Effet Abney

L’effet Abney décrit le décalage de teinte perçu qui se produit lorsque de la lumière blanche est ajoutée à une source de lumière monochromatique.

L’ajout de lumière blanche provoquera une désaturation de la source monochromatique, telle que perçue par l’œil humain. Cependant, un effet moins intuitif de l’addition de lumière blanche qui est perçue par l’œil humain est le changement de la teinte apparente. Ce changement de teinte est de nature physiologique plutôt que physique.

Cette variance de teinte résultant de l’addition de lumière blanche a été décrite pour la première fois par le chimiste et physicien anglais Sir William de Wiveleslie Abney en 1909, bien que la date soit communément appelée 1910. Une source de lumière blanche est créée par la combinaison de rouge lumière, lumière bleue et lumière verte. Sir Abney a démontré que la cause du changement apparent dans la teinte était la lumière rouge et la lumière verte qui composent cette source de lumière, et que la composante de lumière bleue de la lumière blanche n’avait aucune contribution à l’effet Abney.

Diagrammes de chromaticité
Les diagrammes de chromaticité sont des diagrammes bidimensionnels qui représentent la projection de l’espace colorimétrique XYZ de la Commission internationale de l’éclairage (CIE) sur le plan (x, y). Les valeurs X, Y, Z (ou valeurs tristimulus) sont simplement utilisées comme pondérations pour créer de nouvelles couleurs à partir des couleurs primaires, tout comme RGB est utilisé pour créer des couleurs à partir des couleurs primaires des téléviseurs ou des photographies. Les valeurs x et y utilisées pour créer le diagramme de chromaticité sont créées à partir des valeurs XYZ en divisant X et Y par la somme de X, Y, Z. Les valeurs de chromaticité qui peuvent ensuite être tracées dépendent de deux valeurs: longueur d’onde dominante et saturation . Puisque l’énergie lumineuse n’est pas incluse, les couleurs qui ne diffèrent que par sa légèreté ne sont pas distinguées sur le diagramme. Par exemple, le brun, qui n’est qu’un mélange de basse luminance orange et rouge, n’apparaîtra pas en tant que tel.

L’effet Abney peut également être illustré sur les diagrammes de chromaticité. Si l’on ajoute de la lumière blanche à une lumière monochromatique, on obtiendra une droite sur le diagramme de chromaticité. Nous pourrions imaginer que les couleurs le long d’une telle ligne sont toutes perçues comme ayant la même teinte. En réalité, cela n’est pas vrai, et un changement de couleur est perçu. En conséquence, si nous tracons des couleurs qui sont perçues comme ayant la même teinte (et ne différant que par la pureté), nous obtiendrons une ligne courbe.

Dans les diagrammes de chromaticité, une ligne qui a une teinte perçue constante doit être courbée, de sorte que l’effet Abney soit pris en compte. Les diagrammes de chromaticité qui ont été corrigés pour l’effet Abney sont donc d’excellentes illustrations de la nature non-linéaire [clarification nécessaire] du système visuel. De plus, l’effet Abney n’interdit aucune ligne droite sur les diagrammes de chromaticité. On peut mélanger deux lumières monochromatiques et ne pas voir de changement de teinte, ce qui suggère qu’un tracé en ligne droite pour les différents niveaux de mélange serait approprié sur un diagramme de chromaticité.

Physiologie
Le modèle de processus adverse du système visuel est composé de deux canaux neuraux chromatiques et d’un canal neural achromatique. Les canaux chromatiques consistent en un canal rouge-vert et un canal jaune-bleu et sont responsables de la couleur et de la longueur d’onde. Le canal achromatique est responsable de la luminance ou de la détection blanc-noir. La teinte et la saturation sont perçues en raison des quantités variables d’activité dans ces canaux neuraux consistant en des voies axonales provenant des cellules ganglionnaires de la rétine. Ces trois canaux sont étroitement liés au temps de réaction en réponse aux couleurs. Le canal neural achromatique a un temps de réponse plus rapide que les canaux neuraux chromatiques dans la plupart des conditions. Les fonctions de ces canaux dépendent de la tâche. Certaines activités dépendent d’un canal ou de l’autre, ainsi que des deux canaux. Quand un stimulus coloré est additionné de stimulus blanc, les deux canaux chromatique et achromatique sont activés. Le canal achromatique aura un temps de réponse légèrement ralenti, puisqu’il doit s’ajuster aux différentes luminances; Cependant, malgré cette réponse différée, la vitesse du temps de réponse du canal achromatique sera toujours plus rapide que la vitesse de réponse du canal chromatique. Dans ces conditions de stimuli sommés, l’amplitude du signal émis par le canal achromatique sera plus forte que celle du canal chromatique. Le couplage d’une réponse plus rapide avec un signal d’amplitude plus élevée provenant du canal achromatique signifie que le temps de réaction dépendra très probablement des niveaux de luminance et de saturation des stimuli.

Les explications habituelles de la vision des couleurs expliquent la différence dans la perception de la teinte en tant que sensations élémentaires inhérentes à la physiologie de l’observateur. Cependant, aucune contrainte ou théorie physiologique spécifique n’a été capable d’expliquer la réponse à chaque tonalité unique. À cette fin, la sensibilité spectrale de l’observateur et le nombre relatif de types de cônes se sont avérés ne pas jouer de rôle significatif dans la perception des différentes teintes. Peut-être que l’environnement joue un plus grand rôle dans la perception des teintes uniques que les différentes caractéristiques physiologiques à travers les individus. Ceci est soutenu par le fait que les jugements de couleur peuvent varier en fonction des différences dans l’environnement couleur sur de longues périodes, mais ces mêmes jugements chromatiques et achromatiques sont maintenus constants si l’environnement couleur est le même, malgré le vieillissement et d’autres facteurs physiologiques la rétine.

Pureté colorimétrique
La saturation, ou degré de pâleur d’une couleur, est liée à la pureté colorimétrique. L’équation pour la pureté colorimétrique est: P = L / (Lw + L). Dans cette équation, L est la luminance du stimulus de lumière colorée, Lw est la luminance du stimulus de lumière blanche à mélanger avec la lumière colorée. L’équation ci-dessus est un moyen de quantifier la quantité de lumière blanche qui est mélangée avec la lumière colorée. Dans le cas de la couleur spectrale pure, sans lumière blanche ajoutée, L est égal à un et Lw est égal à zéro. Cela signifie que la pureté colorimétrique serait égale à un, et pour tout cas impliquant l’addition de lumière blanche, la pureté colorimétrique, ou la valeur de P, serait inférieure à un. La pureté d’un stimulus de couleur spectrale peut être modifiée en ajoutant un stimulus blanc, noir ou gris. Cependant, l’effet Abney décrit le changement de la pureté colorimétrique par l’ajout de lumière blanche. Afin de déterminer l’effet que le changement de la pureté a sur la teinte perçue, il est important que la pureté soit la seule variable dans l’expérience; la luminance doit être maintenue constante.

Discrimination de teinte
Le terme discrimination de teinte est utilisé pour décrire le changement de longueur d’onde qui doit être obtenu pour que l’oeil puisse détecter un changement de teinte. Une expression λ + Δλ définit l’ajustement de longueur d’onde requis qui doit avoir lieu. Une petite variation (<2 nm) de la longueur d'onde fait apparaître la plupart des couleurs spectrales sous une teinte différente. Cependant, pour la lumière bleue et la lumière rouge, un changement de longueur d'onde beaucoup plus important doit se produire pour qu'une personne soit capable d'identifier une différence de teinte. Histoire L'article original décrivant l'effet Abney a été publié par Sir William de Wiveleslie Abney dans Proceedings of the Royal Society de Londres, série A en décembre 1909. Il a décidé de faire des recherches quantitatives suite à la découverte que les observations visuelles de couleur ne correspondaient pas aux dominantes. couleurs obtenues photographiquement lors de l'utilisation de modèles de fluorescence. Un appareil de mesure des couleurs couramment utilisé dans les expériences dans les années 1900 a été utilisé en conjonction avec des miroirs partiellement argentés pour diviser un faisceau de lumière en deux faisceaux. Cela a abouti à deux faisceaux de lumière parallèles les uns aux autres ayant la même intensité et la même couleur. Les faisceaux de lumière étaient projetés sur un fond blanc, créant des taches de lumière de 32 mm (1,25 pouce). La lumière blanche a été ajoutée à l'une des taches de lumière colorée, le patch sur la droite. Une tige a été insérée dans la trajectoire des deux poutres de sorte qu'il n'y aurait pas d'espace entre les surfaces colorées. Une tige supplémentaire a été utilisée pour créer une ombre où la lumière blanche diffusée sur le patch qui ne devait pas recevoir de la lumière blanche (le patch sur le côté gauche). La quantité de lumière blanche ajoutée a été déterminée comme la moitié de la luminosité de la lumière colorée. La source de lumière rouge, par exemple, a ajouté plus de lumière blanche que la source de lumière jaune. Il a commencé à utiliser deux taches de lumière rouge, et en fait, l'ajout de lumière blanche à la tache lumineuse sur la droite a causé un ton plus jaune que la source de lumière rouge pure. Les mêmes résultats se sont produits lorsque la source de lumière expérimentale était orange. Lorsque la source de lumière était verte, l'ajout de lumière blanche a rendu l'apparence du patch jaune-vert. Par la suite, lorsque la lumière blanche a été ajoutée à la lumière jaune-vert, le patch de lumière est apparu principalement jaune. Dans un mélange de lumière bleu-vert (avec un pourcentage légèrement plus élevé de bleu) avec la lumière blanche, le bleu a semblé prendre une teinte rougeâtre. Dans le cas d'une source de lumière violette, l'ajout de lumière blanche a fait que la lumière violette a pris une teinte bleue. Sir Abney a émis l'hypothèse que le changement de teinte qui en résultait était dû à la lumière rouge et à la lumière verte qui étaient des composantes de la lumière blanche ajoutées. Il pensait également que la lumière bleue qui comprend également le faisceau de lumière blanche était un facteur négligeable qui n'avait aucun effet sur le décalage de teinte apparent. Sir Abney a pu prouver son hypothèse expérimentalement en faisant coïncider presque exactement ses valeurs expérimentales de composition en pourcentage et de luminosités des sensations rouge, verte et bleue avec les valeurs calculées. Il a examiné le pourcentage de composition et de luminosité trouvé dans les différentes couleurs spectrales ainsi que la source de lumière blanche qui a été ajoutée. Une nouvelle prise sur l'effet Abney Alors que la non-linéarité du codage de couleur neural, comme en témoigne la compréhension classique de l'effet Abney et son utilisation de la lumière blanche à des longueurs d'onde particulières, a été étudiée par le passé, une nouvelle méthode a été entreprise par des chercheurs de l'Université de Nevada. Plutôt que d'ajouter de la lumière blanche à la lumière monochromatique, la bande passante du spectre était variée. Cette variation de bande passante visait directement les trois classes de récepteurs cônes comme moyen d'identifier les décalages de teinte perçus par l'œil humain. L'objectif global de la recherche était de déterminer si l'aspect de la couleur était affecté par les effets de filtrage de la sensibilité spectrale de l'œil. Des expériences ont montré que les rapports de cône signalaient qu'une teinte était ajustée de manière à produire une teinte constante correspondant à la longueur d'onde centrale de la source de lumière. En outre, les expériences menées ont montré essentiellement que l'effet Abney ne tient pas compte de tous les changements de pureté de la lumière, mais se limite beaucoup à certains modes de dégradation de la pureté, à savoir l'ajout de lumière blanche. Étant donné que les expériences effectuées variaient la largeur de bande de la lumière, un moyen similaire mais différent d'altérer la pureté et donc la teinte de la lumière monochromatique, la non-linéarité des résultats affichés différemment de ce qui était traditionnellement vu. Les chercheurs ont finalement conclu que les variations de la bande passante spectrale provoquent des mécanismes post-récepteurs pour compenser les effets de filtrage imposés par les sensibilités cônes et l'absorption pré-rétinienne et que l'effet Abney se produit parce que l'œil a été trompé cela ne se produirait pas naturellement et doit donc s'approcher de la couleur. Cette approximation pour compenser l'effet Abney est une fonction directe des excitations de cônes expérimentées avec un spectre large bande. Faits intéressants Un brevet pour une imprimante couleur qui prétend compenser l'effet Abney a été publié en 1995. L'effet Abney doit être pris en compte lors de la conception du cockpit des avions de combat modernes. Les couleurs visualisées sur l'écran deviennent désaturées lorsque la lumière blanche frappe l'écran, donc des considérations spéciales sont faites pour contrer l'effet Abney. Il existe un large éventail de couleurs spectrales qui peuvent être faites pour correspondre exactement à une couleur pure en ajoutant différents niveaux de lumière blanche. Il reste à savoir si l'effet Abney est un phénomène résultant qui se produit par hasard pendant la perception des couleurs ou l'effet joue un rôle délibéré dans la façon dont l'œil code pour la couleur.