Introduction

L'étude de la couleur est très différente de celle de la lumière. Cet état de fait est résumé par Kandinsky lorsqu'il déclare :``La couleur est la touche. L'oeil est le marteau. L'âme est le piano aux cordes nombreuses. ...Il est donc clair que l'harmonie des couleurs doit reposer uniquement sur le principe de l'entrée en contact efficace avec l'âme humaine''. En effet, si l'impression de couleur est bien provoquée par la lumière, phénomène physique mesurable, ce signal est traité et transformé par notre oeil et notre cerveau pour aboutir à la sensation finale de couleur. L'ensemble des transformations subies par le signal initial est si complexe que les mesures de l'énergie lumineuse rentrant dans l'oeil ne rendent que très imparfaitement compte de la perception colorée. Il est donc important de saisir que toute mesure de la couleur ne permet que d'approximer la vision humaine. Il est ainsi parfois inutile de complexifier un algorithme, si l'accroissement de ses performances n'est pas perceptible visuellement.

Les études menées en neuro-sciences et en colorimétrie permettent d'appréhender plusieurs points importants. Le signal lumineux qui excite l'oeil peut être considéré comme un mélange d'ondes électromagnétiques sinusoïdales se propageant toutes à la vitesse de la lumière c ( $c\approx 3*10^8 m/s$). Ces ondes ou composantes spectrales peuvent être caractérisées par leurs longueur d'onde $\lambda$ et leurs puissance $P_\lambda$. Un signal lumineux peut donc être décrit par une fonction $P(\lambda)$ qui associe à chaque longueur d'onde la puissance du signal associé. Ce signal lumineux excite des récepteurs photo-sensibles situés sur la rétine.

Les cellules photo-sensibles sont composées de cônes et bâtonnets. Les bâtonnets sont sensibles à de faibles niveaux de lumière mais n'atteignent le maximum de leur puissance qu'à des intensités lumineuses modérées. Les bâtonnets permettent une vision mono-chromatique ; ce sont eux qui interviennent lors de la vision nocturne. Les cônes ont une sensibilité assez faible et sont responsables de la vision diurne. Les cônes se répartissent en trois familles de sensibilités spectrales différentes (L pour Long, M pour Middle et S pour Short). Chaque type de cône est donc sensible à une gamme de longueur d'onde particulière et est associé à la perception d'une couleur. Ainsi, si l'oeil reçoit une lumière de faible longueur d'onde (aux alentours de 450 nanomètres), donc si l'on excite essentiellement les cônes S, le sujet percevra une couleur bleue. De même si l'oeil reçoit une lumière de longueur d'onde moyenne (entre 500 et 600 nm), il percevra une couleur verte. Enfin les longues longueurs d'ondes (entre 600 et 700 nm) correspondent à la perception du rouge. La combinaison des signaux émis par ces trois types de cônes permet la vision colorée. Cette décomposition du spectre lumineux en trois composantes est à la base de la colorimétrie. Le but de la colorimétrie est de décrire un ensemble de couleurs à l'aide de plusieurs (généralement trois) composantes réelles. Ces composantes sont habituellement déduites de la décomposition spectrale de la lumière.

Nous allons dans ce document décrire l'origine de la perception colorée à l'aide de modèles physiques (voir chapitre 2) puis expliquer, au chapitre 3, une partie des mécanismes du cerveau et de l'oeil humain utilisées pour percevoir les images. Nous verrons ensuite au chapitre 4 comment ces résultats sont exploités pour définir des quantités permettant de définir simplement une couleur.