COLORIMETRIE Notions de base

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1 COLORIMETRIE Notions de base

2 Sommaire Introduction... 3 Anatomie de la rétine... 4 Photorécepteurs-Cônes-bâtonnets... 4 Qu est ce que la couleur?... 5 Caractéristiques de la couleur... 5 Le spectre de la lumière blanche... 6 La trichromie... 6 Synthèses additive et soustractive... 7 Place à la pratique!... 7 Spectres de la lumière... 7 Filtres colorés... 8 Caractéristiques d une couleur... 9 La teinte... 9 La saturation...10 La clarté...10 Systèmes de couleur...11 Espace RGB...11 Synthèse des couleurs...11 Synthèse additive...11 Synthèse soustractive...12 Page 2/12

3 Introduction De forme approximativement sphérique, l'œil (ci dessous) est l'organe de base de la vision. Il assure les fonctions de collection du rayonnement incident, de formation des images des objets observés et de traitement des informations recueillies. Pour cela, il comporte un ensemble d'éléments dont les principaux sont : La cornée : membrane transparente et résistante qui protège le globe oculaire sur la face avant. L'iris : Diaphragme dont l'ouverture centrale est la pupille. Il permet de doser la quantité de lumière qui pénètre dans l'œil. La rétine : Membrane mince qui tapisse le fond de l'œil et sur laquelle se forment les images des objets. Elle comporte deux types de cellules photosensibles, les cônes (vision diurne) et les bâtonnets (vision nocturne). La macula : Appelée également tâche jaune, elle contient en son centre une petite dépression, la fovéa d'environ 1,5mm de diamètre qui correspond à un champ visuel de 5. Au centre de la fovéa, sur une zone de 400µm de diamètre soit un champ visuel de 1,3, les seules cellules photosensibles présentes sont des cônes plus serrés et plus fins qu'ailleurs. Cette dernière zone correspond à la zone d'acuité maximum de l'œil. Le nerf optique : Il conduit les informations au cerveau, en passant par un relais appelé corps genouillé latéral situé à la base du cerveau qui joue le rôle d'amplificateur des signaux. Page 3/12

4 Anatomie de la rétine La rétine qui tapisse le fond de l'œil contient à la fois les cellules sensibles à la lumière et celles qui transmettent l'information au cerveau. Son épaisseur est d'environ 250µm sauf au niveau de la fovea où elle s'amincit. Sur une surface totale d'environ 1100mm2, il y a à peu près 150 millions de cellules nerveuses réparties schématiquement en 3 couches principales (ci dessous3) qui sont : 1. La couche qui contient les photorécepteurs rétiniens (100 millions de bâtonnets et 5 millions de cônes). Ils se présentent sous la forme de cellules très allongées, disposées perpendiculairement à la surface de la rétine et répartis de façon dense et régulière. 2. La couche granuleuse interne qui contient les cellules bipolaires. 3. La couche contenant les cellules ganglionnaires dont les prolongements (axones) se rassemblent pour former le nerf optique et s'étendent jusqu'au corps genouillé latéral. Photorécepteurs-Cônes-bâtonnets Il existe quatre sortes de photorécepteurs rétiniens, trois sortes de cônes et une seule sorte de bâtonnets. Leurs différences résident dans leur sensibilité spectrale qui est toujours large mais avec des maxima qui les différencient. Ces maxima se situent à : 495 nm pour les bâtonnets 420 nm pour les cônes S (Short wavelength ou B (blue)) 530 nm pour les cônes M (Medium wavelength ou G (green)) 560 nm pour les cônes L (Long wavelength ou R (red)) Les courbes de sensibilité spectrale de ces photorécepteurs (page suivante) sont de forme comparable avec un fort chevauchement. Page 4/12

5 Courbe de sensibilité spectrale des cônes rétiniens (en tirets noirs la courbe de sensibilité spectrale moyenne de l'œil). Qu est-ce que la couleur? La couleur est ni une matière ni une lumière : c est une sensation. La couleur est la sensation reçue par l intermédiaire de notre œil de la vision d un élément coloré. Ainsi, la couleur, sensation physiologique, est impérativement liée à trois dimensions: 1. la nature de l objet ; 2. la lumière qui l éclaire et qui permet à l œil d en recevoir le message ; 3. l œil qui perçoit ce message et le communique au cerveau. Par conséquent, un citron n est jaune que sous une lumière blanche et pour un œil "normal". Caractéristiques de la couleur La couleur d une source de lumière ou celle d un objet peut être décrite par trois caractéristiques : la première est une caractéristique d intensité : c est la luminance. Elle se traduit dans le langage courant, par le substantif luminosité pour une source ou par le substantif clarté pour un objet. la seconde caractéristique d une couleur indique celle des couleurs pures dont la couleur considérée se rapproche le plus. Elle se traduit par le substantif teinte. Page 5/12

6 la troisième caractéristique indique comment la couleur considérée se rapproche plus ou moins de la couleur pure correspondante. Elle se traduit par le mot pureté. Le spectre de la lumière blanche Lorsqu on envoie la lumière du jour à travers un prisme, on obtient un éventail continu de couleurs, un spectre, dont l arc-en-ciel est un exemple. Un tel spectre continu est caractéristique d un objet chaud, tel que le Soleil, le filament incandescent d une lampe ou encore un métal chauffé à blanc. C est le physicien anglais Newton qui le premier mit en évidence le spectre de la lumière blanche. Le spectre de la lumière blanche contient toutes les couleurs du violet au rouge. Après Newton, l abbé Jacques Delille, vers la fin du XVIII siècle, désigna la gamme des couleurs : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange et rouge. Le physicien danois Anders Angström ( ) fut le premier à avoir mesuré des longueurs d'onde et déterminé les limites du spectre visible, c'est à dire d'enivrons 375 nm (violet) à 740 nm (rouge), mais la lumière solaire comporte aussi des rayonnements de plus haute énergie (les ultraviolets) et de plus basse énergie (les infrarouges). La trichromie Deux couleurs ne suffisent généralement pas pour reproduire du blanc ; on y arrive aisément en choisissant trois couleurs convenablement écartées dans le spectre : rouge, vert et bleu. Toute lumière peut être reconstituée visuellement par la somme, en proportions convenables de trois lumières fixes, appelées primaire. Le choix des primaires est arbitraire, sous réserve qu aucune d elles ne puisse être obtenue par le mélange des deux autres. En général, on les choisit rouge, verte et bleue et aussi saturées que possible. En langage international, on les désigne par R (red), G (green), B (blue). L anglais Thomas Young, en 1802, formula la loi de la théorie trichromatique suivant laquelle la rétine de l œil possède des éléments respectivement sensibles à trois couleurs (bleu, vert et rouge) à partir desquelles le cerveau reconstitue toutes les autres. Enfin, dans les années 1860, l Ecossais James Clerk Maxwell réalisa à partir de ces trois couleurs de base la synthèse additive des autres et explicita la théorie de la trichromie. Page 6/12

7 Synthèses additive et soustractive Quand on projette sur un écran trois faisceaux de lumières colorées (rouge, vert et bleu), leurs mélanges deux à deux donne du jaune, du cyan et du magenta; là où les trois faisceaux se recouvrent, on obtient du blanc. On qualifie d'additif ce type de synthèse de couleurs-lumière, car chaque faisceau ajoute ses caractéristiques propres, de sorte que l'ensemble des trois reconstitue la lumière blanche. Lorsqu'on superpose trois filtres transparents colorés par les trois "primaires" des artistes et sérigraphes (jaune, magenta et cyan), le recouvrement de deux d'entre eux donne l'une des trois couleurs "secondaires" (rouge, vert et bleu), et la superposition des trois produit, en principe du noir, ou dans la pratique plutôt du gris. Ce mélange de couleurs-matière (pigments ou filtres colorés) est appelé soustractif, car chaque couleur agit comme un filtre qui soustrait à la lumière une partie de ses rayonnements; aussi lorsque les trois sont superposés, toute la lumière est pour ainsi dire soustraite, de sorte qu'il ne reste que du noir. Place à la pratique! Spectres de la lumière Les manipulations suivantes seront faites avec le logiciel Chroma V2.5. Quelle est la «couleur» d une onde de 380 nm de longueur? Quelle est la «couleur» d une onde de 520 nm de longueur? Quelle est la «couleur» d une onde de 680 nm de longueur? Quelle est la «couleur» d une onde de 580 nm de longueur? Page 7/12

8 Filtres colorés Quelle(s) est (sont) la (les) «couleur(s)» du spectre de la lumière transmise par un filtre rouge? Quelle(s) est (sont) la (les) «couleur(s)» du spectre de la lumière transmise par un filtre vert? Quelle(s) est (sont) la (les) «couleur(s)» du spectre de la lumière transmise par un filtre bleu? Quelle(s) est (sont) la (les) «couleur(s)» du spectre de la lumière transmise par un filtre magenta? Quelle(s) est (sont) la (les) «couleur(s)» du spectre de la lumière transmise par un filtre cyan? Quelle(s) est (sont) la (les) «couleur(s)» du spectre de la lumière transmise par un filtre jaune? Page 8/12

9 Caractéristiques d une couleur La teinte Placez les 3 curseurs R, V et B sur 0%, indiquez le pourcentage de blanc ainsi que la couleur obtenus Déplacez le curseur rouge de 0 à 100, que devient la teinte obtenue? Que remarquez-vous quant au niveau de blanc? Remettez le curseur rouge à 0 puis déplacez le curseur vert de 0 à 100, que devient la teinte obtenue? Que remarquez-vous quant au niveau de blanc? Remettez le curseur vert à 0 puis déplacez le curseur bleu de 0 à 100, que devient la teinte obtenue? Que remarquez-vous quant au niveau de blanc? Mettez les 3 couleurs à 20, puis à 40, puis à 60, puis à 80 et enfin à 100. Quelles sont les teintes obtenues? Que remarquez-vous quant au niveau de blanc? Page 9/12

10 La saturation Cochez «Desaturation au noir» Que pouvez-vous conclure quand la saturation d une couleur varie de 0 à 100% La clarté Choisissez une couleur au choix. Faites varier la clarté de cette couleur, que constatez-vous? En vous aidant des deux précédentes expériences, quelle différence faites-vous entre la saturation et la clarté? Page 10/12

11 Systèmes de couleur Espace RGB Choisissez le triangle équilatéral et cochez R,G et B. Donnez les couleurs qui correspondent aux équations suivantes : C = 0.14 R G B C = 0.18 R G B C = 0.33 R G B Synthèse des couleurs Synthèse additive Placez les saturations de couleur au maximum. Indiquez les résultats suivant : Rouge + Vert = Bleu + Vert = Rouge + Bleu = Rouge + Vert + bleu = Page 11/12

12 D après vous, comment est-il possible d obtenir du noir en synthèse additive (celle utilisée en télévision). Synthèse soustractive Indiquez les résultats suivant : jaune - cyan = jaune - magenta = cyan - magenta = Jaune - cyan magenta = Page 12/12