Fiche de révision : Couleurs et vision

📋 Plan du Cours

1. Description physique des couleurs
2. Spectres et métamérie
3. Types de sources lumineuses
4. Illuminants normalisés
5. Mesure des réflexions
6. Colorimètres et spectrocolorimètres
7. Espaces colorimétriques CIE
8. Cellules rétiniennes et trichromatisme

📖 1. Description physique des couleurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Espace LCH : Décrit une couleur par sa clarté L, sa teinte H exprimée par un angle et sa saturation C mesurée comme une distance au centre.

★ À maîtriser

📐 Formule — Les coordonnées LCH et Lab sont reliées par $C=\sqrt{a^2+b^2}$, $\tan(h)=\frac{b}{a}$, $a=C\cos(h)$ et $b=C\sin(h)$.

Compléments

• Le spectre de la lumière blanche visible s’étend approximativement de 380 à 750 nm.

💡 Astuce mémo

LCH : clarté, teinte, saturation

📖 2. Spectres et métamérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Métamérie : Le phénomène par lequel deux objets ont la même couleur perçue sous un éclairage mais des couleurs différentes sous un autre éclairage.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Pour chaque longueur d’onde, l’énergie perçue vérifie $E_{perçue}(\lambda)=E_{illuminant}(\lambda)\times R(\lambda)$, où R(λ) est la réflectance de l’objet.

💡 Astuce mémo

Illuminant × réflectance → couleur perçue

📖 3. Types de sources lumineuses

★ À maîtriser

📌 Une source à incandescence émet un spectre continu, un laser émet une seule raie monochromatique et une lampe à gaz émet un spectre discontinu de raies caractéristiques du gaz.

• Une lampe fluorescente excite d’abord un gaz par décharge électrique, puis les ultraviolets produits excitent des oxydes de mercure qui émettent dans le visible.

Compléments

• Une lampe LED consomme peu et dure assez longtemps ; ses émissions peuvent être rouges ou blanches et son spectre a généralement une forme en cloche.

💡 Astuce mémo

Laser : une raie ; gaz : plusieurs raies ; incandescence : spectre continu

📖 4. Illuminants normalisés

★ À maîtriser

• L’illuminant D65 représente approximativement la lumière diffuse du Soleil à midi en juin et correspond à un spectre proche de celui d’un objet à 6500 K.

Compléments

• L’illuminant A correspond à une lampe à incandescence à filament de tungstène non halogène.

• L’illuminant F2 correspond au tube fluorescent numéro 7, utilisé notamment dans les plafonniers de bureaux et de supermarchés.

📖 5. Mesure des réflexions

★ À maîtriser

📌 La réflexion spéculaire renvoie le faisceau dans la direction symétrique de l’incidence, tandis que la réflexion diffuse le renvoie dans toutes les directions.

Compléments

• Un objet lisse peut paraître plus sombre qu’un objet mat parce qu’une grande partie de l’énergie réfléchie est dirigée dans la réflexion spéculaire que l’observateur ne regarde pas.

💡 Astuce mémo

SCI inclut le reflet spéculaire ; SCE l’exclut

📖 6. Colorimètres et spectrocolorimètres

★ À maîtriser

• Un colorimètre éclaire successivement l’échantillon avec trois diodes rouges, vertes et bleues, mesure trois intensités réfléchies et estime ensuite les coordonnées LCh ou Lab sous un illuminant standard comme D65.

📌 En mesure SCI, la trappe spéculaire est fermée et toute l’énergie réfléchie, diffuse et spéculaire, est mesurée ; en mesure SCE, la trappe est ouverte et seule la réflexion diffuse est mesurée.

• La mesure SCI est indépendante de l’état de surface, tandis que la mesure SCE dépend de cet état et copie davantage la vision humaine.

Compléments

• Le colorimètre XRite RM200 éclaire l’échantillon à 45° et détecte la lumière à 0° selon une géométrie 45/0.

💡 Astuce mémo

Colorimètre : RGB estimés ; spectrocolorimètre : spectre mesuré

📖 7. Espaces colorimétriques CIE

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans l’espace CIEXYZ, les coordonnées chromatiques sont $x=\frac{X}{X+Y+Z}$ et $y=\frac{Y}{X+Y+Z}$.

• Dans le diagramme de chromaticité, le contour appelé spectrum locus représente les couleurs monochromatiques pures à saturation de 100 %, et ses valeurs indiquent les longueurs d’onde en nm.

📐 Formule — Dans CIELAB ou CIELCH, la saturation vérifie $C=\sqrt{a^2+b^2}$ et la teinte vérifie $\tan(h)=\frac{b}{a}$, avec une ambiguïté de calcul de 180° près.

Compléments

• La Commission Internationale de l’Éclairage, créée en 1913, standardise la nomenclature et la caractérisation des couleurs ; ses notations utilisent un astérisque.

💡 Astuce mémo

RGB → XYZ → xy → CIELAB

📖 8. Cellules rétiniennes et trichromatisme

★ À maîtriser

📌 Les bâtonnets sont très sensibles à la faible lumière et ne fournissent pas d’information colorée, tandis que les cônes permettent la vision colorée et précise.

• Les trois types de cônes humains sont:

  • S : maximum vers 440 nm, environ 10 % des cônes
  • M : maximum vers 530 nm, environ 55 % des cônes
  • L : maximum vers 565 nm, environ 35 % des cônes

• Selon le trichromatisme de Young et Helmholtz, trois lumières RGB suffisent pour obtenir une lumière blanche, ce qui correspond à trois types de capteurs colorés dans l’œil.

Compléments

• La rétine réagit en environ 50 ms et présente une sensibilité maximale à 555 nm.

• Les bâtonnets sont environ 100 millions et leur sensibilité maximale est proche de 500 nm.

• La fovéa, d’environ 0,2 mm de diamètre et représentant environ 1/1000 de la surface rétinienne, contient uniquement des cônes très serrés et permet une vision précise et colorée.

💡 Astuce mémo

S-M-L : short, medium, long

📊 Tableaux de synthèse

Types de mesure colorimétrique