La perception des couleurs - Introduction

L'œil est un capteur sensible à une très petite partie du spectre des ondes électromagnétiques. On note l'intervalle des longueurs d'ondes considérées.
Pour information

Comme c'est le cas pour la grande majorité des capteurs, ses performances sont différentes en fonction de l'information incidente. La vision est donc en quelque sorte "subjective". Cette subjectivité a pour origine la constitution de l'œil.

D'une personne à l'autre, la perception des couleurs est différentes. Néanmoins les différences peuvent être négligées en vue de réaliser un modèle universel. On appelle cela l'observateur moyen. Il a été définie par la CIE.

La formalisation mathématique de la subjectivité de la vision

Pour deux longueurs d'ondes différentes, l'œil ne va pas les traiter de la même manière. Il faut donc introduire un chiffre v qui va caractériser la réponse de l'œil au stimuli. Ce dernier corrige la différence de perception de l'œil.

On définie une fonction v qui à la longueur d'onde λ va associer un chiffre v(λ) compris entre 0 et 1. Ceci peut se résumer par
La fonction est normalisée et s'appelle fonction de sensibilité spectrale. Logiquement, cette fonction tend vers zéro dès que l'on sort de l'intervalle

Grâce à cette fonction on peut calculer la puissance du flux lumineux associé à un rayonnement polychromatique par la formule suivante :

P : Puissance perçue par l'œil du rayonnement (lm) Φ(λ) : densité de flux énergétique (W/m) v(λ) : efficacité lumineuse relative (sans unité) K : coefficient de proportionnalité (lm/W)

• En vision photopique (de jour)
  La fonction atteint son maximum pour λ=555 nm et on a K=683 lm/W.
  C'est à dire qu'un faisceau lumineux monochromatique de longueur d'onde λ=555 nm de 1 W sera "vu" plus lumineux par l'œil que n'importe quel faisceau de même puissance mais de longueur d'onde différente.

• En vision scotopique (de nuit)
  La fonction atteint son maximum pour λ=507 nm et on a K=1707 lm/W.
  Son allure est différente que dans le cas d'une vision photopique. En effet est plus "fine" et légèrement décalée vers les plus courtes longueurs d'onde.

On rencontre également l'expression suivante : pour déterminer la puissance du flux lumineux reçu par l'œil. Avec qui est l'efficacité lumineuse.

L'utilisation de K(λ) permet de mieux mettre en évidence les différences entre la vision de jour et de nuit (respectivement photopique et scotopique).

La fonction est obtenue par superposition des fonctions propres à chaque type de cônes.

Si on note P réel la puissance émise par une source et P perçue la puissance perçue par l'œil, on a P perçue = P réel × v(λ)

Prenons trois longueurs d'onde : λ _orange=620 nm, λ _bleue=430 nm et λo=555 nm

Un flux énergétique d'un watt de longueur d'onde λo=555 nm engendre un flux lumineux de Φo=683 lm.
Pour une puissance de la source d'un watt, le flux lumineux sera inférieur.
Φ orange= Po × v(λ _orange) = 683 × v(620) = 683 × 0,381 = 260,2 lm
Φ bleue= Po × v(λ _bleue) = 683 × v(430) = 683 × 0,0116 = 7,9 lm

Conclusion : pour l'œil (en vison diurne) alors que la source d'alimentation et le rendement énergétique de la LED sont les mêmes.

Dans le cas d'une vision nocturne, la différence de puissance perçue est encore plus flagrante.

Quelques valeurs supplémentaires :

On a donc, pour deux flux de même énergie, deux sensations visuelles différentes. Un autre jeu d'unité s'impose.

Réalisé le 03/03/2007 par Benjamin MONTEIL