Combien de couleurs et de nuances l'œil humain peut-il distinguer dans une même scène?

Combien de couleurs, de nuances, de teintes et de teintes distinctes la personne moyenne peut-elle distinguer dans une même scène? En d'autres termes, quelle est la profondeur de bits théorique requise pour être sûr d'enregistrer une photographie avec toutes les informations visuelles qu'un humain percevrait?

J'ai vu des réponses allant de 200 000 à 20 000 000, et il est difficile de distinguer l'autorité. Et le terme "couleur" est ambigu - est-ce que la teinte est juste signifiée, ou les différences de saturation et de légèreté sont-elles également incluses?

Lorsque je parle du nombre de couleurs perceptibles à l'œil humain, j'ai tendance à me référer aux 2,4 millions de couleurs de l'espace colorimétrique CIE 1931 XYZ. Il s'agit d'un chiffre assez solide et scientifiquement fondé, même si je reconnais qu'il peut être limité dans son contexte. Je pense qu'il peut être possible pour l'œil humain d'être sensible à 10-100 millions de "couleurs" distinctes en se référant à la fois à la chromaticité et à la luminosité.

Je baserai ma réponse sur le travail effectué par la CIE, qui a commencé dans les années 1930 et a de nouveau progressé dans les années 1960, avec quelques améliorations algorithmiques et de précision de la formule au cours des deux dernières décennies. En ce qui concerne les arts, y compris la photographie et l'impression, je pense que le travail effectué par la CIE est particulièrement pertinent, car il est à la base de la correction des couleurs et des modèles mathématiques modernes et de la conversion de l'espace colorimétrique.

La CIE, ou Commission internationale de l'étalage , crée en 1931 l' espace colorimétrique " CIE 1931 XYZ"". Cet espace colorimétrique était un tracé de couleur de toute pureté, cartographié de 700 nm (rouge proche infrarouge) à 380 nm (proche UV), et a progressé à travers toutes les longueurs d'onde de la lumière" visible ". Cet espace colorimétrique est basé sur la vision humaine , qui est un tri-stimulus créé par les trois types de cônes dans nos yeux: les cônes de longueur d'onde courte, moyenne et longue, qui correspondent aux longueurs d'onde 420-440 nm, 530-540 nm et 560-580 nm. Ces longueurs d'onde correspondent au bleu, au vert et les couleurs primaires jaune-rouge (ou rouge orangé). (Les cônes rouges sont un peu uniques, en ce sens que leur sensibilité a deux pics, le principal dans la gamme 560-580nm, et aussi un second dans le 410- Plage de 440 nm Cette double sensibilité de pointe indique que nos cônes «rouges» peuvent en fait être des cônes «magenta» en termes de sensibilité réelle.) Les courbes de réponse tristimulus sont dérivées d'un champ de vision de 2 ° de la fovéa, où nos cônes sont les plus concentrés et notre vision des couleurs, sous une intensité d'éclairage moyenne à élevée, est à son maximum.

L'espace colorimétrique CIE 1931 réel est mappé à partir des valeurs de tristimulus XYZ, qui sont générées à partir de dérivés rouges, verts et bleus, qui sont basés sur des valeurs de couleurs réelles rouge, vert et bleu (modèle additif.) Les valeurs de tristimulus XYZ sont ajustées pour un "illuminant standard", qui est normalement un blanc équilibré à la lumière du soleil de 6500K (bien que l'espace colorimétrique d'origine CIE 1931 ait été créé pour trois illuminants standardisés A 2856K, B 4874K et C 6774K), et pondéré selon un "observateur standard" (basé sur ce champ de vision fovéal de 2 °.) Le diagramme de couleurs standard CIE 1931 XYZ est en forme de fer à cheval et rempli d'un diagramme de "chromaticité" de "couleurs" pures, couvrant la gamme de teintes de 700 nm à 380 nm, et allant en saturation de 0 % centré au point blanc à 100% le long de la périphérie. C'est un "2,38 millions de couleurs que l'œil humain peut détecter sous un éclairage d'intensité modérément élevée à peu près la même température de couleur et luminosité de la lumière du jour (pas la lumière du soleil, qui est plus proche de 5000k, mais la lumière du soleil + la lumière du ciel bleu, environ 6500k.)

Alors, l'œil humain ne peut-il détecter que 2,4 millions de couleurs? Selon le travail effectué par la CIE dans les années 1930, sous un illuminant spécifique qui équivaut à l'intensité et à la température de couleur de la lumière du jour, en ne prenant en compte que les 2 ° de cônes concentrés dans la fovéa de nos yeux, il semble alors que nous pouvons en effet voir 2,4 millions de couleurs.

Cependant, les spécifications de la CIE ont une portée limitée. Ils ne tiennent pas compte des différents niveaux d'éclairage, des illuminants d'intensité ou de température de couleur différentes, ou du fait que nous avons plus de cônes répartis sur au moins une zone de 10 ° de nos rétines autour de la fovéa. Ils ne tiennent pas non plus compte du fait que les cônes périphériques semblent être plus sensibles au bleu que les cônes concentrés dans la fovéa (qui sont principalement des cônes rouges et verts).

Des améliorations ont été apportées aux tracés chromatiques de la CIE dans les années 60 et de nouveau en 1976, qui ont affiné «l'observateur standard» pour inclure un point sensible aux couleurs de 10 ° dans nos rétines. Ces améliorations apportées aux normes de la CIE n'ont jamais été très utilisées, et les recherches approfondies sur la sensibilité aux couleurs qui ont été effectuées en relation avec les travaux de la CIE se sont largement limitées à l'espace colorimétrique et à la trame chromatique de la CIE 1931 XYZ d'origine.

Compte tenu de la limitation de la sensibilité aux couleurs à seulement un point de 2 ° dans la fovéa, il est fort probable que nous puissions voir plus de 2,4 millions de couleurs, en particulier dans les bleus et les violettes. Ceci est corroboré par les améliorations apportées aux espaces colorimétriques CIE dans les années 1960 .

Le ton, peut-être la luminosité mieux étiquetée (la luminosité ou l'intensité d'une couleur), est un autre aspect de notre vision. Certains modèles mélangent la chromaticité et la luminosité, tandis que d'autres séparent distinctement les deux. L'œil humain contient une rétine composée des deux cônes ... des dispositifs sensibles à la "couleur", ainsi que des bâtonnets, qui sont indépendants de la couleur mais sensibles aux changements de luminosité. L'œil humain possède environ 20 fois plus de bâtonnets (94 millions) que de cônes (4,5 millions). Les bâtonnets sont également environ 100 fois plus sensibles à la lumière que les cônes, capables de détecter un seul photon. Les bâtonnets semblent être les plus sensibles aux longueurs d'onde bleu-vert de la lumière (environ 500 nm) et ont une sensibilité plus faible aux longueurs d'onde rougeâtres et proches des UV. Il convient de noter qu'une sensibilité des bâtonnets est cumulative, donc plus on observe une scène statique, plus le niveau de luminosité de cette scène sera clair pour l'esprit. Des changements rapides dans une scène, ou mouvement panoramique, réduiront la capacité de différencier la gradation tonale fine.

Étant donné la sensibilité beaucoup plus grande de la tige à la lumière, il semble logique de conclure que les humains ont une sensibilité plus fine et distincte aux variations d'intensité lumineuse qu'aux changements de teinte et de saturation lorsque l'on observe une scène statique pendant un certain temps. Je ne peux pas dire exactement comment cela prend en compte notre perception de la couleur et comment cela affecte le nombre de couleurs que nous pouvons voir. Un simple test de sensibilité tonale peut être effectué par une journée claire, tout comme le soleil se couche. Le ciel bleu peut aller du bleu presque blanc au bleu nuit foncé foncé. Alors que la teinte d'un tel ciel couvre une très petite plage, la tonalité est immense et très fine. En observant un tel ciel, on peut voir un changement infiniment fluide du blanc-bleu vif au bleu ciel en bleu nuit foncé.

Des études sans rapport avec les travaux de la CIE ont indiqué un large éventail de «couleurs maximales» que l'œil humain peut percevoir. Certains ont une limite supérieure de 1 million de couleurs, tandis que d'autres ont une limite supérieure de 10 millions de couleurs. Des études plus récentes ont montré que certaines femmes ont un quatrième type de cône unique, un cône "orange", qui pourrait éventuellement étendre leur sensibilité à 100 millions, mais cette étude a pris en compte à la fois la chromaticité et la luminosité dans leur calcul de la "couleur".

Cela pose finalement la question, peut-on séparer la chromaticité de la luminosité lors de la détermination de la "couleur"? Préfère-t-on définir le terme "couleur" comme signifiant la teinte, la saturation et la luminosité de la lumière que nous percevons? Ou vaut-il mieux séparer les deux, garder la chromaticité distincte de la luminosité? Combien de niveaux d'intensité l'œil peut-il vraiment voir, par rapport à combien de différences distinctes de chromaticité? Je ne suis pas sûr que ces questions aient encore reçu une réponse scientifique.

Un autre aspect de la perception des couleurs concerne le contraste. Il est facile de percevoir une différence entre deux choses lorsqu'elles contrastent bien. Lorsque vous essayez de déterminer visuellement le nombre de "couleurs" que vous voyez en regardant différentes nuances de rouge, il peut être assez difficile de dire si deux nuances similaires sont différentes ou non. Cependant, comparez une nuance de rouge avec une nuance de vert, et la différence est très nette. Comparez cette nuance de vert en séquence avec chaque nuance de rouge, et l'œil peut plus facilement détecter les différences de nuances de rouge en relation périphérique entre elles ainsi qu'en contraste avec le vert. Ces facteurs sont tous des facettes de la vision de notre esprit, qui est un appareil beaucoup plus subjectif que l'œil lui-même (ce qui rend difficile d'évaluer scientifiquement la perception des couleurs au-delà de la portée de l'œil lui-même.dans le contexte d'un cadre sans aucun contraste.

150: le nombre de teintes que l'œil peut distinguer dans le spectre.

1000000: le nombre de couleurs (combinaisons de teinte, saturation et luminosité) que l'œil peut distinguer dans des conditions de laboratoire optimales.

De visualexpert.com

Cependant, cela semble être un sujet controversé.

Quelques points.

1. Le million de couleurs discriminables, même s'il est vrai, s'applique au mieux aux conditions de laboratoire idéales. Dans le monde réel, le nombre va sans doute être beaucoup, beaucoup plus petit. Vous pouvez ignorer en toute sécurité tout ce discours sur des millions de couleurs.

2. En photographie, la plage dynamique est une infime fraction de la plage dynamique de la scène, vous ne pouvez donc pas produire beaucoup de couleurs de toute façon. Toutes les technologies répertorient de manière drastique la gamme de production de couleurs. Surtout des imprimés.

3. Le nombre de bits nécessaires dépend de beaucoup plus que le nombre de couleurs. L'espace colorimétrique n'est pas linéaire (voir la loi de Weber, la loi de Fechner, les ellipses de McAdam, etc.), vous ne pouvez donc pas simplement diviser l'espace colorimétrique en une série d'étapes de taille égale en fonction du nombre de bits. Vous aurez toujours besoin de beaucoup plus de bits que le nombre de couleurs ne le suggère. 24 bits produit 16 millions de couleurs, mais il ne produit toujours pas de bonnes images. Vous avez besoin d'au moins 10 ou 12 bits par couleur pour créer des dégradés fluides sans bandes.

Pour vous donner une idée: la plupart des moniteurs prétendent pouvoir afficher environ 16 millions de couleurs. Les panneaux moins chers ne sont en fait que 6 bits / canal et utilisent le tramage pour mélanger les 16 millions. C'est réellement perceptible! (certains utilisent le tramage animé, vous pouvez le voir comme un léger effet de scintillement) Le vrai 24 bits (8 / canal) est à mon avis vraiment nécessaire pour de belles transitions de couleurs fluides.

"Ce qui, à son tour, soulève la question: les formats qui utilisent 48 bits, 16 par canal, sont-ils bien plus gros que nécessaire?"

• Cela dépend de l'utilisation que vous souhaitez en faire. Juste pour l'affichage sur l'écran, oui. Mais si vous voulez travailler avec l'image ou comme format d'entrée, non.