étant excités simultanément, la sensation de couleur produite par le cerveau sera appelé jaune.
Les types ß, γ et ρ étant excités simultanément, la sensation de couleur produite par le cerveau sera appelé blanc.
Si aucun des types n’est excité, la sensation de couleur produite par le cerveau sera appelé noir.
La couleur produite par deux types de cônes excités simultanément sera dite complémentaire de la couleur produite par le troisième type non excité.
Des nuances différentes sont perçues selon l’intensité de l’excitation de chaque cône. Pour cette raison, le cerveau est capable de percevoir un grand nombre de nuances colorées.
Nous devons bien comprendre que les couleurs n’ont pas une existence réelle dans notre environnement, mais ne sont que la traduction d’information nerveuse par notre cerveau. Ce qui explique toute la difficulté de la colorimétrie car les sensations visuelles diffèrent d’un individu à l’autre.
Certaines personnes ne possèdent que deux types de cônes et ont, par conséquent, un système, de vision des couleurs, simplifié. Ce phénomène, appelé daltonisme, concerne 8 % des hommes et 0,5 % des femmes. Ces personnes dites dichromates peuvent ne pas faire la différence entre deux couleurs différenciées par les trichromates.
Dans d'autres cas, beaucoup plus rares, on observe l'absence de deux types de cônes (monochromates) voire de la totalité des cônes (achromates).
Lois de Grassmann modifier
Selon l’intensité relative de l’excitation des différents types de cônes, la sensation de couleur produite par le cerveau comporte un grand nombre de nuances (jaune canarie, mauve, rose, bleu-vert, etc.). On a remarqué que des lumières de spectres très différents pouvaient produire une même sensation de couleur. Ces lumières sont dites homochromes et les excitations produites sur les cônes sont dites équivalentes.
La colorimétrie visuelle repose sur les hypothèses suivantes, dites souvent « principes colorimétriques», ou encore lois de Grassmann. On peut admettre que l’expérience les vérifie en première approximation, et sauf cas exceptionnels:
- Deux excitations équivalentes à une troisième sont équivalentes entre elles.
- Quand plusieurs excitations agissent simultanément sur l’œil, on ne change pas la sensation perçue si l’on remplace l’une quelconque d’entre elles par une autre équivalente.
- Par suite, si des excitations E1 et E2 sont respectivement équivalentes à E1’ et E2’, la somme E1 + E2 est équivalente à E1’ + E2’. En particulier, si E et E’sont équivalentes, nE et nE’ (n quelconque) le sont aussi.
Par exemple, une même sensation de couleur jaune peut être produite, soit par une lumière monochromatique de longueur d’onde voisine de 580 nm, soit par une lumière blanche privée au moins partiellement de ses composantes spectrales bleues, soit même par un mélange de lumières rouges et vertes, dans lequel le jaune monochromatique fait totalement défaut.
