perception des couleurs

Dans ce chapitre nous traiterons des perception des couleurs, un élément de base pour comprendre la vision chez l'être humain.

Différentes théories ont été décrites et diverses explications ont été proposées sur la façon dont nous utilisons la perception des couleurs dans le système visuel et, bien que nous ayons appris beaucoup de choses, il en reste encore beaucoup à déchiffrer.

Ici, nous verrons les mécanismes perceptifs de la couleur et nous parlerons des aspects psychophysiques de la vision des couleurs, un sujet qui n'est généralement pas trop abordé dans les traités sur la perception visuelle.

Qu'est-ce que la perception des couleurs

La couleur est un élément fondamental de la vie, en plus d'embellir et d'avoir une fonction esthétique, elle joue une fonction de signalisation importante. La couleur facilite l'organisation perceptive, en particulier la capacité à différencier les objets dans l'environnement.

Les objets sont vus avec une certaine couleur en fonction de la façon dont la lumière qui tombe sur eux est réfléchie, étant donné que la lumière elle-même est composée de différentes longueurs d'onde qui correspondent à des couleurs spécifiques. Sur la base de ce double concept, la couleur que nous voyons correspondant à un objet est sa réflectance, c'est-à-dire ce que nous pourrions décrire dans un graphique où le pourcentage de lumière réfléchie est représenté en fonction de la longueur d'onde. Si la longueur d'onde réfléchie occupe une position dans le spectre proche de 400 nm, nous voyons cet objet en bleu, mais si la lumière réfléchie est d'environ 700 nm, nous le voyons en rouge.

Les chercheurs en couleurs considèrent le rouge, le jaune, le vert et le bleu comme les couleurs de base puisqu'ils nous permettent de décrire le reste de toutes les couleurs que nous sommes capables de percevoir.

Théorie trichromatique de la perception des couleurs

Cette théorie a été proposée au XNUMXème siècle par Young et Helmholz à la suite de leurs recherches psychophysiques basées sur la "correspondance des couleurs" en combinant des lumières avec des longueurs d'onde spécifiques.

L'une des principales conclusions auxquelles ils sont parvenus est que trois longueurs d'onde étaient nécessaires pour former les différentes couleurs du spectre. Cela les a amenés à penser qu'au niveau rétinien, il devrait y avoir des récepteurs spécifiques pour chacune de ces trois longueurs d'onde, c'est-à-dire trois types de photorécepteurs avec des sensibilités spectrales différentes.

La lumière qui atteint le rétine il stimule tous les récepteurs mais selon sa longueur d'onde, il déterminerait une plus grande réponse dans le type de récepteurs sensibles à cette longueur d'onde.

comment nous voyons les couleurs

Il a fallu trente ans aux physiologistes pour trouver l'origine de cette sensibilité spectrale différente dans les photorécepteurs. Cela est dû à la présence d'un pigment différent dans les cônes, trois types de pigments qui répondent spécifiquement aux longueurs d'onde courtes (419 nm), moyennes (531) et longues (558 nm), correspondant aux couleurs bleu, vert et rouge, respectivement.

Formation de couleur sur la rétine

Si nous projetons une lumière de 430 nm, les cônes d'ondes courtes sont allumés et nous voyons la lumière bleue, si maintenant nous projetons une lumière jaune de 580 nm, elle stimule également les cônes d'ondes moyennes et longues, d'où la combinaison de lumière bleue et jaune , car il stimule également les trois photorécepteurs, détermine que nous le percevons comme une lumière blanche. Ce fait est surprenant car nous sommes habitués au fait que si nous combinons une peinture bleue avec une jaune, nous la voyons verte et non blanche.

Nous savons que notre perception des couleurs dépend du schéma d'activité des différents types de photorécepteurs. Avec cela, nous pouvons expliquer le phénomène de correspondance des couleurs, nous pouvons générer un stimulus de perception des couleurs comme celui qui serait donné par une lumière de 580 nm que nous percevons comme du jaune blanchâtre, si nous mélangeons des lumières de 530 nm, vertes avec une autre de 620 nm, rouge, qui fortement stimulent les récepteurs à ondes moyennes et longues et très peu les récepteurs à ondes courtes, générant un motif de perception jaune, comme le précédent.

En fait, bien que les trois photorécepteurs soient nécessaires pour une perception adéquate des couleurs, deux suffiraient pour avoir une perception des couleurs presque normale, tandis qu'un seul est insuffisant pour percevoir la couleur, puisque l'absorption de la lumière dépend de l'intensité à laquelle nous la projetons, étant capable de stimuler le même photorécepteur avec différentes longueurs d'onde, simplement en ajustant l'intensité. Pour cette raison, un seul photo-récepteur ne suffit pas pour avoir la sensation des couleurs comme on en a dans la vie normale, c'est ce qu'on appelle "principe univarié ».

Pourquoi avons-nous la perception des couleurs ?

Hering a découvert que la théorie trichromatique expliquait la plupart des phénomènes de couleur mais ne répondait pas à tous les problèmes qui se posaient. Pour cette raison, il a proposé une nouvelle théorie expliquant la perception des couleurs basée sur les réponses opposées générées par le bleu-jaune et le rouge-vert.

Hering l'a déduit en étudiant les images rémanentes générées par la visualisation de plaques colorées. Il a observé que la vision d'un campou le rouge génère une image rémanente verte et un carton vert, une image rémanente rouge et, de la même manière, c'est arrivé avec le bleu et le jaune. Hering a proposé une explication au niveau physiologique qui a amélioré la conception de la vision des couleurs et bien qu'aujourd'hui on ait vu que ce n'était pas tout à fait vrai, il a été possible de confirmer une partie de ses découvertes psychophysiques. 

Processus de perception des couleurs

L'explication actuelle de cette théorie est basée sur des découvertes dans la rétine et le noyau géniculé latéral des neurones avec camples adversaires type centre-périphérie.

Il y aurait quatre types de combinaisons : Az+ Am-, V+ R-, Am+ Az-, R+ V-. Parallèlement à ces découvertes, la présence des trois types de photorécepteurs dans la rétine décrits dans la théorie trichromatique a été confirmée. C'est-à-dire que l'explication de la vision des couleurs était d'unifier les deux théories, la trichromatique avec la camples adversaires.

Un exemple d'intégration de ces deux systèmes est représenté sur la figure, où le cône L envoie un signal à une cellule bipolaire R+ V-, en même temps qu'il envoie un autre signal d'excitation à une cellule bipolaire A qui inhibe l'activation de la cellule bipolaire pour Az+ Am-. Les cellules Az+ Am- sont activées par la stimulation des cônes S à ondes courtes, ce qui nous fait percevoir la couleur bleue et si les cônes M et L sont stimulés, à l'arrivée d'une lumière verte et rouge, la cellule est activée. bipolaire A, qui inhibe le bipolaire Az+ Am- et la couleur jaune est perçue, tout comme cela s'est produit dans les expériences que les sujets ont lorsqu'ils combinent des lumières de différentes longueurs d'onde dans l'appariement des couleurs.

Avec cela, nous voyons que la séquence de couleurs commence par les photorécepteurs, les cônes pour les longueurs d'onde courtes, moyennes et longues, et se poursuit par un mécanisme de convergence et de potentialisation qui est réalisé avec les cellules ganglionnaires adverses dans la rétine et dans un deuxième temps, dans le noyau géniculé latéral.

La perception des couleurs et le cerveau

Ce que nous ne savons pas encore très bien, c'est ce qui se passe dans le cerveau.

Dans les années XNUMX, il y avait des spéculations sur une région spécifique pour la couleur, basées sur des cas de cécité corticale à la couleur mais pas à la vision, ce qui suggérait que la couleur était traitée dans une zone spécifique du cortex. 

Actuellement, une activité corticale liée à la couleur a été observée dans V1 et dans des zones extrastriées telles que V3 et V4, qui sont impliquées dans la voie de reconnaissance des formes ventrales mais répondent également aux stimuli en noir et blanc, donc plus qu'une région spécifique pour la couleur , la couleur serait traitée dans différentes régions.

théorie rétinienne

Il a été initialement proposé par Land en 1964, résultat de ses expérimentations avec l'appareil photo Polaroid.

D'abord, j'observe la constance de la couleur, qu'elle ne varie pas malgré les variations du degré d'éclairage ambiant. Le cerveau ajusterait "mathématiquement" la couleur en fonction des informations sur le ton global de la couleur. Les bases neurophysiologiques de ce processus font actuellement l'objet de débats. 

Zeki, en 1980, a montré que la couleur d'une surface dans une scène complexe ne dépendait pas seulement de la longueur d'onde réfléchie prédominante, mais que le cerveau campara avec les longueurs réfléchies par l'environnement.

Différences dans la vision des couleurs

Les premières références à la vision des couleurs sont dues au physicien John Dalton, qui souffrait d'un trouble de la vision des tons pourpres. À la mémoire de ce physicien, les anomalies de la vision des couleurs ont commencé à être désignées comme daltonisme.

Il existe trois formes principales d'anomalies de la vision des couleurs :

• monochrome.
• Dichromatisme.
• Trichromatisme anormal.

Monochromatique

El monochromatisme ou œil monochromatique est une forme rare d'anomalie de couleur à base héréditaire. En général, ces patients n'ont pas de cône fonctionnel, donc non seulement la vision manque de couleur mais, dans la mesure où elle est rendue possible par l'action des bâtonnets, la acuité visuelle est très faible et doit être protégé car très sensible à la lumière, il souffre de photophobie.

Dichromatisme

El dichromatisme o Les patients atteints de dichromatisme voient certaines couleurs et selon celles-ci, ils peuvent être classés en :

• protanopsie.
• Deutéronome.
• Tritanopsie.

Les deux premiers sont les plus fréquents et sont liés au chromosome X, ils surviennent donc plus fréquemment chez les hommes.

Les protanopes ils perçoivent le bleu et à mesure que la longueur d'onde augmente (492 nm), le ton bleu disparaît et seul un ton grisâtre est apprécié.

Ceux qui souffrent deutéranopie, ont une clinique similaire mais le ton bleu est un peu plus long, jusqu'à des longueurs d'onde de 498, après quoi il est perçu dans un ton jaune grisâtre.

El tritanope voit les bleus jusqu'à 570nm, et à partir de là ne voit que les rouges.

Avec les anomalies de couleur dues aux altérations des photorécepteurs, nous avons la achromatopsie centralec'est-à-dire daltonisme, non pas parce que les longueurs d'onde des différentes couleurs ne sont pas traitées, mais à cause d'une altération de l'interprétation de la couleur au niveau cortical.

Psychophysique de la perception des couleurs

La vision des couleurs implique de se demander quel type d'information la couleur traite-t-elle ? système visuel et quelles opérations effectue-t-il pour obtenir ces informations ?

Nous comprenons généralement la couleur comme un attribut de la perception visuelle lié aux objets ou à la lumière. Lorsqu'on se réfère à la couleur d'un objet, il faut, d'une part, que la lumière sortant de cet objet atteigne les yeux et, d'autre part, que, par conséquent, le processus de coloration soit stimulé. perception visuelle, ainsi la couleur sera un attribut perceptif de cet objet, tout comme la forme, la texture ou la profondeur.

En 1970, la CIE (Commission internationale de l'éclairage) a adopté la définition de la couleur perçue comme suit : "la couleur est l'aspect de la perception visuelle par lequel un observateur peut distinguer deux couleurs.ampont la même taille, la même forme et la même texture en raison des différences dans la composition spectrale des rayonnements associés à l'observation.

Aspects fondamentaux de la perception des couleurs

En se référant à la définition CIE citée ci-dessus, des attributs importants peuvent être associés pour mieux comprendre la perception des couleurs. En d'autres termes, qu'est-ce qu'une couleur doit avoir pour que nous la voyions.

Les aspects fondamentaux pour nous de voir la couleur sont:

Ton: C'est l'attribut qui permet de caractériser une couleur en bleu, vert, etc.

Couleur: C'est un attribut par lequel un campou semble avoir plus ou moins une couleur chromatique.

couleur chromatique: La couleur perçue qui a une teinte. Ce sera une couleur achromatique, cette couleur perçue qui n'a pas de ton, comme le blanc et le gris.

luminosité: Attribut par lequel a campou a plus ou moins de lumière.

Saturation: Coloré d'un campou déterminé en proportion de sa luminosité. Cela dépend de la quantité de gris mélangée à la couleur de base. Il sera d'autant plus pur ou saturé qu'il contiendra moins de gris.

clarté: Fait référence à des objets opaques ou transparents, et est la luminosité d'un campo déterminée proportionnellement à la luminosité de a campou également illuminé qui est perçu comme blanc ou parfaitement transparent.

Croma: Il fait également référence à des objets opaques ou transparents et se définit comme la couleur d'un corps donné en proportion de la luminosité d'un campou également illuminé qui est perçu comme blanc ou parfaitement transparent.

En conséquence de ces attributs, on dit qu'un objet a, par exemple, une couleur bleue, brillante et claire.

L'étude de la couleur est réalisée avec la colorimétrie, qui vise à introduire une méthode de mesure de la couleur qui permet d'attribuer une grandeur mesurable à chacun des attributs perceptifs et, en plus, de déterminer la couleur au moyen de nombres qui permettent sa spécification dans un espace de représentation.

Perception psychophysique des couleurs

Après les définitions précédentes, nous pouvons avancer dans ce que nous entendons par "couleur psychophysique". Selon la CIE, c'est l'attribut de la relation visible par laquelle un observateur peut distinguer deux campos de même taille, forme et texture, du fait de la différence de composition spectrale des rayonnements liés à l'observation.

Le stimulus visuel de la couleur

Dans cette ligne, nous définissons le stimulus de couleur comme cette énergie rayonnante d'une intensité et d'une composition spectrale données qui, en pénétrant dans l'œil, produit la sensation de couleur.

Nous voyons la complexité de la perception des couleurs, sa psychophysique, dans des exemples tels que "l'effet Bezold-Brücke".

Si nous projetons un pinceau de lumière monochromatique à travers le élève vers la rétine, en changeant le point d'incidence sur la pupille, on produit des changements dans la tonalité du stimulus lumineux, c'est ce que l'on appelle « l'effet Stiles Crawford de seconde espèce ».

Nous voyons tous la même couleur

Dans la psychophysique de la vision des couleurs, le fait de la couleur attribuée à un objet est intéressant. De manière simplifiée, on pourrait l'entendre comme le résultat d'une certaine analyse spectrale (dans le cerveau), de la lumière que l'objet réfléchit ou émet.

Cependant, cette analyse spectrale n'est pas parfaite et on le voit dans l'exemple de regarder un tableau. Dans une peinture de paysage, nous voyons toutes sortes de couleurs et de tons tels que nous les reconnaissons dans les objets naturels qui nous entourent, les rouges d'une pomme ou le vert jaunâtre d'une herbe semi-sèche, etc., et cela malgré le fait que la physique Le spectre de la lumière réfléchie par les objets du tableau est, dans de nombreux cas, très différent de celui de l'objet naturel correspondant représenté.

Ce qui est intéressant, c'est que nous acceptons ces perceptions évoquées par la peinture comme inhérentes aux objets naturels (c'est un processus cognitif), et que la plupart des observateurs acceptent la même situation. C'est parce que dans la plupart des cas, nous avons une perception très similaire des couleurs, provenant d'expériences antérieures de voir des couleurs dans la nature réelle. Esto es importante porque un número determinado de personas, en torno al 10% de la población, presenta una visión diferente, anómala, de los colores, sin embargo, muchas veces pasa desapercibida porque han aprendido a diferenciar los colores utilizando otras características de los objetos dans la vie réelle.

L'apparition des couleurs

La théorie des modèles de vision des couleurs commence par la théorie trichromatique de Young et Helmholz mais il est vite apparu qu'elle était insuffisante pour expliquer la vision des couleurs. apparition des couleurs, comme nous l'avons expliqué plus haut.

La théorie des modèles de vision des couleurs n'a pas précisé, par exemple, pourquoi le mélange de lumières perçues comme du rouge et du vert induit la sensation de jaune, une couleur qualitativement différente de la couleur mixte, ou pourquoi cette couleur jaune, mélangée dans une proportion appropriée avec le bleu, conduit à la sensation de blanc.

Le problème était qu'il n'était pas possible d'expliquer comment la réponse des trois types de cônes peut ajouter leurs luminosités et annuler leurs attributs de couleur lorsqu'ils sont excités simultanément.

Perception des couleurs composites

Hering a étudié le problème et a vu que la sensation simultanée de rouge-vert ou de jaune-bleu ne peut pas être ressentie, il a donc proposé l'existence de trois processus opposés générés quelque part dans le parcours visuel, un processus clair-foncé, un autre jaune-bleu et un autre , Rouge, Vert.

Cette hypothèse a coïncidé avec les anomalies observées en clinique concernant la vision des couleurs, la cécité rouge-vert, dans laquelle persiste la vision clair-foncé et jaune-bleu; le daltonisme bleu-jaune, dans lequel persistent les visions clair-obscur et vert-rouge, et le daltonisme total, dans lequel seuls les vison noir et blanc résultat de l'action des tiges.

La théorie de couleurs de l'adversaire il a résolu certains des problèmes, mais pas tous, car il n'a pas expliqué la courbe d'efficacité lumineuse qui accompagne, par exemple, la protanopie.

À l'heure actuelle, nous savons que la théorie trichromatique est bonne pour expliquer les phénomènes de couleur au niveau des récepteurs, dans la rétine, pendant que la théorie de l'adversaire, est efficace pour expliquer ce qui se passe dans la phase neurale.

Couleur et cônes dans la rétine

Le modèle de Boynton (1986) est le plus accepté par les scientifiques et son originalité réside dans le fait qu'il introduit un système de représentation des couleurs dans lequel se manifestent directement les mécanismes de la vision des couleurs.

L'espace ainsi obtenu est appeléespace d'excitation du cône ».

Les cônes L et M sont sensibles à l'ensemble du spectre visible, avec une sensibilité maximale à 565 et 540 nm, respectivement, et aux grandes longueurs d'onde, la sensibilité du cône L est bien supérieure à celle du M. 

Par contre, le rapport d'excitation des cônes L et M est maximum à 465 nm et pour chaque longueur d'onde inférieure à ce chiffre il y en a une autre supérieure, de sorte que si l'on ajuste la luminance. Les deux correspondraient à des stimuli qui se ressembleraient chez les personnes dépourvues de cônes S, puisque des paires de stimuli spectraux peuvent être trouvées des deux côtés de 465 nm avec la même valeur de M (L+M) et L (L+M).

Le spectre d'action des cônes S a un maximum à 440 nm et diminue rapidement pour les longueurs d'onde plus longues, étant insensible au-delà de 520 nm.

Perception des couleurs sur la rétine

Pour mieux comprendre ce qui a été dit, imaginons que nous regardons un campou lumière monochromatique et nous faisons varier sa longueur d'onde de longue à courte.

Considérons un spectre d'action de cônes dans lesquels les grandes longueurs d'onde excitent L beaucoup plus que M, nous verrons du rouge, caractéristique de ces cônes L, et presque pas de vert (M). Si nous réduisons maintenant l'onde à 575, la différence rouge-vert devient plus petite et les signaux de L et M sont équilibrés et puisque les cônes S de bleu n'ont pas encore été excités, la sensation visuelle n'est ni rouge ni verte mais une couleur jaune . Si nous raccourcissons encore plus la longueur d'onde, les M domineront sur les L et deviendront verdâtres, diminuant le ton jaunâtre, jusqu'à atteindre 500 nm où S est égal à la somme de L et M, le canal jaune est équilibré-bleu et un vert unique est vu. Si l'on diminue la longueur d'onde, le bleu remplacera progressivement le vert et si on l'abaisse encore, la forte excitation du bleu déséquilibre le canal rouge-vert dans le sens du rouge, percevant alors une couleur violette.