Constance de couleur

La constance des couleurs est un exemple de constance subjective et une caractéristique du système de perception de la couleur humaine qui garantit que la couleur perçue des objets reste relativement constante dans des conditions d’éclairage variables. Une pomme verte par exemple nous semble verte à midi, lorsque l’éclairage principal est la lumière blanche du soleil, et aussi au coucher du soleil, lorsque l’éclairage principal est rouge. Cela nous aide à identifier les objets.

Vision des couleurs
La vision des couleurs est un processus par lequel les organismes et les machines sont capables de distinguer les objets en fonction des différentes longueurs d’onde de la lumière réfléchie, transmise ou émise par l’objet. Chez l’homme, la lumière est détectée par l’œil en utilisant deux types de photorécepteurs, cônes et bâtonnets, qui envoient des signaux au cortex visuel, qui à son tour les transforme en une perception subjective de la couleur. La constance des couleurs est un processus qui permet au cerveau de reconnaître un objet familier comme étant une couleur cohérente, quelle que soit la quantité ou les longueurs d’onde de la lumière réfléchie à un moment donné.

Illumination de l’objet
Le phénomène de constance des couleurs se produit lorsque la source d’éclairage n’est pas directement connue. C’est pour cette raison que la constance des couleurs prend plus d’effet sur les jours ensoleillés et clairs que sur les jours nuageux. Même lorsque le soleil est visible, la constance des couleurs peut affecter la perception des couleurs. Ceci est dû à une ignorance de toutes les sources possibles d’illumination. Bien qu’un objet puisse refléter de multiples sources de lumière dans l’œil, la constance des couleurs fait que les identités objectives restent constantes.

Selon le Dr DH Foster (2011), «dans l’environnement naturel, la source elle-même peut ne pas être bien définie en ce sens que l’illumination à un point particulier d’une scène est habituellement un mélange complexe de lumière directe et indirecte répartie sur une gamme. des angles d’incidence, à leur tour modifiés par l’occlusion locale et la réflexion mutuelle, qui peuvent varier avec le temps et la position. « Le large spectre des illuminations possibles dans l’environnement naturel et la capacité limitée de l’œil humain à percevoir la couleur joue un rôle fonctionnel dans la perception quotidienne. La constance des couleurs permet aux humains d’interagir avec le monde d’une manière cohérente ou véridique et cela permet de porter un jugement plus efficace sur l’heure de la journée.

Base physiologique
La base physiologique de la constance des couleurs est supposée impliquer des neurones spécialisés dans le cortex visuel primaire qui calculent les rapports locaux de l’activité des cônes, ce qui est le même calcul que l’algorithme retinex de Land pour obtenir la constance des couleurs. Ces cellules spécialisées sont appelées cellules double-adverses car elles calculent à la fois l’opposition de couleur et l’opposition spatiale. Nigel Daw a d’abord décrit les cellules à double adversaire dans la rétine du poisson rouge. Il y avait un débat considérable sur l’existence de ces cellules dans le système visuel des primates; leur existence a finalement été prouvée en utilisant une cartographie de terrain réceptif à corrélation inverse et des stimuli spéciaux qui activent sélectivement des classes de cônes uniques à la fois, ce que l’on appelle des stimuli « d’isolation de cônes ».

La constance des couleurs ne fonctionne que si l’éclairage incident contient une plage de longueurs d’onde. Les différentes cellules coniques de l’œil enregistrent des plages de longueurs d’onde différentes mais chevauchantes de la lumière réfléchie par chaque objet de la scène. A partir de cette information, le système visuel tente de déterminer la composition approximative de la lumière d’éclairage. Cette illumination est ensuite écartée afin d’obtenir la «vraie couleur» ou réflectance de l’objet: les longueurs d’onde de la lumière que l’objet reflète. Cette réflectance détermine alors en grande partie la couleur perçue.

Mécanisme neuronal
Il existe deux mécanismes possibles pour la constance des couleurs. Le premier mécanisme est l’inférence inconsciente. La deuxième vue considère que ce phénomène est causé par l’adaptation sensorielle. La recherche suggère que la constance des couleurs soit liée aux changements dans les cellules rétiniennes ainsi que dans les zones corticales liées à la vision. Ce phénomène est probablement attribué à des changements dans les différents niveaux du système visuel.

Adaptation du cône
Les cônes, cellules spécialisées dans la rétine, s’ajusteront aux niveaux de lumière dans l’environnement local. Cela se produit au niveau des neurones individuels. Cependant, cette adaptation est incomplète. L’adaptation chromatique est également régulée par des processus dans le cerveau. La recherche chez le singe suggère que les changements dans la sensibilité chromatique sont corrélés à l’activité dans les neurones géniculés latéraux parvocellulaires. La constance de la couleur peut être attribuée à la fois à des changements localisés dans des cellules rétiniennes individuelles ou à des processus neuronaux de niveau supérieur dans le cerveau.

Métamérisme
Le métamérisme, la perception des couleurs dans deux scènes distinctes, peut aider à éclairer la recherche sur la constance des couleurs. La recherche suggère que lorsque des stimuli chromatiques concurrents sont présentés, les comparaisons spatiales doivent être complétées tôt dans le système visuel. Par exemple, lorsque les sujets présentent des stimuli de manière dichoptique, un tableau de couleurs et une couleur de vide, comme le gris, et sont invités à se concentrer sur une couleur spécifique de la matrice, la couleur du vide apparaît différemment que lorsqu’elle est perçue dans un binoculaire. mode. Cela signifie que les jugements de couleur, en ce qui concerne les comparaisons spatiales, doivent être complétés au niveau ou avant les neurones monoculaires V1. Si des comparaisons spatiales se produisent plus tard dans le système visuel, comme dans la zone corticale V4, le cerveau pourrait percevoir à la fois la couleur et la couleur du vide comme si elles étaient vues de manière binoculaire.

Théorie de Retinex
L’effet a été décrit en 1971 par Edwin H. Land, qui a formulé la «théorie du retinex» pour l’expliquer. Le mot « retinex » est un portmanteau formé de « rétine » et de « cortex », suggérant que l’œil et le cerveau sont impliqués dans le traitement.

L’effet peut être démontré expérimentalement comme suit. Un affichage appelé « Mondrian » (d’après Piet Mondrian dont les peintures sont similaires) constitué de nombreuses taches colorées est montré à une personne. L’écran est éclairé par trois lumières blanches, l’une projetée à travers un filtre rouge, l’autre projetée à travers un filtre vert et l’autre projetée à travers un filtre bleu. Il est demandé à la personne d’ajuster l’intensité des lumières de manière à ce qu’une zone particulière de l’écran apparaisse blanche. L’expérimentateur mesure ensuite les intensités de la lumière rouge, verte et bleue réfléchie par ce patch blanc. Ensuite, l’expérimentateur demande à la personne d’identifier la couleur d’un patch voisin, qui par exemple apparaît en vert. Ensuite, l’expérimentateur ajuste les lumières de telle sorte que les intensités de la lumière rouge, bleue et verte réfléchies par la tache verte soient les mêmes que celles mesurées à l’origine à partir de la tache blanche. La personne montre la constance des couleurs en ce que le patch vert continue à apparaître en vert, le patch blanc continue à apparaître en blanc, et tous les patchs restants continuent à avoir leurs couleurs d’origine.

La constance des couleurs est une caractéristique souhaitable de la vision par ordinateur, et de nombreux algorithmes ont été développés à cette fin. Ceux-ci comprennent plusieurs algorithmes retinex. Ces algorithmes reçoivent en entrée les valeurs rouge / vert / bleu de chaque pixel de l’image et tentent d’estimer les réflectances de chaque point. Un tel algorithme fonctionne comme suit: la valeur maximale rouge rmax de tous les pixels est déterminée, ainsi que la valeur maximale verte gmax et la valeur maximale bleue bmax. En supposant que la scène contient des objets qui reflètent toute la lumière rouge, et (autres) objets qui reflètent toute la lumière verte et d’autres qui reflètent toute la lumière bleue, on peut en déduire que la source lumineuse est décrite par (rmax, gmax, bmax) . Pour chaque pixel avec des valeurs (r, g, b), sa réflectance est estimée comme (r / rmax, g / gmax, b / bmax). L’algorithme original de retinex proposé par Land et McCann utilise une version localisée de ce principe.

Bien que les modèles retinex soient encore largement utilisés dans la vision par ordinateur, la perception réelle des couleurs chez l’homme s’est révélée plus complexe.