La complexité de la perception des couleurs à la lumière naturelle

La perception des couleurs chez les humains repose sur la lumière qui rebondit sur les surfaces et entre dans nos yeux. Quand la lumière atteint la rétine, elle déclenche des signaux dans différents types de cônes. Chaque type de cône réagit à des longueurs d'onde spécifiques de la lumière. Cependant, un seul cône ne peut pas donner d'infos précises sur la couleur qu'on voit, parce qu'il perd certains détails dans les signaux qu'il envoie à notre cerveau. C'est ce qu'on appelle le principe d'univariance. Cette limitation se produit dès le début de notre traitement de l'information visuelle et ne peut pas être corrigée par la suite.

Dans la vision trichromatique, les humains ont trois types de cônes qui travaillent ensemble, nous permettant de voir une large gamme de couleurs. Par exemple, si on voit une lumière monochromatique à une longueur d'onde de 580 nanomètres, on la perçoit comme jaune. Étonnamment, on peut obtenir la même couleur jaune en mélangeant deux longueurs d'onde différentes, comme celles de 520 nm et 620 nm. Cela montre comment notre perception des couleurs peut être influencée par différentes sources lumineuses.

De plus, deux surfaces qui ont des propriétés de couleur distinctes peuvent sembler identiques sous un type d'éclairage mais apparaître différentes sous un autre. Cette situation est connue sous le nom de Métamérisme illuminant. On a constaté que ce phénomène se produit assez fréquemment et peut rendre la vision des couleurs compliquée pour certaines personnes. Pour ceux qui ont une dichromatie, avec seulement deux types de cônes, ces défis peuvent être encore plus marqués.

#La perception des couleurs dans le monde réel

La plupart des recherches précédentes sur le métamérisme ont été faites dans des conditions contrôlées où les sources de lumière étaient uniformes. Cependant, l'éclairage du monde réel n'est pas si simple. Les environnements naturels ont différentes sources et angles de lumière, ce qui peut changer l'apparence des couleurs. Des études récentes ont montré que la direction et le type de lumière peuvent varier énormément dans les milieux naturels. Quand une surface s'incline dans cet environnement, elle peut capter différents types de lumière, menant à des perceptions de couleurs différentes.

Dans ce contexte, les chercheurs ont utilisé des graphiques informatiques pour voir à quelle fréquence le métamérisme se produit quand des surfaces sont placées dans un cadre 3D qui reflète les effets de l'éclairage du monde réel. Ils ont testé à quel point la capacité à distinguer les couleurs s'améliore quand les surfaces sont inclinées pour capter différents angles de lumière.

Par exemple, dans un scénario, deux surfaces sous un mélange de lumière du soleil et de lumière du ciel semblaient identiques à un angle. Cependant, quand on les inclinait pour échantillonner la lumière du ciel, les deux surfaces devenaient distinguables.

La recherche a découvert que les trichromates (les gens avec une vision normale des couleurs) pouvaient identifier 88,5 % des paires métamériques en extérieur et 81,5 % à l'intérieur juste en inclinant la surface. Étrangement, ceux avec une dichromatie (comme les types deutan, protan et tritan) montraient des taux d'identification encore plus élevés dans les environnements extérieurs et intérieurs.

#La discriminabilité des couleurs

Les chercheurs ont noté des différences significatives dans la manière dont les gens avec différents types de vision des couleurs pouvaient identifier les couleurs selon le type d'environnement (extérieur ou intérieur) et leur type de vision des couleurs spécifique. Bien que la capacité globale à distinguer les couleurs s'améliore avec l'inclinaison, cette capacité variait entre les différents groupes.

Pour évaluer les différences de couleur, l'étude a utilisé des critères basés sur une métrique appelée ΔE dans CIECAM02-UCS. Cette métrique aide à quantifier les différences de couleur d'une manière qui correspond mieux à la perception humaine. Ils ont vérifié comment les résultats tenaient face à différents critères pour ce qui compte comme une différence de couleur discernable.

En élargissant les critères de distinction des couleurs, ils ont trouvé que, bien que les pourcentages de paires métamériques identifiées aient diminué, la conclusion qu'une grande portion pouvait encore être résolue restait valide. Ainsi, incliner les surfaces dans des conditions d'éclairage variées augmente notre capacité à différencier les couleurs.

Pour les trichromates comme pour les dichromates, l'augmentation de la différenciation des couleurs était significative. Cela signifie que dans les environnements réels, les conditions permettent une meilleure compréhension des couleurs que ce qu'on pensait auparavant.

#Comprendre les changements de couleur sous la lumière naturelle

La différence de perception des couleurs basée sur l'inclinaison soulève aussi des questions sur la façon dont on perçoit les couleurs. Par exemple, une augmentation de la différence de couleur d'une faible valeur à une valeur élevée peut sembler plus significative qu'une augmentation d'une valeur élevée à une valeur légèrement supérieure, même si le changement absolu est le même.

Les chercheurs ont mesuré non seulement les différences absolues, mais aussi combien ces différences représentaient un changement proportionnel. Ils ont regardé combien il était plus facile pour les participants de voir des différences de couleur en extérieur par rapport à l'intérieur. Les résultats ont montré que les améliorations dans la perception des couleurs étaient généralement plus remarquables pour ceux avec une dichromatie.

#L'impact de la variation de la lumière directionnelle

Les résultats mettent en évidence que le métamérisme illuminant, qui découle de la manière dont nos cônes réagissent à la lumière, n'est pas aussi limitant qu'on le croyait autrefois. Dans les environnements naturels, la variation de la lumière directionnelle peut aider à rendre distinguables de nombreuses paires de couleurs qui, autrement, sembleraient identiques.

La recherche souligne que, bien que la trichromatie offre une compréhension de base de la vision des couleurs, elle ne raconte pas toute l'histoire. Dans la vie de tous les jours, les signaux de nos cônes sont influencés par les conditions d'éclairage changeantes. Même si quelqu'un manque d'un type de cône, il peut obtenir des informations sur la couleur à différents moments et angles.

La mesure précise des variations de lumière dans des environnements naturels était essentielle pour cette recherche. Les chercheurs ont utilisé des graphiques informatiques pour simuler comment différentes surfaces interagissent avec la lumière dans des environnements tridimensionnels. Ils ont testé 20 132 différentes Réflectances de surface et les ont rendues sous divers scénarios d'éclairage et angles.

#Collecte de données de réflectance

Pour mener cette recherche, l'équipe a collecté 54 282 mesures de réflectance d'objets variés, y compris des fleurs, des fruits, des échantillons de peau humaine, des feuilles et des objets fabriqués par l'homme. Cependant, ils ont dû affiner ces données car de nombreuses paires de surfaces étaient trop similaires, ce qui risquait de fausser le calcul du nombre de paires indistinguables.

Après avoir filtré les données en fonction de la similarité, ils ont fini avec 20 132 échantillons de réflectance uniques pour leur analyse. Ces échantillons ont fourni une base solide pour évaluer comment fonctionne la perception des couleurs sous un éclairage naturel.

#Conclusion

Cette étude détaillée révèle des insights significatifs sur la façon dont la perception des couleurs fonctionne dans des contextes réels. Les preuves suggèrent que, bien que nos systèmes biologiques limitent notre capacité à percevoir la couleur, la nature complexe de l'éclairage naturel offre un moyen de naviguer à travers ces défis. En comprenant comment différents angles et types de lumière affectent la couleur, on peut apprécier la richesse et la complexité du monde visuel qui nous entoure.