Menu
Menu
Comme vous le savez, l’homme voit en couleur, surtout le jour.
Si l’on voit un objet, c’est uniquement parce qu’il est éclairé par une source lumineuse et que sa couleur se détache de celle de son arrière-plan, c’est-à-dire de l’environnement dans lequel il se trouve. Les limites des objets sont simplement les différences de leurs couleurs et de leurs contrastes, et ainsi, dans son environnement, l’homme est capable de distinguer plusieurs formes, afin d’analyser et d’interpréter ce qui se passe.
Les gens voient ce qui est réfléchi par la lumière, et la couleur d’une surface dépend donc de la manière dont elle est éclairée et de notre position en tant qu’observateur.
Si vous regardez des objets ou des personnes dans une pièce normalement éclairée, vous voyez le résultat de la réflexion de la lumière sur ces objets.
Ce qu’il faut retenir à ce stade, c’est que toute matière sur la planète (peau humaine, feuilles, mer, métal, pierre, etc.) réagit différemment lorsqu’elle est éclairée. La lumière peut être réfléchie sur toutes les matières ; elle peut être complètement absorbée, ou partiellement absorbée et partiellement réfléchie, et peut être perçue comme des couleurs différentes. Nous verrons cela plus en détail par la suite.
La lumière blanche et naturelle du soleil est en fait composée de différentes couleurs.
Vous vous souvenez peut-être de cette expérience qui consiste à faire passer un rayon lumineux à travers un prisme et à faire apparaître les couleurs de l’arc-en-ciel.
Cette expérience montre simplement que la lumière « blanche » du soleil est composée de plusieurs couleurs. Chaque couleur est une onde électromagnétique avec une longueur d’onde bien définie. Selon la taille de la longueur d’onde, celle-ci ne se propagera pas à la même vitesse à travers le prisme ; et en ayant une forme spécifique, il déviera la sortie de la longueur d’onde.
De plus, la partie que l’homme peut voir avec ses yeux, appelée « spectre visible », n’est qu’une très petite partie du spectre électromagnétique complet, mais nous y reviendrons plus tard.
Nous pouvons voir ces couleurs parce que notre œil n’est sensible qu’aux rayons dont la longueur d’onde se situe approximativement entre 0,38 et 0,75 millionième de mètre, c’est-à-dire entre 380nm (violet) et 750nm (rouge).
Entre ces 2 valeurs, on trouve les différentes nuances des couleurs de l’arc-en-ciel.
Selon la valeur de cette longueur d’onde, nous percevons ces rayons comme une lumière d’une certaine couleur. Ainsi, si nous regardons une lampe qui émet une lumière d’une longueur d’onde de 0,4 μm (400nm), nous la verrons comme étant violette. Si la lampe émet une longueur d’onde plus courte (dans l’ultraviolet), nous ne verrons rien, car elle est inférieure au seuil de sensibilité de l’œil. C’est le cas pour les longueurs d’onde supérieures à 750nm.
Parmi ces couleurs, 3 sont des couleurs primaires : le rouge, le vert et le bleu.
Nous appelons ces trois couleurs les couleurs primaires, car il est possible de créer toutes les couleurs de l’arc-en-ciel à partir d’elles.
Les couleurs primaires sont mélangées pour obtenir des couleurs secondaires. Par exemple, en mélangeant du rouge et du vert, on obtient du jaune (c’est ce qu’on appelle la synthèse additive).
Couleurs secondaires : cyan, magenta, jaune.
Enfin, les couleurs tertiaires peuvent être obtenues par le mélange d’une couleur primaire et d’une couleur secondaire.
Couleurs tertiaires : orange, chartreuse, vert printemps, azur, violet, rose (RVB).
À noter :
Comme pour les couleurs de l’arc-en-ciel, si l’on additionne les couleurs primaires, le rouge, le vert et le bleu, on obtient du blanc.
Le noir est l’absence de couleur.
À ce stade, il est important de comprendre le lien entre les couleurs qui composent la lumière blanche du soleil et l’œil humain.
Nous avons vu précédemment que le spectre visible s’étendait approximativement de 380 à 750 nm, ce qui est une longueur d’onde extrêmement petite.
Mais alors pourquoi l’œil humain ne serait-il sensible que dans cette bande de fréquence ?
En fait, à l’intérieur de l’œil humain, il y a des cônes et des bâtonnets.
Ces bâtonnets sont des cellules sensibles à l’intensité lumineuse : ils traduisent pour notre cerveau le degré d’éclat de la lumière.
Cependant, ils ne peuvent pas différencier deux couleurs aussi vives l’une que l’autre. De plus, les bâtonnets sont beaucoup plus sensibles que les cônes. En effet, lorsque nous nous trouvons dans un environnement faiblement éclairé, nous avons du mal à distinguer les couleurs et les objets nous apparaissent alors grisâtres ; dans cette situation, la lumière est suffisante pour stimuler les bâtonnets, mais pas les cônes. La nuit, ce sont les bâtonnets qui nous permettent de voir.
Les cônes sont des cellules qui réagissent à la couleur. Ils permettent de différencier deux teintes. Il y a dix fois moins de cônes que de bâtonnets. Trois types de cônes ont été découverts, chacun étant sensible à une certaine gamme de longueur d’onde : les cônes « S » sont très sensibles aux bleus, les « M » aux verts et les « L » aux rouges.
L’homme est donc équipé de cellules sensibles aux trois couleurs primaires : le rouge, le vert et le bleu. C’est aussi par rapport à notre référence d’être humain, que nous avons décrété que ces trois couleurs étaient des couleurs primaires.
Et lorsque nous parlons d’un spectre lumineux « visible », nous parlons d’un spectre visible en relation avec les capacités humaines. D’autres espèces vivantes peuvent avoir un spectre « visible » différent du nôtre et avoir des cellules sensibles à d’autres longueurs d’onde.
En résumé, la lumière qui provient d’un objet que nous observons (lumière émise ou diffuse) va pénétrer dans notre œil par la pupille (chargée de réguler le flux lumineux entrant), traverser le cristallin puis le globe oculaire, et finir par stimuler les cellules nerveuses qui tapissent la rétine, au fond de l’œil, c’est-à-dire les cônes et les bâtonnets. Chaque type de cône est plus ou moins stimulé selon son type (S, M ou L) et la composition de la lumière reçue. C’est cet ensemble de signaux qui est interprété par le cerveau pour correspondre à une couleur. Ainsi, une lumière jaune stimulera les cônes M et L (qui, malgré leur sensibilité au rouge et au vert, sont sensibles aux longueurs d’onde du jaune), mais pas les S (sensibles aux bleus). L’information « vert » + « rouge » sera traduite par « jaune ».
Ce qu’il faut savoir (1) :
Environ 80% des cônes tapissent la zone centrale de la rétine, ou fovéa. Cette zone correspond à l’endroit où se forme le centre de l’image. La nuit, dans la faible lumière des étoiles et d’un quart de lune, nous ne pouvons pas distinguer les objets qui sont juste devant nous. En effet, la fovéa ne contient pas de bâtonnets (100 % des bâtonnets sont placés sur la rétine), et ne réagit donc pas à la faible luminosité.
Pour que notre cerveau « comprenne » ce qui se trouve devant nous, nous devons déplacer nos yeux, ou « balayer » la scène pour que les bâtonnets, présents autour de la fovéa, « voient » ce qui nous intéresse. Cette méthode est bien connue des militaires.
Ce qu’il faut savoir (2) :
Il a été indiqué précédemment que l’environnement a une forte influence sur notre perception des couleurs.
Pour le démontrer, voici un exemple de contrastes de luminosité.
Notre œil s’adapte à l’intensité lumineuse moyenne d’une zone donnée. Dans un environnement très lumineux, notre pupille se ferme pour « réguler » le flux de lumière reçu. Dans l’obscurité, la pupille s’ouvre plus largement. Conséquence immédiate : une même couleur sera perçue comme plus foncée sur un fond clair que sur un fond foncé.
Dans l’exemple ci-dessous : le point gris au centre apparaît plus clair à gauche qu’à droite alors qu’il s’agit exactement de la même couleur.
Il en va de même pour les contrastes de saturation ou de tons.
Pour ce faire, il faut d’abord comprendre quelques concepts…
A. Comportement des différentes matières lorsqu’elles sont éclairées par un faisceau lumineux
Toute matière (vivante, matérielle, etc.) réagit à la lumière.
Par exemple, si un rayon de lumière frappe un objet, celui-ci peut :
1) Réfléchir une partie de cette lumière
La lumière qui frappe l’objet rebondit sur la surface en direction de notre œil. La plupart des objets qui nous entourent se comportent ainsi : une table, un vêtement, un fruit, ainsi que la lune ou toute planète vue de la Terre.
Le rapport entre l’énergie réfléchie et l’énergie incidente est appelé réflectance.
2) Absorber une partie de ces rayons lumineux
Le rapport entre l’énergie absorbée et l’énergie incidente s’appelle l’absorbance.
3) Transmettre une partie de ces rayons lumineux
Elle est partielle mais plus ou moins fidèle. La lumière reçue traverse la matière de l’objet, est filtrée et poursuit son chemin vers notre œil. Un filtre en plastique coloré, une diapositive, des lunettes et des verres de lunettes de soleil en sont quelques exemples.
Le rapport entre l’énergie transmise et l’énergie incidente est appelé transmittance.
4) Réémettre une partie de la lumière absorbée sous forme de rayonnement infrarouge lointain
Dans un système stable (le rayonnement absorbé et la température du matériau sont constants). Le rapport entre l’énergie émise et l’énergie absorbée est appelé coefficient d’émissivité.
Bien entendu, certains matériaux éclairés par certains rayons peuvent faire tout cela à la fois.
Ainsi, chaque matériau a ses propres propriétés et réagit donc différemment selon la longueur d’onde de la lumière qu’il reçoit.
Note :
L’objet lui-même peut émettre de la lumière : c’est le cas d’une ampoule, de la flamme d’une bougie, du soleil, d’une LED, etc.
Prenons le cas, par exemple, d’une tomate. Si nous l’éclairons avec de la lumière blanche, les propriétés de la tomate feront qu’elle absorbera les rayons bleus et verts (c’est-à-dire la partie du spectre allant du violet à l’orange), qui réfléchiront ensuite les rayons rouges qui atteindront notre œil. C’est pourquoi l’homme voit une tomate rouge pendant la journée.
Si vous placez la tomate dans l’obscurité et que vous l’éclairez avec une lumière jaune ou magenta, le fruit restera rouge. La lumière jaune est donc formée de rouge et de vert, et la lumière magenta de rouge et de bleu. La tomate absorbe tout sauf le rouge, de sorte que notre œil reçoit l’onde rouge par réflexion : pour un humain, son apparence n’a pas changé.
En revanche, si nous l’éclairons maintenant avec une lumière verte ou bleue (qui ne contient pas de composante rouge), la tomate nous apparaîtra noire car elle aura absorbé tous les rayons et rien n’aura été réfléchi vers notre œil.
Nous avons donné un exemple utilisant un rayon de lumière, mais cela fonctionne exactement de la même manière que pour n’importe quel type de rayon sur l’ensemble du spectre. Les objets peuvent également émettre ou réfléchir des longueurs d’onde qui nous sont invisibles. Il s’agit simplement d’une question d’interaction entre la matière et la longueur d’onde du rayon incident.
Nous verrons également que pour certaines applications, il est utile d' »éclairer » par infrarouge, c’est-à-dire qu’un émetteur infrarouge va éclairer un milieu (on ne voit rien à l’œil nu) et utiliser un récepteur infrarouge sensible, qui va alors récupérer les rayons réfléchis, exactement comme l’œil humain qui récupère les rayons de lumière réfléchis par l’objet regardé.
The visible part of the electromagnetic spectrum (by humans), which we saw earlier, is actually only a minute part of the full spectrum.
From either side of the visible spectrum there are different bands of frequency containing different properties and uses. We do not see these waves, but we can feel a few of them:
By going towards higher frequencies (thus shorter wavelengths), we will first find the Ultra-violet rays (UV-a and UV-b produced by the sun, we can’t see them but they make us tan and can be very dangerous for the skin and eyes!). Next, we find X rays that serve especially in the medical field and finally, Gamma rays.
As we move towards lower frequencies, Infra-red is found initially, which can be sub-divided into VNIR / SWIR bands for near infrared and MWIR / LWIR bands which correspond to thermal. We can feel radiation in the form of heat. Next, we find the TeraHertz band which links the field of photonics with radio waves. The THz is used, for example, in airport doorway-detectors (to detect weapons). Next, there are microwaves which have numerous applications, including radar. This then brings us to radio and TV waves, used for mobile telephony, radio or TV.
All these waves are not visible to humans, but they are «visible» by receivers or sensors.
For example, there are image sensors in the visible spectrum (that is, in sensors that are used to make cameras), however, there are also image sensors in UV, infrared, Thz etc. which serve in manufacturing cameras for which the result must be adapted for humans to be able to visualize and interpret these images.
En fonction du problème à résoudre avec un système de vision, on commencera par étudier la signature spectrale des différentes matières afin de trouver une bande de fréquence dans laquelle elles réagissent, puis on construira le système complet permettant de les « voir » afin de détecter l’objet dans la bande de fréquence souhaitée.
A titre d’exemple, voici un graphique illustrant les signatures spectrales des surfaces naturelles prédominantes :
Ce que ce graphique nous apprend :
La neige a une forte réflectance dans le spectre visible mais est très faible dans l’infrarouge moyen ;
Que la végétation reflète le vert (environ 530nm de longueur d’onde) mais a aussi une forte réflectance dans le proche infrarouge ; ainsi, si nous éclairons une feuille dans le proche infrarouge, elle apparaîtra blanche sur un écran ;
Que l’eau reflète une partie de la lumière visible mais absorbe complètement l’infrarouge ; ainsi, si l’on éclaire un milieu avec une source infrarouge, l’eau apparaîtra noire sur un écran.
Remarque : chaque type de plante ou d’arbre possède une signature spectrale unique qui dépend de sa croissance, ainsi que des conditions et contraintes environnementales (humidité, température, etc.).
Dans le cas du verre :
Le verre a la particularité d’avoir une transmittance élevée pour le rayonnement solaire (lumière visible et proche infrarouge) mais une transmittance faible pour le rayonnement infrarouge lointain ; en d’autres termes, le verre bloque les rayons lumineux infrarouges lointains en les absorbant. Ainsi, si vous observez une personne avec des lunettes dans l’infrarouge lointain (thermique), vous verrez des dégradés de couleurs dans les zones de son corps qui dégagent de la chaleur tandis que ses lunettes seront noires.
Le verre est donc idéal pour créer un effet de serre : il laisse passer les rayons du soleil et retient les rayons infrarouges réémis par d’autres matières. Sur ce schéma, on voit que le verre absorbe une partie des UV et des infrarouges lointains tout en laissant passer les ondes du spectre visible dans l’infrarouge proche.
Dans le domaine militaire, des systèmes optroniques utilisant différentes bandes de fréquences sont utilisés en fonction des conditions d’opération, notamment pour la détection, la reconnaissance et l’identification. D’autre part, les techniques de camouflage, dont le but est de retarder les images pour un temps de détection maximal, ont bénéficié d’énormes progrès technologiques, que ce soit dans la dissimulation de l’individu combattant, des véhicules ou la réduction des forces de signature électromagnétique (par exemple la signature infrarouge).
La concurrence est intense dans ce domaine avec des moyens de détection de plus en plus performants (radar, infrarouge, thermique) et des technologies qui réduisent les signatures électromagnétiques des personnes et des équipements. Ainsi, l’éternel duel entre l’épée et le bouclier se poursuit…
Pour plus d’informations, vous pouvez télécharger notre catalogue de produits
Assurez-vous de comprendre les éléments essentiels de l’optronique grâce à notre livre blanc.
Copyright ® 2024 Nexvision. Tous droits réservés. Politique de confidentialité – Conditions d’utilisation