Peinture de Claude Monet. « Le peintre ayant sur sa palette des couleurs, peint de la couleur, c'est tout simple. »

La couleur est la perception visuelle de la répartition spectrale de la lumière visible. Cette sensation prend son origine dans la stimulation de cellules nerveuses spécialisées nommées cônes et situées sur la rétine.

La couleur peut se décrire dans une approche artistique, qui recherche des indications capables de guider les praticiens dans leur perception de la couleur et de l'emploi des pigments pour reproduire ou évoquer la sensation de couleur ; dans une approche chimique, qui établit et classe des répertoires de pigments ; dans une approche physique, par l'analyse spectrale ; dans une approche physiologique, qui relie la perception au système visuel ; dans une approche psychophysique, débouchant sur la colorimétrie et sur la décomposition en composantes permettant une synthèse des couleurs.

La couleur permet de coder une information. Un nombre réduit de nuances évite l'ambiguïté. L'usage des drapeaux a fait qu'à la mer et ailleurs, les couleurs désignent par métonymie le pavillon maritime national, comme en milieu urbain celui des livrées et uniformes colorés peuvent faire appeler couleurs les vêtements ou accessoires caractéristiques d'un club ou groupe.

Les associations mentales des couleurs leur donnent une symbolique, qui peut varier quelque peu selon les cultures et les individus.

Approches de la couleur

« Il est difficile de définir la couleur » — Sève 2009, p. 7

Selon l'approche, la description de la couleur utilise des termes et des méthodes différentes.

Approche artistique L'approche des artistes, essentiellement pratique, tire parti des approches physiologique et chimique, qu'elle a souvent inspirées. Mais alors que les deux autres recherchent des repères objectifs de la couleur, c'est-à-dire un moyen de la coder en textes transmissibles, de sorte qu'une personne insensible aux couleurs puisse employer, avec succès, la couleur désignée par un code, les artistes se basent sur la perception et l'éducation visuelles. L'approche artistique ne donne, par principe, aucune règle ni mesure, mais seulement les indications susceptibles d'organiser la perception en catégories, et de faciliter la mise en œuvre des pigments. Elle implique la reconnaissance de la nature cognitive de la perception des couleurs, raffinée par l'entraînement et la pratique. Approche chimique La couleur est une combinaison de pigments, dont l'existence cause la perception colorée. L'approche chimique produit des nomenclatures de produits et de teintes, et note les possibilités de mélange. Approche physique La lumière est un rayonnement électromagnétique défini par son analyse spectrale, c'est-à-dire la répartition de l'intensité en fonction de la longueur d'onde. Un rayonnement monochromatique se définit comme ayant toute son énergie dans une seule longueur d'onde, et on peut lui faire correspondre une couleur. Approche physiologique La couleur dérive de l'existence de récepteurs nerveux spécifiques dans l'œil, les cônes, dont il existe, chez l'humain, trois types. On définit la couleur par les trois intensités résultant du filtrage de la lumière par les trois filtres correspondant à ces trois types de cône. Une infinité de lumières physiquement différentes peuvent résulter dans la même couleur. Les couleurs perçues par l'œil humain peuvent être représentées par un modèle colorimétrique à trois dimensions. Approche psychophysique La couleur est une perception répondant à des stimulus lumineux. Deux lumières, dont le spectre physique est différent mais que les sujets ne peuvent distinguer sont dites métamères. L'étude des métamères permet, avec la définition d'un blanc arbitraire, d'établir la notion de couleurs complémentaires, de définir les pourpres comme les complémentaires des couleurs qui n'en ont pas, et une lumière colorée en général par une intensité, une longueur d'onde dominante et une pureté d'excitation. Approche cognitive La couleur est une sensation, que l'on associe mentalement aux objets qui en produisent l'expression la plus marquée. L'identification des sensations colorées à des catégories est un apprentissage, plus ou moins poussé selon les personnes. Il permet l'usage conscient des couleurs dans des signes, et implique leur participation inconsciente à des symboles.

Comparaison des approches

S'il est parfois difficile de mettre en relation ces concepts, c'est que chacune des approches utilise des approximations convenables pour sa spécialité, mais qui ne s'appliquent pas ailleurs.

L'approche physique ne se soucie pas de la perception. Elle n'entre pas dans son champ de préoccupations ; que la radiation soit visible ou non lui est indifférent. Du moment que l'ordre de grandeur des longueurs d'onde rend nécessaire l'étude des rayonnements par leur puissance, ils relèvent de la radiométrie, peu importe qu'ils soient visibles ou non.

La physique est donc tout à fait indifférente à la lumière visible et à la couleur ; cependant, l'étude de celles-ci a un certain intérêt pratique et industriel. Depuis la Renaissance, des artistes et des savants ont cherché à baser la connaissance de la lumière et de la couleur sur des expériences plus systématiques, des notions moins individuelles et plus transmissibles, et à la relier aux domaines du savoir régis, de plus en plus, par des modèles mathématiques. Ces recherches aboutissent à la création au début du XX siècle de la photométrie, qui est une radiométrie pondérée par la sensibilité visuelle humaine, et de la colorimétrie, fondées l'une et l'autre sur le principe des expérimentations psychophysiques, où les participants des expériences réagissent à des stimulus aussi simples que possible. Ces principes ont produit des résultats industriels indéniables : la photographie et les écrans de télévision et d'ordinateurs en couleurs en témoignent.

Les stimulus de la colorimétrie sont de deux sortes : les couleurs d'ouverture, présentées isolées, de sorte qu'elles ne semblent appartenir à aucun objet, et les couleurs de surface, présentées avec une autre teinte de référence ou de comparaison. Tout le système colorimétrique se fonde sur la réponse à ses stimulus. Mais les artistes et praticiens de la couleur savent parfaitement qu'une teinte se perçoit différemment selon celles qui l'entourent. En 1960, l'artiste Josef Albers introduit son Interaction des couleurs par « une couleur n'est presque jamais vue telle qu'elle est réellement, telle qu'elle est physiquement ». Nombre d'enseignants traitent les perceptions qui ne correspondent pas au modèle colorimétrique d'aberrations et d'illusions, oubliant que la colorimétrie est supposée donner une représentation scientifique de la perception. Cette démarche ne crée à ceux qui se donnent pour objectifs d'être des praticiens, artisans de la couleur, que des difficultés : la colorimétrie ne rend que très mal compte des couleurs, dans l'environnement complexe où ils les emploient.

Josef Albers constate « la science et la vie ne sont pas toujours les meilleurs amis ». Lorsque le propos est de former des artistes connaisseurs de la couleur, il faut prendre en compte l'interaction des couleurs. C'est un apprentissage pratique, qui témoigne que la perception des couleurs est une capacité cognitive. La recherche progresse, d'une part à partir des postulats de la psychologie de la forme, et plus récemment par les investigations des neurosciences.

Couleurs des coloristes

Les principales notions sur la couleur ont d'abord été développées par les teinturiers et les artistes qui, par leur profession, les emploient. Ces notions sont accessibles à l'expérience de chacun bien que l'apprentissage et l'expérience donnent aux praticiens une finesse et une sûreté de vision supérieures. Les recherches scientifiques, fondées sur la physique, la physiologie et la psychologie expérimentale ont recherché les moyens de baser les mêmes notions sur une mesure physique.

Principales notions

Ces expériences se fondent sur les résultats obtenus par le mélange des pigments. Il est entendu qu'on part d'un support blanc.

Valeur On distingue d'abord les valeurs, c'est-à-dire la luminosité, entre blanc et noir. Bien que les valeurs se distinguent des couleurs proprement dites, l'estimation des valeurs d'un sujet représenté est la première tâche de la représentation en couleurs, par opposition au dessin, préoccupé surtout des contours. La méthode traditionnelle pour évaluer la valeur consiste à cligner des yeux, pour s'approcher de la vision nocturne, qui ne perçoit pas les couleurs. Vivacité La vivacité d'une couleur est le degré de ce qui la différencie d'un gris. Une couleur vive se distingue nettement d'une autre de même valeur, au contraire d'une couleur terne ou pâle. Ton Le ton ou tonalité désigne la couleur qu'on voit, alors que la couleur peut aussi désigner la peinture qui sert à la créer. Les tons se regroupent en champs chromatiques qui se reflètent dans le langage. Nuance Les nuances d'une couleur sont les petites différences entre des tons de même désignation. On peut dire que le bleu outremer est une nuance de bleu, et l'outremer véritable et le bleu Guimet, légèrement plus violacé, sont des nuances d'outremer. Teintes élémentaires Beaucoup de tons se rattachent à la fois à plusieurs champs chromatiques. Il y a des jaunes rougeâtres et des bleus tirant sur le vert. Mais il n'y a pas de jaune tirant sur le bleu, ni de rouge tirant sur le vert ; aussi Ewald Hering appelle-t-il le jaune opposé au bleu, et le vert opposé au rouge, teintes élémentaires. Couleurs primaires Lorsqu'on mélange deux pigments, on obtient une troisième couleur, qui peut être celle d'un autre pigment. Les couleurs qui ne peuvent s'obtenir par mélange sont dites primaires. Avec les pigments modernes, la plupart des couleurs peuvent s'obtenir avec trois primaires, un jaune, un bleu et un rouge. Couleurs complémentaires Lorsqu'on mélange deux pigments, le ton qui en résulte peut sembler entièrement dépourvu de couleur, d'un gris généralement sombre. Quand c'est le cas, on dit que les couleurs sont complémentaires. Cycle des couleurs En mélangeant les pigments, on peut passer insensiblement d'un ton vif à un autre, en parcourant un cycle qui passe par toutes les couleurs primaires. Du rouge au jaune, on parcourt les orangés, puis ajoutant du bleu au jaune, on reconstitue une série de verts. Enfin, ajoutant au bleu du rouge, on obtient la série des pourpres. On dispose en général ces tons sur un disque, de sorte que les couleurs complémentaires se trouvent opposées sur un même diamètre. Les tons obtenus par mélange se trouvent sur la ligne reliant leur composantes ; de la sorte, les tons ternes se trouvent à l'intérieur, et le noir est au centre.

Le cercle chromatique organise les couleurs vives par proximité.

Tons purs 

Les tons purs sont ceux de la périphérie du disque chromatique.

Tons chauds et froids 

Dans le disque chromatique, les tons proches du pôle orangé sont dits chauds et ceux proches du pôle bleu sont dits froids. Les tons situés à mi-chemin, gris, pourpres et verts, n'ont pas de « chaleur » en eux-mêmes ; mais on peut dire de n'importe quel couple de tons que l'un est plus chaud que l'autre. On « réchauffe » et on « refroidit » des tons en y ajoutant une couleur proche qui les rapproche des pôles orange et bleu.

Tons dégradés 

Un ton dégradé est une couleur à laquelle a été rajouté du blanc. Un ton dégradé est plus lumineux que le ton pur, mais perd de sa vivacité.

Tons rabattus 

Un ton rabattu est une couleur à laquelle a été rajouté du noir. C'est donc une couleur plus foncée. Pour les orangés, jaunes et vert-jaunâtres, rabattre un ton change la perception de sa couleur. Du point de vue colorimétrique, un orange est très proche d'un ton chocolat, et pourtant, nul ne dirait que c'est la même couleur.

Tons rompus 

Un ton rompu est une couleur à laquelle a été rajouté une proportion de sa couleur complémentaire. L'usage de la complémentaire, plutôt que du noir, pour assombrir une couleur, n'aurait pas d'intérêt spécial, si en décalant légèrement le choix de la complémentaire, il ne permettait pas de donner une teinte aux ombres, correspondant effectivement à ce qu'on cherche à représenter, où, la plupart du temps, les parties qui ne sont pas directement atteintes par la lumière sont éclairées par des reflets légèrement colorés. Autrement dit, on définit la complémentaire en tenant compte de ce que le blanc n'est pas le même pour les ombres et pour la lumière principale.

Études dérivées

Certains auteurs, bien qu'ils n'aient pas été professionnellement usagers des couleurs, ont écrit à leur sujet, à partir de ce qu'en disaient les artistes et teinturiers et d'expériences sensorielles propres ou partagées avec d'autres.

L'influence du Traité des couleurs (1810) de Goethe se ressent jusqu'à nos jours.

Arthur Schopenhauer, en relation avec Goethe à ce propos, a écrit De la vision et des couleurs (1816).

La théorie de la couleur de Hering n'était pas reliée à son époque à des recherches physiques ou psysiologiques. Il s'est opposé vigoureusement à la trichromie défendue par Helmholtz, avec un modèle où la vision distingue les oppositions blanc-noir, bleu-jaune et rouge-vert. Fondée sur l'étude psychologique de la perception, ce modèle, dont Schrödinger a montré l'équivalence mathématique avec la trichromie, a été depuis confirmé par des études en neurosciences.

Le philosophe Ludwig Wittgenstein est aussi l'auteur de Remarques sur la couleur publiées après sa mort. Ces textes concernent plus exactement le classement des perceptions colorées.

Les pigments

La profession de marchand de couleurs a engendré une activité de production industrielle de colorants, qui a systématisé le catalogue des pigments utilisables pour produire les sensations colorées.

Les pigments produisent des couleurs singulières. On les classe selon les catégories utilisées par tous les professionnels qui traitent des couleurs, artistes, teinturiers, imprimeurs, fabricants de meubles et autres.

La distinction des couleurs est une capacité professionnelle. Une différence qui ne paraît pas évidente pour la majorité des gens pourra paraître considérable pour quelqu'un qui est habitué à composer des couleurs tous les jours, comme un peintre ou un imprimeur.

Si les spécialistes connaissent bien la couleur produite par les pigments qu'ils utilisent, il n'y a aucun moyen de connaître précisément leur ton avant de les avoir vus. De plus, celui-ci est susceptible de varier dans le temps.

Parfois, le mélange de plusieurs pigments, ou d'un pigment et d'un liant, produit un composé d'une couleur différente, altérant le résultat. La cinétique de la réaction chimique peut empêcher de se rendre compte immédiatement du problème : par exemple, on peut mélanger du blanc et du rouge pour obtenir un rose, et les deux pigments réagissent en quelques mois pour former un composé noir.

L'exposition à la lumière ou à l'air tend souvent à diminuer ou à modifier la coloration des pigments.

Les noms commerciaux des couleurs artistiques ou de décoration dépendent de traditions nationales, de procédés commerciaux ou de la volonté des fabricants. Pour éviter les ambiguïtés, un index international des substances colorantes les répertorie suivant un code unique.

Nomenclature des pigments

Les pigments référencés selon le Colour Index international, une base de données constituée aux États-Unis et en Angleterre, sont codés par la lettre N, s'ils sont naturels, ou P, s'ils sont synthétiques, suivie d'une lettre correspondant au champ chromatique.

Un numéro de classement suit ces lettres

Exemple : PO73 correspond au Pigment Orange n 73, chimiquement dicéto pyrrolo pyrrole, une nuance de vermillon (rouge vermillon), proche du vermillon véritable (cinabre).

Ce numéro représente l'ordre d'inscription dans la base de données. Il ne code que la composition chimique. Deux numéros différents désignent deux substances chimiquement distinctes, mais ces pigments peuvent donner la même couleur.

Nuanciers

Les nuanciers constituent des collections de couleurs de pigments associées à un nom ou une autre référence. Imprimés, ils présentent une couleur qui se rapproche, quand ils sont encore neufs, du ton obtenu avec ces pigments. Leur classement peut être arbitraire tant que les couleurs sont peu nombreuses ; il parcourt en général le disque chromatique tel que conçu par les artistes. En systématisant, on arrive au nuancier de Michel-Eugène Chevreul (1838).

Pantone 

Parmi les collections de couleur, le nuancier Pantone, d'un millier de couleurs, se distingue par son principe. Chacun des tons présentés correspond à un mélange, dans des proportions spécifiées, de dix encres de couleur mélangées avant l'impression.

Cube de Hicketier 

Le cube de Hickethier représenta une tentative de coder, en mille couleurs, les résultats de l'impression en trichromie. Il ne représente pas les couleurs, mais les moyens de les obtenir ; la technique d'impression (héliogravure, offset), qui affectent la constitution des encres, et le support blanc, qui les absorbe plus ou moins, peuvent amener à des résultats sensiblement différents.

Système Munsell 

Le système colorimétrique de Munsell définit des paramètres TVC : teinte ((en) hue), valeur, chromaticité dans lequel la chromaticité ou niveau de coloration rejoint la définition de la saturation.

Le système repose sur l'idée de constituer des différences perceptives aussi constantes que possible. Les échelles pour les trois grandeurs sont donc différentes de celles utilisées en photométrie et en psychophysique. Il utilise cinq teintes primaires, le bleu, le vert, le jaune, le rouge et le pourpre, donnant cinq autres teintes secondaires, entre lesquelles se trouvent neuf intermédiaires, arrivant ainsi à un total de cent teintes. Les valeurs et la chromaticité se repèrent sur des échelles donnant des écarts égaux pour des écarts de valeur perceptuellement identiques.

L'identification des couleurs dans le système Munsell se fait par référence à un atlas, contenant les couleurs réalisées avec des pigments, sous illuminant normalisé.

Physique des couleurs

Spectre lumineux

Le spectre visible avec les raies de Fraunhofer.

La lumière visible est la petite partie du spectre électromagnétique visible par l'œil humain. Les limites du spectre visible ne se définissent que par convention. La sensibilité est maximale autour d'une longueur d'onde de 540 nanomètres. Elle diminue progressivement de part et d'autre de cette valeur, se réduisant à environ 0,1 % quand on l'augmente ou qu'on la diminue d'un tiers. Elles dépendent des méthodes de mesure de la sensibilité et varient en fonction des individus. La spectroscopie étudie la répartition de l'énergie lumineuse entre les longueurs d'onde.

Une lumière dont une seule longueur d'onde porte toute l'énergie est dite monochromatique. Les longueurs d'ondes des lumières monochromatiques s'associent chacune à une perception colorée.

Les couleurs des lumières monochromatiques sont celles de l'arc-en-ciel.

Spectre et teintes Couleur perçue Longueur d'onde dans le vide (nm) Fréquence (THz) Énergie de photon (eV) Infrarouge > ~ 1000 à 780 < ~ 300 à 384 < ~ 1,6 rouge 615 ~ 800 à 605 ~ 375 à 483 ~ 1,6 à 2,0 orange 595 ~ 605 à 584 ~ 496 à 513 ~ 2,0 à 2,1 jaune 580 ~ 584 à 573 ~ 513 à 532 ~ 2,1 à 2,2 vert 550 ~ 573 à 490 ~ 532 à 612 ~ 2,2 - 2,5 bleu 465 ~ 490 à 466 ~ 612 à **3 ~ 2,5 à 2,7 violet 430 ~ 466 à 380 ~ **3 à 789 ~ 2,7 - 3,3 ultraviolet < ~ 300-400 > ~ 1000-750 > 3,3

Les lumières monochromatiques donnent lieu à une sensation colorée ; mais la réciproque n'est pas vraie ; toutes les teintes qui donnent une sensation colorée ne sont pas monochromatiques.

Production des couleurs

L'émission de lumière peut être produite selon deux phénomènes :

L'incandescence est une émission de lumière par un objet due à la chaleur : la flamme d'une bougie, le métal en fusion, un charbon ardent, le Soleil… L'objet idéal dont l'émission électromagnétique est due exclusivement à la chaleur s'appelle le corps noir. Son spectre est continu et sa répartition entre les longueurs d'onde, y compris infra-rouges et ultraviolets, dépend de la température. Plus la température est élevée, et plus l'énergie se distribue sur les courtes longueurs d'onde (bleus, ultraviolets).

La luminescence est la propriété de certains corps d'émettre des photons sans changement de température : diodes électroluminescentes, tubes fluorescents, lucioles, écran cathodique… Le spectre peut être discontinu ou présenter des pics importants pour certaines longueurs d'onde.

L'interaction entre la lumière et la matière produit des couleurs selon plusieurs mécanismes : absorption, diffusion, réfraction (ou dispersion), interférence et diffraction.

Absorption

Variétés de carottes sélectionnées pour leurs diverses couleurs

L'absorption de la lumière produit la plupart des couleurs que l'on observe dans la vie courante.

La plupart des substances, en particulier les pigments et colorants, absorbent certaines longueurs d'ondes plus que d'autres.

Exemple — La couleur des carottes : Les carottes contiennent une molécule appelée β-carotène qui absorbe les longueurs d'ondes entre le violet et le vert. Elles réfléchissent ce qui reste, la partie du spectre du rouge au vert, donnant la couleur orangée. Lorsque la carotte contient aussi des anthocyanes, elle absorbe en plus les longueurs d'ondes de la région du vert, et elle apparaît violette.

L'énergie absorbée est généralement restituée sous forme de chaleur en rayonnement infrarouge invisible à l'œil. Ceci explique par exemple qu'un objet noir sera plus chaud au soleil qu'un objet blanc.

Cependant, certaines substances restituent l'énergie du rayonnement absorbé dans une longueur d'onde différente. C'est ainsi que les pigments fluo absorbent des rayonnements divers et les réémettent sous forme d'une lumière visible unique donnant ainsi une couleur qui semble plus lumineuse que les couleurs environnantes. C'est le cas également des nanoparticules d'or dans le verre rubis.

Diffusion

La diffusion provoque à la fois le bleu du ciel et le blanc des nuages

La diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement comme la lumière est dévié dans de multiples directions par une interaction avec des objets.

La diffusion Rayleigh intervient quand la taille des particules est petite, inférieure à quelques dizaines de nanomètres. L'intensité diffusée est inversement proportionnelle à la puissance quatrième de la longueur d'onde : le violet-bleu à 400 nm est dix fois plus diffusé que le rouge à 700 nm. L'effet des molécules de diazote et dioxygène de l'atmosphère terrestre provoque ainsi la couleur du ciel et celle du coucher de soleil.

Quand les particules sont plus grandes elles provoquent une diffusion de Mie qui touche de manière uniforme toutes les fréquences lumineuses. C'est ainsi que les gouttelettes d'eau provoquent la couleur blanc-gris des nuages ou du brouillard.

Réfraction

La réfraction dévie une onde lorsque sa vitesse change en passant d'un milieu à un autre. Généralement l'indice de réfraction augmente quand la longueur d'onde diminue, les violets sont donc plus déviés que les rouges.

Ce phénomène décompose une lumière blanche dans ses différentes composantes pour former par exemple les arc-en-ciel que l'on voit dans la nature ou à travers un prisme.

Diffraction et interférences

Les irisations d'une bulle de savon ou d'un film d'huile à la surface d'une flaque proviennent d’un phénomène d'interférence entre les longueurs d'ondes réfléchies par les deux surfaces très proches l'une de l'autre.

Lorsque les ondes rencontrent un obstacle, elles se dispersent dans toutes les directions. Le bord de l'obstacle apararaît comme une source secondaire. Ce phénomène appelé diffraction permet de construire, avec des réseaux d'obstacles espacés d'une distance comparable aux longueurs d'onde de la lumière, des dispositifs permettant d'analyser, par interférences, la lumière, en situant avec précision les longueurs d'ondes présentes. Ce procédé est à la base de la spectroscopie.

La surface d’un disque compact est un tel réseau de diffraction, ce qui explique les irisations de la lumière qui s'y reflète.

La couleur structurelle est provoquée par des phénomènes d'interférence liés à la structure microscopique de l'objet qui diffracte la lumière reçue, comme les ailes de papillon.

Physiologie de l'appareil visuel

Œil

L'œil des vertébrés comporte deux types de récepteurs. Les bâtonnets permettent la vision scotopique, à des faibles niveaux d'éclairement. Les cônes, moins sensibles, permettent de distinguer les couleurs, avec une lumière plus intense permettant la vision photopique.

En environnement diurne l'œil humain a une sensibilité maximale à la lumière d'une longueur d'onde d'environ 555 nm, ce qui correspond à une couleur vert jaunâtre, et, approximativement, au maximum d'émission du Soleil vers 504 nm, dans le vert bleuâtre. En condition nocturne la sensibilité maximum est d’approximativement 507 nm correspondant à une couleur vert bleuâtre, mais on ne perçoit pas les couleurs.

L'humain possède trois types de cônes. Certains animaux en possèdent moins ou pas du tout, ainsi la plupart des mammifères -comme le chat- sont dichromates, ne possédant que 2 types de cônes, mais le rat est monochromate avec un seul type de cônes. D'autres en possèdent autant ou plus que les humains : la plupart des oiseaux sont trichromates, avec des exceptions comme le pigeon par exemple qui est pentachromate grâce à 5 types de cônes.

L'œil est sensible à une gamme de radiations électromagnétiques dont la longueur d'onde est comprise au plus de 380-450 nm à 700-1 000 nm. Ce spectre est le moins dommageable pour les êtres voyants ; des longueurs d'ondes plus courtes que 380 nm endommageraient la structure moléculaire de l'œil tandis que celles plus longues que 720 nm pourraient provoquer des lésions structurelles.

Œil humain

Les bâtonnets de l'œil humain, sensibles dans une gamme allant de 415 à 555 nm (gamme de violet à vert) avec un maximum à 498 nm qui est un vert légèrement bleuté, permettent la vision en faible luminosité. Ils sont saturés à partir de 500 photons par seconde, et ne sont donc actifs que dans la pénombre. Les cônes ne commencent à s'activer qu'à partir de 10 photons par seconde, ce qui explique pourquoi on voit en noir et blanc quand la lumière est faible.

Zone de sensibilité des trois cônes et des bâtonnets en fonction de la longueur d'onde

L'œil humain comporte normalement trois types de cônes situés principalement sur la fovéa d'un millimètre de diamètre, dépression de la macula (tache jaune) près du centre de la rétine, à quelques degrés de l'axe optique. Ces trois types de récepteurs ont un maximum d'absorption correspondant à trois longueurs d'ondes différentes correspondant à des lumières de couleur rouge-orangé, verte et bleue.

les cônes L (long), sensibles aux lumières de longueur d'onde dans le vide de 470 à 630 nm (de bleu-vert à rouge), avec un maximum à 555 nm qui est un vert-jaune.

les cônes M (medium), sensibles aux ondes de longueur moyenne, de 440 à 595 nm (gamme de bleu à orange), avec un maximum à 525 nm donc dans le vert.

les cônes S (short), sensibles aux ondes courtes, d'environ 290 à 470 nm (gamme de violet à bleu-vert), avec un maximum à 420 nm, un violet-bleu (Sève 2009, p. 19).

Les photorécepteurs humains sont au total sensibles à une bande de longueurs d'ondes correspondant approximativement à un intervalle de 400-700 nm et, individuellement, à ces valeurs (L, M et S).

Voies nerveuses

L'influx nerveux issu des cônes et bâtonnets, regroupé par aires dans les cellules ganglionaires et les cellules bipolaires, passe, par le nerf optique, dans le corps genouillé latéral. Il est traité dans une région du cerveau appelée cortex visuel primaire, relié par de nombreuses voies spécialisées à plusieurs aires visuelles cervicales.

Les cônes, dont la sensibilité spectrale est étendue, ne génèrent pas des sensations de rouge, vert et bleu. C'est l'appareil visuel dans son ensemble qui, par des processus complexes, relie les signaux différenciés qui en sont issus à des perceptions de couleur. L'opposition entre les récepteurs M et les récepteurs L situe la couleur sur l'axe vert-rouge, tandis que le contraste entre leur somme et l'influx issu des récepteurs S situe la perception sur l'axe bleu-jaune.

Altérations de la perception des couleurs

La vision des couleurs s'altère avec l'âge, en raison notamment des modifications de l'absorption des différentes parties optiques de l'œil.

Les problèmes de vision des couleurs, ou dyschromatopsies, sont souvent regroupés sous le terme de daltonisme. L'absence totale de vision des couleurs est appelée achromatopsie.

Perception des couleurs

La psychophysique s'est donné pour tâche de relier les phénomènes physiques aux perceptions humaines, en étudiant la réponse d'une personne à un stimulus physique bien défini, et en répétant les expériences avec un nombre suffisant de sujets pour arriver à une réponse moyenne.

Pour la détermination de la perception des couleurs, on dispose de stimulus approximativement monochromatiques, obtenus par la dispersion de la lumière blanche. On peut mélanger ces faisceaux de lumière colorée, dans des proportions contrôlables, et demander au sujet d'en ajuster les proportions afin que les couleurs perçues, soit dans deux parties du champ visuel, soit en succession, soient identiques.

Concepts de base

Couleurs métamères En utilisant ce dispositif, on vérifie tout d'abord que l'œil humain est incapable de distinguer la teinte d'une lumière monochromatique quelconque de l'addition de deux autres lumières monochromatiques de longueur d'onde et intensité choisies.

On appelle métamères deux couleurs de lumière de spectre physique différent qui produisent la même sensation colorée.

Cette identité se maintient si on multiplie les luminosités de toutes ces lumières par la même quantité.

On appelle complémentaires les couleurs de deux lumières monochromatiques dont la combinaison en proportions convenables produit une lumière de couleur métamère à la lumière définie comme blanche.

Les couples de complémentaires varient si la lumière définie comme blanche change.

Avec le blanc de la source normalisée C, les lumières monochromatiques de longueur d'onde inférieure à 492 nm (correspondant à des couleurs de rouge à vert jaunâtre) ont des complémentaires de longueur d'onde supérieure à 567 nm. Les lumières monochromatiques dans l'intervalle 492 nm à 567 nm n'ont pas de complémentaire monochromatique.

Si l'écart entre les longueurs d'onde de deux lumières monochromatiques est inférieur à celui qui les sépare de leurs complémentaire, une lumière composée de ces deux lumières a une couleur métamère à celle d'une lumière monochromatique de longueur d'onde intermédiaire ajoutée à de la lumière blanche.

Une lumière composée de deux longueurs d'onde plus éloignées que celles des complémentaires a une couleur métamère pourpre.

La couleur, abstraction faite de sa luminosité, étant entièrement définie par deux paramètres, on peut représenter l'espace des couleurs sur un graphique.

Trichromie 

En prenant, pour chaque longueur d'onde, une unité appropriée, qui tient compte de l'efficacité lumineuse relative de chaque lumière monochromatique, on peut calculer, à partir des propriétés d'additivité et de multiplicativité de la sensibilité lumineuse humaine, une lumière métamère de n'importe quelle couleur à partir de trois lumières monochromatiques arbitrairement choisies.

les trois lumières monochromatiques choisies sont les trois primaires pour cette représentation.

Il faut que les primaires soient perçues comme des couleurs bien différentes.

On peut construire la trichromie à partir de lumières quelconques, au prix d'une complication des calculs, à condition qu'aucune des trois primaires ne soit métamère d'une combinaison quelconque des deux autres.

Ce calcul se différencie d'une synthèse lumineuse en ce que les coefficients monochromatiques peuvent être négatifs. En particulier, quelles que soient les lumières monochromatiques de base choisies, un des coefficients est négatif pour toutes les autres lumières monochromatiques.

Diagramme de coordonnées trichromatiques

Quand on peut obtenir, par mélange des trois lumières monochromatiques primaires, une couleur métamère de celle qu'on cherche à situer dans le diagramme, les coefficients se déduisent immédiatement.

Quand on ne peut obtenir de métamère à partir des lumières monochromatiques primaires, comme c'est le cas pour les autres lumières monochromatiques, on détermine les coefficients indirectement, en recherchant les coordonnées d'une métamère d'une lumière composée de la lumière inconnue et d'une lumière monochromatique connue. On obtient ainsi des coefficients négatifs.

Détermination de la sensibilité à la couleur

La détermination de la sensibilité visuelle, et notamment des seuils de différenciation des couleurs, a fait l'objet de nombreuses études psychophysiques, entreprise en particulier pour déterminer les conditions les plus économiques de l'éclairage et de la transmission d'une image de télévision en couleurs.

Mesure et paramètres des couleurs

La colorimétrie est l'ensemble des méthodes et conventions qui permettent de déterminer une couleur indépendamment de l'observateur, à l'image de la détermination d'une grandeur physique. Elle se base sur la statistique des réponses de sujets à des stimulus visuels colorés, suivant les principes de la psychophysique. Elle est nécessaire aux relations industrielles, qui requièrent des agents humains substituables.

Exemple — Numérisation et retouche digitale : Pouvoir mesurer et coder les valeurs d'une couleur permet d'assurer la fidélité des couleurs pendant une numérisation ou une retouche digitale. Le profil ICC d'un périphérique informatique permet aux logiciels d'effectuer automatiquement la transposition de la couleur selon ses caractéristiques, sans avoir besoin d'un essai vérifié par un spécialiste.

L'expérience industrielle de la couleur a progressivement créé des modèles d'une complexité croissante. Un organisme international créé en 1913, la Commission internationale de l'éclairage, publie des méthodes et tables qui servent de référence pour la colorimétrie.

Représentation de l'espace de couleurs CIE 1391 XY avec la position des trois lumières monochromatiques qui ont servi pour son établissement.

Actuellement l'ensemble des couleurs est plus souvent défini par ses trois caractéristiques de teinte, saturation et valeur ou luminosité (TSV ou TSL). Le système CIE Lab qui en est proche mais construit plus mathématiquement a de plus en plus tendance à le remplacer dans les systèmes colorimétriques avancés.

Les couleurs décrites par ces systèmes sont des lumières. Quand les teintes sont dues à des pigments, leur couleur dépend de l'éclairage.

Des couleurs qui se confondent sous un éclairage d'une température de couleur donnée pourront paraître différentes sous un blanc d'une autre température.

Exemple : Un pigment bleu de phtalocyanine (PB15) peut se confondre avec un pigment bleu de Prusse (PB27) à la lumière d'une bougie, température de couleur 1 850 K. Leur couleur est différente sous un éclairage du type lumière du jour température de couleur 5 500 K.

Des éclairages luminescents, basés sur les tubes fluorescents ou les LED, peuvent éclairer avec une couleur métamère d'un blanc de corps noir, alors que leur spectre ne présente que des raies. Ils peuvent ainsi rendre indistincts des tons qui apparaissent différents sous d'autres lumières, et différents d'autres qui ne se distingueraient pas autrement.

Cela pose donc des problèmes de référence. On trouve dans le système CIE Lab la notion de Delta E, exprimant la différence entre deux couleurs (Lab 1 et Lab 2). Des formules mathématiques permettent de passer d'une référence à une autre.

Connaissance des couleurs

La divergence persistante entre les modèles basés sur la réflexion sur la perception éduquée des artistes, tels que ceux de Goethe et de Hering, et un modèle trichrome basé sur la réponse à des stimulus aussi simplifiés que possible, n'était pas satisfaisante, et des recherches ont poussé l'étude de l'appareil visuel.

L'analyse trichrome rend compte de l'action de la lumière sur les capteurs la rétine, et permet la synthèse de la couleur, mais elle ne rend pas compte du traitement de l'influx nerveux. Avant même de passer dans le nerf optique, les décharges nerveuses des cônes sont regroupées et converties en signaux de somme et de différence situant la perception sur les axes de clarté, d'opposition rouge-vert et d'opposition bleu-jaune.

Helmholtz formait l'hypothèse que le cerveau formait, à partir des influx nerveux représentant imparfaitement les objets du monde environnant, des hypothèses basées sur l'expérience, qu'il cherche ensuite activement à confirmer. Cette activité de recherche inconsciente repose sur des hypothèses habituelles, par exemple, que la couleur d'un objet ne change pas, ou bien que la structure régulière d'un carrelage se répète invariablement, quel que soit l'éclairage.

Adaptation

L'Échiquier d'Adelson : La teinte grise du carré A est la même que celle du carré B. L'Échiquier d'Adelson : La teinte grise du carré A est la même que celle du carré B.

Traitées par le cerveau, les influx nerveux visuels participent à un système cognitif. Ils se comparent aux traces laissées dans la mémoire, provoquent une série de réactions (mobilité oculaire, sélection d'influx élémentaires), et se condensent en l'identification d'une couleur à une structure, pour former un tableau cohérent.

C'est ce qui permet par exemple d'attribuer la même teinte à deux parties d'un même objet, l'une à l'ombre et l'autre à la lumière, alors que, du point de vue de la colorimétrie, elles ne sont pas de la même couleur.

Le processus cognitif fait de la couleur un caractère de l'objet, et cette adoption de la couleur par la forme de l'objet, telle que comprise, rend la perception de la couleur relativement constante sous différentes conditions d'éclairage. La couleur est caractère plus élaboré et moins dépendant de la lumière touchant la rétine que ne le laisse penser le modèle colorimétrique, qui, ne mesurant que les stimulus, et non les couleurs perçues, débouche essentiellement sur la synthèse des couleurs. La psychologie de la forme tire de la similarité de cette expérience avec d'autres, dans d'autres domaines de la perception, des régularités générales.

Interaction des couleurs

Chevreul, expérimentant avec des cartons échantillons de couleurs au XIX siècle avait mis en évidence la loi du contraste simultané des couleurs.

Les expériences pédagogiques décrites par Albers dans son Interaction des couleurs montrent que dans une image complexe, la perception de la couleur, y compris sa clarté, dépend des teintes environnantes.

Variations de la perception

D'après l'hypothèse Sapir-Whorf, le lexique des couleurs organise la perception des couleurs. Le langage et la culture sont à l'origine des notions de couleur. Des ethnologues comme Roger Brown ont montré une corrélation entre termes de couleur et perception et mémoire de la couleur.

Les langues comportent un petit nombre de mots désignant directement une teinte, sans passer par celle d'un objet qui la présente habituellement. En 1969 Brent Berlin et Paul Kay ont mis en évidence dans un ordre entre les termes de couleur des langues : noir et blanc, rouge, vert ou jaune, bleu, brun, pourpre ou rose ou orange ou gris. Les langues européennes utilisent tous ces termes. Les langues ayant peu de termes propres les prennent dans l'ordre de la liste. Ce modèle, dans sa compétition avec le précédent, a eu beaucoup d'influence et suscité beaucoup de recherches.

Captation et restitution des couleurs

Reproduction du spectre lumineux

Le seul procédé connu de captation et de restitution du spectre de la lumière, sans référence à la perception visuelle colorée humaine, est la photographie interférentielle de Gabriel Lippmann (1891), onéreuse et de mise en œuvre contraignante.

Procédés polychromes

Les systèmes de captation et de restitution des couleurs à partir de couleurs fondamentales fonctionnent à partir des principes qui fondent la colorimétrie, selon des modalités permettant une reproduction approximative, mais efficace des couleurs.

Pour la photographie en couleur, la trichromie est universellement utilisée. Des filtres séparant le spectre en trois parties précèdent ou se combinent à la partie sensible.

La restitution exige au moins trois couleurs fondamentales non complémentaires entre elles. Il n'est pas nécessaire qu'elles soient celles de la captation, et souvent ce n'est pas le cas. Les limites de la reproduction sont celles, combinées, de la captation et de la restitution ; si toutefois des traitements ne sont pas intervenus entre les deux, déplaçant par exemple le point de compromis entre bruit de fond et saturation des couleurs.

Captation d'une image colorée

Courbes d'absoption des filtres de sélection trichrome Wratten 47B (bleu), 58 (vert) et 25 (rouge). Abscisses: longueur d'onde en nm ; ordonnées: densité (logarithmique)

Le spectre lumineux est divisé en trois zones, une bleue, une verte, et une rouge. Pour chaque point lumineux, on crée trois valeurs, correspondant à chacune de ces composantes.

Pour décomposer la lumière, deux méthodes sont possibles :

La soustraction successive utilisée en photographie argentique couleurs, par des colorants sensibilisateurs, et en vidéo, par des prismes dichroïques. Elle opère en deux étapes. Une première séparation utilise la zone de rayonnement bleu et transmet le reste (zones verte et zone rouge). Une seconde séparation utilise la zone de rayonnement verte et transmet le reste rouge. La mosaïque de points utilisée dans la photographie autochrome, en photographie numérique et en vidéo monocapteur. La surface sensible est divisée en éléments, chacun muni d'un filtre correspondant à une zone du spectre.

Synthèse additive

Mélange des lumières primaires (synthèse additive).

La synthèse additive consiste à produire les couleurs par l'addition, dans des proportions bien choisies, de lumières provenant d'au moins trois sources dont les couleurs sont choisies pour répondre au mieux à cet objectif.

Exemple — écran d'ordinateur : Les écrans sont constitués d'éléments lumineux trop proches les uns des autres pour qu'on les distingue individuellement, capables d'émettre une couleur primaire avec l'intensité déterminée par les instructions de la machine. Si les deux composantes verte et rouge d'un écran électronique sont allumées, les couleurs des éléments associés (juxtaposés) se superposent, et on obtient une couleur jaune, qui se résout à nouveau en vert et rouge si on regarde cette zone de l'écran à travers un compte-fils.

Diagramme montrant l'espace de couleurs reproductible par des écrans de télévision

Ces lumières, appelées primaires, ne sont pas en général monochromatiques, mais elles pourraient l'être. Leur composition spectrale exacte dépend des moyens physico-chimiques de les obtenir. Elles doivent être suffisamment saturées. La synthèse ne peut en effet rendre que des couleurs moins saturées que ses primaires. Toutes les couleurs possibles se trouvent, dans le diagramme de chromaticité, à l'intérieur du polygone déterminé par la position des primaires.

Les trois couleurs primaires sont généralement un rouge, un vert et un bleu. Il y a en effet tout intérêt à ce qu'elles soient proches de celles de la photographie, puisque les couleurs situées hors de l'intersection des deux triangles dans le diagramme de chromaticité sont inaccessibles.

Le blanc se compose d'une quantité généralement inégale de ces primaires.

Exemple — Le blanc du modèle YUV : Dans ce modèle, utilisé en télévision, le blanc est composé de 29.9 % de rouge, 58,7 % de vert et 11,4 % de bleu.

Bichromie 

L'un des 500 brevets déposés par Edwin H. Land, créateur de la photographie instantanée Polaroïd concerne un procédé de restitution des couleurs à partir de seulement deux couleurs de base.

Deux vues sont prises de la même scène. La première, prise à travers un filtre laissant passer les longueurs d'ondes inférieures à 590 nm, est projetée en lumière blanche. La seconde, prise avec un filtre laissant passer les longueurs d'ondes supérieures à la même limite, est projetée en lumière rouge. Physiquement, les lumières projetées ne contiennent que du rouge plus ou moins mélangé de blanc. Pourtant, tous les observateurs croient voir aussi du vert, et certains même du jaune (sur des objets qu'ils savent jaunes). C'est une application de la loi du contraste simultané des couleurs. Ce brevet, à la différence de beaucoup d'autres inventions de Land, n'a débouché en pratique sur aucune réalisation.

Un autre procédé, utilisable pour des tons chair, transmet le bleu sous la forme d'une teinte de fond constante. Comme les autres couleurs ne sont pas en général saturées, et que le bleu pur est moins lumineux que le vert et le rouge, on arrive, pour des images pas trop contrastées, à une reproduction défendable des couleurs, bien que les ombres soient nécessairement bleuâtres. Ce principes a été utilisé pour l'affichage par LEDs avant que celles-ci ne soient disponibles avec la couleur bleue.

Synthèse soustractive

Mélange de couleurs par soustraction.

Dans les techniques industrielles utilisant un support matériel pour les couleurs, comme en photographie argentique, et en impression en couleurs, les couleurs sont obtenues par des pigments et il ne peut être question d'additionner des couleurs par mélange de lumière.

Dans la synthèse soustractive, le spectre lumineux est divisé en trois zones, une bleue, une verte, et une rouge. La synthèse des couleurs se fait par retrait d'une proportion de chacune de ces parties du spectre. La soustraction se fait soit, en transparence, de la lumière blanche par des filtres, soit, en réflexion diffuse, par des pigments sur un support blanc, éclairé par une lumière blanche.

Pigments idéaux de la synthèse soustractive Couleur du pigment absorbe laisse passer jaune bleu rouge et vert magenta vert bleu et rouge cyan rouge bleu et vert

Plus on ajoute de pigments, plus on absorbe de lumière et plus le mélange s'assombrit.

Diagramme montrant l'espace de couleurs accessible avec les primaires CMYK

Les couleurs constitutives du système de synthèse soustractif sont appelées couleurs fondamentales associées pour les différencier des couleurs primaires du système additif. Contrairement aux couleurs de la synthèse additive, elles doivent laisser passer une large bande de longueurs d'onde.

La synthèse soustractive à partir de colorants ne permet pas d'obtenir l'ensemble des couleurs visibles par l'œil humain. Cependant, les spectateurs sont plus sensibles à l'exactitude des teintes peu saturées, comme les tons chair, qu'à celles des couleurs très vives.

On produit du noir par mélange des trois fondamentales en photographie, mais en imprimerie, la quadrichromie, avec une encre noire comme quatrième couleur, est préférable.

Une qualité de reproduction supérieure s'obtient en augmentant le nombre de couleurs fondamentales. L'hexachromie en utilise cinq plus le noir. Si ces couleurs sont prises en dehors de celles qui peuvent être rendues par les trois premières, elles étendent le champ chromatique possible. On peut aussi choisir des pigments de teintes pâles. En général l'imprimerie ne mélange pas les pigments, mais les juxtapose dans des trames de points. Lorsque les couleurs sont pâles, les points, plus petits, deviennent plus visibles. Des pigments plus pâles permettent de grossir les points, avec une trame moins visible. C'est pour cette raison que des imprimantes à jet d'encre ajoutent deux à cinq teintes pastel aux trois fondamentales.

Signification des couleurs

Codes de couleurs

La perception des couleurs par la plupart des personnes permet leur usage dans des signaux . On restreint le nombre des nuances à un répertoire suffisamment étroit pour permettre une identification sans ambiguïté dans la plupart des circonstances. On distingue 11 champs chromatiques en français ; c'est à peu près le nombre maximal de couleurs qui peuvent servir à un code qui soit accessible à tous.

Les signaux lumineux de circulation et le code de couleurs des alarmes sont réduits à trois teintes, rouge, orange et vert sur les routes, plus le blanc dans la signalisation ferroviaire en France, rouge, vert et blanc pour le feux maritimes. Le code international des signaux maritimes en utilise cinq, le blanc, le noir, le rouge, le bleu, le jaune. La héraldique en connaît principalement six : sable (noir), argent (blanc), or (jaune), sinople (vert), azur (bleu), gueules (rouge).

Le code des couleurs des résistances atteint douze couleurs, mais qui ne peuvent pas se trouver dans un ordre quelconque, les valeurs correspondantes étant prises dans une table ; cette redondance permet de limiter les ambiguïtés. Celui de l'identification des fluides dans les tuyauteries comporte en tout 20 couleurs conventionnelles.

Une carte géographique utilise des couleurs conventionnelles pour indiquer la nature du terrain, de la végétation, du relief, et les entités politiques. Un théorème fameux énonce qu'il suffit de quatre couleurs pour faire en sorte que deux entités qui ont une frontière commune ne soient jamais de la même couleur.

Fausse couleur

Les technologies d'Imagerie satellite et d'imagerie médicale peuvent, en fonction de leur usage, observer des fréquences différentes de celles perçues par l'œil humain, par exemple l'infrarouge. Par calcul, les couleurs de ces images peuvent ensuite être retouchées, pour afficher avec une couleur visible les données collectées dans la partie invisible du spectre.

On parle alors de fausse couleur ou de pseudocouleur.

Symbolisme de la couleur

« A noir, E blanc, I rouge, U vert, O bleu » — Arthur Rimbaud, Voyelles

Des historiens, sociologues, ethnologues et psychologues ont étudié l'influence des différentes couleurs, en tant que symboles associés, dans les différentes cultures, à des éléments importants de l'activité et de la psyché humaines.

Les couleurs en général, en ce qu'elles s'opposent à la grisaille autant qu'à la lumière et à l'obscurité, et nécessitent des efforts particuliers pour leur obtention, se relient souvent à la dépense, à la fête et au luxe. Par opposition, l'écru, le blanc, le noir peuvent se relier au renoncement, comme chez les moines, et au deuil.

Le rouge ou orangé est la couleur par excellence ; les civilisations qui ont le moins de termes pour la couleur ne connaissent que trois catégories, le blanc, le noir et le rouge (ou coloré). Ces trois classes archaïques de couleur s'associent respectivement aux fonctions religieuse, productive et guerrière du système de pensée indo-européenne ; on les retrouve dans nombre de drapeaux nationaux de cette région.

On associe généralement les couleurs proches de l'orange à la chaleur, et celles proches du bleu au froid.

Chacune des couleurs principales d'un champ chromatique a des associations plus ou moins généralisées à travers les cultures.

Dans un débat artistique prolongé, la couleur s'est opposée, du XV siècle au XIX siècle, au dessin. Dans cette Querelle du coloris, la couleur représente, par synecdoque, la sensualité, tandis que le dessin signifie la rigueur intellectuelle.

七彩颜色笔

颜色或色彩是通过眼、脑和我们的生活经验所产生的一种对光的视觉效应。人对颜色的感觉不仅仅由光的物理性质所决定，还包含心理等许多因素，比如人类对颜色的感觉往往受到周围颜色的影响。有时人们也将物质产生不同颜色的物理特性直接称为颜色。

物理的现象

可见光的光谱 颜色 波长 频率 红色 约625—740 nm 约480—405 THz 橙色 约590—625 nm 约510—480 THz 黄色 约565—590 nm 约530—510 THz 绿色 约500—565 nm 约600—530 THz 蓝色 约485—500 nm 约620—600 THz 靛色 约440—485 nm 约680—620 THz 紫色 约380—440 nm 约790—680 THz Designed for monitors with gamma 电磁波的波长和强度可以有很大的区别，在人可以感受的波长范围内（约312.30纳米至745.40纳米），它被称为可见光，有时也被简称为光。假如我们将一个光源各个波长的强度列在一起，我们就可以获得这个光源的光谱。一个物体的光谱决定这个物体的光学特性，包括它的颜色。不同的光谱可以被人接收为同一个颜色。虽然我们可以将一个颜色定义为所有这些光谱的总和，但是不同的动物所看到的颜色是不同的，不同的人所感受到的颜色也是不同的，因此这个定义是相当主观的。 一个弥散地反射所有波长的光的表面是白色的，而一个吸收所有波长的光的表面是黑色的。 一个虹所表现的每个颜色只包含一个波长的光。我们称这样的颜色为单色的。虹的光谱实际上是连续的，但一般来说，人们将它分为七种颜色：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫；每个人的分法总是稍稍不同。单色光的强度也会影响人对一个波长的光所感受的颜色，比如暗的橙黄被感受为褐色，而暗的黄绿被感受为橄榄绿，等等。 单色和混合色 大多数光源的光谱不是单色的，它们的光是由不同强度和波长的光混合组成的。人眼将许多这样的混合光的颜色与单色光源的光的颜色看成是同样。比如上面表格中的橙色，实际上就不是单色的600奈米的光，实际上它是由红色和绿色的光混合组成的（显示器无法产生单色的橙色）。出于眼睛的生理原理，我们无法区分这两种光的颜色。 也有许多颜色是不可能是单色的，因为没有这样的单色的颜色。比如说黑色、灰色和白色就是这样的颜色，粉红色或淡紫色也是这样的颜色。 颜色与波动方程 波动方程是用来描写光的方程，因此通过解波动方程我们应该可以得到颜色的信息。在真空中光的波动方程如下： 在这里是光速，、和是空间的坐标，是时间的坐标，是描写光的函数，下标表示取偏导数。在空间固定的一点（、、固定），就成为时间的一个函数了。通过傅里叶变换我们可以获得每个波长的振幅。由此我们可以得到这个光在每个波长的强度。这样一来我们就可以从波动方程获得一个光谱。 但实际上要描写一组光谱到底会产生什幺颜色，我们还得理解视网膜的生理功能才行。

颜色的感受

人类(S, M 和 L 类型的)锥状细胞对单色光谱刺激的规范化典型反应 尽管亚里士多德就已经讨论过光和颜色之间的关系，但真正阐明两者关系的是牛顿。歌德也曾经研究过颜色的成因。托马斯·杨在1801年第一次提出三元色的理论，后来亥姆霍兹将它完善了。20世纪60年代人们发现了人眼内部感受颜色的色素，从而确定了这个理论的正确性。 人眼中的视锥细胞和视杆细胞都能感受颜色，一般人眼中有三种不同的视锥细胞：第一种主要感受黄绿色，它的最敏感点在565纳米左右；第二种主要感受绿色，它的最敏感点在535纳米左右；第三种主要感受蓝紫色，其最敏感点在420纳米左右。视杆细胞只有一种，它的最敏感的颜色波长在蓝色和绿色之间。 每种视锥细胞的敏感曲线大致是钟形的，视锥细胞依照感应波长不同由长到短分为L、M、S三种。因此进入眼睛的光一般相应这三种视锥细胞和视杆细胞被分为4个不同强度的信号。 因为每种细胞也对其他的波长有反映，因此并非所有的光谱都能被区分。比如绿光不仅可以被绿视锥细胞接受，其他视锥细胞也可以产生一定强度的信号，所有这些信号的组合就是人眼能够区分的颜色的总和。 如我们的眼睛长时间看一种颜色的话，我们把目光转开就会在别的地方看到这种颜色的补色。这被称作颜色的互补原理，简单说来，当某个细胞受到某种颜色的光（例如黄色）刺激时，它同时会释放出两种信号：刺激黄色，并同时抑制黄色的补色蓝色。 人类一共约能区分一千万种颜色，不过这只是一个估计，因为每个人眼睛和大脑的构造不同，每个人看到的颜色也少许不同，因此对颜色的区分是相当主观的。人类色觉是不同波长的光线在人类感觉系统中产生的感受，而不是光线本身的性质。青年人和老年人在色觉上往往有细微差异。假如一个人的一种或多种锥状细胞不能正常对入射的光反映，那幺这个人能够区别的颜色就比较少，这样的人被称为色弱。有时这也被称为色盲，但这个称呼并不正确，因为真正只能区分黑白的人是非常少的。 色彩的心理恒常性 某个场景的光在视网膜上细胞产生的信号并不直接等于人对这个场景的感受。人的大脑会对这些信号处理，并分析比较周围的信号。例如，一张用绿色滤镜拍的白宫照片——白宫的形象事实上是绿色的。但是因为**脑对白宫的固有印象，加上周围环境的的绿色色调，人脑会把绿色的障碍剔除——很多时候依然把白宫感受成白色。这现象在英文中被称作“Retinex”——合成了视网膜（retina）和大脑皮层（cortex）两个单词。梵高就曾使用过这个现象作画。 颜色的心理作用 不同的颜色可以产生不同的心理作用。从细节上来说这些感受每个人都各不相同，但总的来说即使是来自不同文化的人也往往有同样的感受。比如红色使人心情激动，蓝色使人安静。对艺术家、建筑师、服装设计师和广告制作者等来说颜色的心理作用是非常重要的。 除此之外人对颜色的感受还有许多特别的效应。一个有趣的现象是假如一个画家在绘画时只使用少数几种颜色，我们的眼睛会试图将灰色或其他中立的颜色看成是缺乏的颜色。假如一幅画中只有红黄黑和白色，那幺我们就会把黄和黑的混合色看成一种绿色，把红和黑的混合色看成一种紫色，而灰色会显得有点蓝。 亮度的效果 同一种颜色在不同的亮度中会产生不同的颜色感。这个现象的原因是我们的眼睛中除了有锥状细胞外还有可以感光的杆状细胞。杆状细胞虽然一般被认为只能分辨黑白，但它们对不同的颜色的灵敏度是略微不同的，因此当光暗下来的时候，杆状细胞的感光特性就越来越重要了，它可以改变我们对颜色的感觉。 文化的影响 不同的文化对颜色的定义有时会少许不一样。比如在中国文化中,青色被看做是蓝色的一种。 有一种理论认为最基本的颜色比如红色、黄色、绿色、蓝色等应该是在所有的文化中都一致万能的 。这个理论从进化论的角度来论证人对基本颜色的感受应该是一致的。 光源的影响 人在看颜色时总是试图补偿光源本身的颜色。因此我们在不同的光源下看到的同一种颜色实际上是不同的。 动物对颜色的感受 不同的动物感受光线的细胞各不相同。有些动物有更多的感受光线的细胞种类，比如鸟，有些动物感受光线的细胞的种类比人少，比如大多数其它哺乳动物。有些动物可以感受到人看不见的颜色，比如蜜蜂可以感受紫外线。

颜色的复制

不同的光谱可以在人眼中产生同样的颜色感，比如日光灯的白光是由几个相当窄的光谱线构成的，而太阳光则是由连续的光谱构成的。就其光而言，人眼无法区分两者。只有当它们反射在不同颜色的物体上时，我们才看得出来一个是日光灯的光，一个是太阳光。 在大多数情况下人能看得出的颜色可以由元色搭配而成。照片、印刷、电视等就使用这种方式来体现颜色的。 尽管如此搭配出来的颜色往往与纯的单色不完全相同，尤其在可见光谱的中部搭配的颜色只能非常地接近单色光，但无法完全达到它的效果。比如绿光（530纳米）和蓝光（460纳米）搭配在一起可以产生青光。但这个青光总使人有不十分纯的感觉。这是因为人的红色锥状细胞同时也可以感受到绿色和蓝色，它们对搭配的颜色的反映比对纯的青色（485纳米）的反映要强一些，因此我们会感到搭配的颜色有点“红”，有点不纯。 此外一般在技术上使用的元色本身也都不纯，因此一般来说它们无法完全地表现纯的单色光。不过自然界中很少有真正的纯的单色光，因此一般来说由元色组成的颜色可以很好地反映原来的颜色。一个技术系统能够产生的颜色的总和被称为色域。 在通过照相机或扫描仪录取颜色的时候也会产生误差。一般这些仪器中的感光组件的感光特性与人眼的感光特性相差甚远。因此在特别的光照下这些仪器所产生的颜色可能会与人眼所感受到的相差很大。 与人眼的颜色感受不同的动物（比如鸟可以感受四种不同的颜色）可以区分对人来说相同的颜色，因此对它们来说适合人看的图象有时会非常不可理解。 色素 在印刷或图画中我们一般使用反射一定波长的色素。当白光照到这些色素上时，它们只反射一定的光而产生颜色的效果。 红绿蓝三原色 (RGB) RGB色彩立方体 发光的媒体（比如电视机）使用红、绿 和蓝加色的三元色，每种光尽可能只刺激针对它们的锥状细胞而不刺激其它的锥状细胞。这个系统的色域占人可以感受到的色彩空间的大部分，因此电视机和计算机萤光屏使用这个系统。 理论上我们也可以使用其他颜色作为元色，但使用红、绿和蓝我们可以最大地达到人的色彩空间。遗憾的是对于红、绿和蓝色没有固定的波长的定义，因此不同的技术仪器可能使用不同的波长从而在萤光屏上产生稍微不同的颜色。 青、洋红、黄、黑四元色 (CMYK) CMYK色彩立方体 理论上，青色、洋红色和黄色半透明的颜料涂在白色的底上，颜料会结合而吸收所有光线，然后产生黑色。然而实际上会产生很暗的棕色。所以除了青色、洋红色和黄色之外，还会加入黑色以平衡色彩的偏差(即青、洋红、黄、黑CMYK)。 色相、饱和度和明度系统 (HSB) 在制作计算机图像时人们往往使用另一种颜色系统。这个颜色系统使用三个分别叫做色相、饱和度和明度的系数。色相决定到底哪一种颜色被使用，饱和度决定颜色的纯度，明度决定颜色的明暗程度。

其他

红色：左派（例如社会主义和**）的标志；

棕色：极右派（例如法西斯主义）的标志；

黄色：中国自唐朝到清朝是皇帝的标志；现代欧美国家是自由主义的标志。

中国：红色；

荷兰：橙色；

法国以及俄罗斯等斯拉夫国家：红、白、蓝；

阿拉伯国家：绿、红、白、黑

撒哈拉沙漠以南非洲国家：红、黄、绿；

巴西：黄色、绿色

白色表示纯洁、干净、光明。

灰色表示迷糊、忧郁。

黑色表示成熟、权威、黑暗。

红色表示热情、情感；在中国表示吉利、幸福；在西方则有邪恶、禁止、警告的意思。

橙色表示温暖、活泼。

黄色表示温和、明亮、也代表金钱。在西方则以黄色为耻辱象征。黄色则有色情的意味。

绿色表示环保、自然、和平、在西方有通行的意思。

蓝色表示天空、海洋、水，象征冷静与自由的心态，也有克制节约的意味。在欧美则有色情的意味。

紫色表示高贵、优雅、正直。

金色表示财富。

棕色表示土地，一种沉稳的气质。