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A.13. L’interprétation des couleurs par le cortex visuel

0308*/2013*/2023*
A.13.1. Le stimulus que le cerveau reçoit est interprété comme étant de la couleur

Le schéma de la planche 308 montre le trajet des informations des rétines vers le cortex cérébral.


Le schéma de la planche 2013 montre que chacun des 5 sens active une partie différente du cortex cérébral. Le cortex cérébral, c’est la couche de neurones qui recouvre comme une écorce les deux hémisphères du cerveau. Une partie du traitement des informations ne passe aussi plus profondément dans les plis du cerveau.


La planche 2023 montre des images qui ont été obtenues par résonance magnétique. C’est cette technique qui permet de savoir précisément quelles sont les parties du cerveau qui traitent les informations des 5 sens.


2088
A.13.2. Un signal analogique à intensité variable

Contrairement à la plupart des cellules nerveuses, qui transmettent des impulsions comme un signal digital, des «On» et des «Off», les cellules réceptrices dans la rétine produisent un signal de type analogique, avec différents niveaux électriques qui sont en rapport avec les différents niveaux de luminosité qui sont perçus.

0231*/0230*/1371/0330*
A.13.3. Comment peut‑on percevoir plus de 10.000 couleurs différentes avec seulement trois récepteurs dont la sensibilité est fixe ?

Tout d’abord un rappel à propos des courbes spectrales des couleurs saturées…
Une couleur est toujours composée de plusieurs longueurs d’ondes à différentes intensités. Il n’y a que de très rares cas dans lesquels une couleur est composée uniquement d’une seule longueur d’onde. Nous l’avons vu précédemment durant la formation : les lasers présentent cette caractéristique, mais c’est l’exception qui confirme la règle…

Le schéma de la planche 0231 montre la courbe spectrale d’une couleur véritablement pure comme un laser rouge.


Le schéma de la planche 0230 montre en comparaison la courbe spectrale d’une couleur bleue très saturée.



On distingue très bien quelle est la longueur d’onde dominante de cette couleur bleue en observant la forme de sa courbe spectrale, mais ce n’est pas parce que cette couleur bleue est «pure», très saturée, qu’elle est constituée pour autant d’une seule longueur d’onde : même les couleurs très saturées sont constituées dans une moindre mesure d’ondes qui sont différentes de leur onde dominante.

Ensuite un autre rappel à propos de la sensibilité des récepteurs d’ondes de l’œil…

Le schéma de la planche 0330 montre de manière simplifiée les performances des bâtonnets et des cônes. La ligne en gris sur le schéma, c’est la courbe de sensibilité des bâtonnets. Les bâtonnets ne jouent pas de rôle dans la perception des couleurs, donc on ne va s’occuper ici que des trois autres lignes sur le schéma, les lignes qui montrent la sensibilité des cônes…


La sensibilité des trois types de cônes n’est pas linéaire. Nous allons comprendre que ce n’est pas un défaut, et que c’est justement grâce à la non‑linéarité de leur sensibilité qu’on arrive à différencier les couleurs…

1) Tous les cônes reçoivent les énergies lumineuses qui composent une couleur, et qui ont différentes longueurs d’ondes.

2) Prenons le cas d’une seule de ces longueurs d’onde qui composent une couleur… La longueur d’onde va atteindre les cônes d’une manière vraiment caractéristique, une manière qui n’est pas identique à la manière dont une autre longueur d’onde va atteindre les cônes.

Prenons par exemple le cas de la longueur d’onde qui se situe à 470 nanomètres sur le schéma de la planche 0330 :

Tracez une ligne verticale sur le schéma à l’endroit de la longueur d’onde qui se situe à 470 nanomètres, et vous allez forcément croiser les trois courbes qui montrent la sensibilité des trois types de cônes…

Grâce à cette ligne verticale, vous voyez que les cônes «M» sont atteints à 50% de leur sensibilité maximale, et que dans le même temps les cônes «L» sont atteints à 45% de leur sensibilité maximale et que les cônes «S» sont atteints à 30% de leur sensibilité maximale.

Il s’agit ici de valeurs fictives qui sont données à titre d’exemple. Mais ça vous permet de comprendre que chaque longueur d’onde qui compose une couleur va atteindre les trois types de récepteurs avec une proportion très caractéristique qui ne laissera pas de doute sur la nature de cette longueur d’onde.

On comprend donc que le fait que la sensibilité des cônes ne soit pas linéaire n’est pas un défaut. Au contraire, c’est cela même qui permet une perception précise des couleurs… Quand on voit une couleur, le système visuel est capable de connaître quelles sont les proportions d’ondes courtes, d’ondes moyennes et d’ondes longues qui composent cette couleur. Le système visuel repère ainsi quelle est la longueur d’onde dominante de cette couleur, et aussi en quelles proportions les autres longueurs d’ondes participent à la création de cette couleur. C’est ce qui nous permet d’avoir une idée précise de la nature de la couleur qu’on voit.

Si les trois types de cônes se partageaient le travail, et que chacun des trois types de cônes n’était sensible qu’à seulement un tiers du spectre des lumières visibles, et avait une sensibilité identique à toutes les parties de ce tiers du spectre des lumières visibles, alors on ne verrait seulement que 3 couleurs.

Au lieu de cela, on est capable de déceler plus de 10.000 couleurs différentes parce que les cônes n’ont pas une sensibilité identique à toutes les parties du spectre des lumières visibles.

1614*/1615/1616*/1617/1618/1619*/1620/1621*/1622/1623*
A.13.4. Est-ce qu’il faut que les appareils de capture des images et les films photographiques simulent la vision humaine pour bien capturer ?

Le schéma sur la planche 1614 montre la sensibilité spectrale de l’œil humain.


Le schéma de la planche 1616 montre en pointillés la sensibilité spectrale de l’être humain, et en lignes pleines la sensibilité spectrale d’un capteur de scanner à plat.


On remarque sur le schéma que les sensibilités aux ondes courtes, aux ondes moyennes et aux ondes longues du scanner à plat ne se chevauchent quasiment pas, contrairement à ce qui se passe avec la vision humaine, et en ce qui concerne les ondes longues (les rouges) on remarque que le scanner est sensible à des ondes plus longues que ne l’est l’œil humain.

Pour scanner des photographies couleur, ces capteurs de scanner à plat conviennent parce qu’ils ont été conçus pour mesurer la quantité de pigments Cyan, Magenta et Jaune des photographies couleurs.

Par contre pour scanner des œuvres d’art (qui ne sont pas composées uniquement de pigments Cyan, Magenta et Jaune), les sensibilités spectrales de ces capteurs de scanner à plat vont faire en sorte qu’il y a aura beaucoup d’erreurs d’interprétation des couleurs.

Même si on utilise par la suite un système de gestion des couleurs pour transformer les données récoltées, les erreurs pourront difficilement être corrigées sans que cela n’entraîne une dégradation importante de la qualité des images.

Le schéma sur la planche 1619 montre en pointillés la sensibilité spectrale de l’être humain, et en lignes pleines la sensibilité spectrale d’un capteur de dos numérique pour appareil photo.


Par rapport aux capteurs des scanners à plat, on remarque que les sensibilités aux ondes courtes, aux ondes moyennes et aux ondes longues se chevauchent d’avantage.

En ce qui concerne les ondes longues (les rouges) on remarque que le dos numérique pour appareil photo est, comme le scanner, sensible à des ondes plus longues que ne l’est l’œil humain.

Il faut savoir que la justesse des couleurs c’est seulement un des critères que le fabricant d’un appareil photo numérique doit prendre en compte pour concevoir ses appareils. Le fabricant doit également faire en sorte que son appareil photo numérique soit assez sensible à la lumière même dans de faibles conditions d’éclairage. Il doit faire attention à ce qu’il n’y ait pas trop de bruit dans les images (du grain). La résolution des images est également importante (= le nombre de pixels). Il y a aussi la vitesse de transfert des informations des capteurs vers les circuits de l’appareil et vers le système de stockage. Il y a aussi les coûts de fabrication. Quand le fabricant favorise un de ces critères, c’est au détriment d’un autre. En fin de compte l’appareil photo numérique que le fabricant produit est toujours un compromis entre tous ces critères.

Le schéma de la planche 1621 montre la courbe de sensibilité spectrale d’un scanner qui est équipé de capteurs monochromes, et d’une roue avec des filtres rouge, vert et bleu (filter wheel).


Le but de ce type de design de scanner, c’est de favoriser la justesse de la capture des couleurs. par rapport aux autres systèmes, on remarque que la sensibilité spectrale de ce scanner est beaucoup plus proche de la sensibilité spectrale de l’œil humain.

La sensibilité au rouge a son maximum au même endroit que l’œil humain sur le spectre.

La réponse à une partie de la question qui était posée est donc partiellement «Oui»…
Oui, c’est bien que les appareils de capture des images simulent la vision humaine pour mieux capturer les couleurs. Mais d ‘un autre côté on peut aussi dire…
Non, il n’est pas toujours nécessaire que les appareils de capture des images simulent la vision humaine pour bien capturer des photographies couleur, parce que pour bien capturer des photographies couleur il suffit que les capteurs du scanner soient sensibles aux longueurs d’ondes des pigments cyans, magenta et jaunes.

Le schéma sur la planche 1623 montre en pointillés les sensibilités spectrales des trois types de récepteurs‑couleur de l’être humain, et en lignes pleines les sensibilités spectrales des trois types de récepteurs‑couleur d’un film photographique de type ektachrome (= un film pour diapositive).


On remarque que les sensibilités spectrales d’un film photographique de type ektachrome ne ressemblent pas vraiment aux sensibilités spectrales de l’œil humain.
Il y a plusieurs raisons à cela…

1) Les films photographiques de type ektachrome sont conçus pour reproduire une image de la réalité qui plaît au grand public. Ces films ne sont pas conçus pour reproduire une image qui soit juste au niveau des couleurs.

2) La justesse des couleurs est rendue difficile par la manière dont est conçue la couche sensible du film photographique de type ektachrome, qui se compose de plusieurs filtres‑couleur qui sont superposés. Nous aurons l’occasion d’en reparler plus tard.

3) La justesse des couleurs est aussi rendue difficile par le fait que pour fabriquer les films photographiques de type ektachrome, le choix de matières photosensibles est assez limité.

4) Il y a aussi le fait qu’un film photographique de type ektachrome, c’est un système qui doit convenir à la fois pour la capture, mais aussi pour la visualisation… Il faut pouvoir projeter les diapositives ektachrome.

Pourtant, en filtrant correctement la lumière qui arrive sur le film, on peut arriver à une meilleure capture des couleurs. Ces techniques de filtrage compensatoires sont couramment utilisées dans les départements photographiques des musées.
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