Ressenti du relief et du volume, le cerveau :

Pour recréer du volume, le cerveau a besoin de deux images prises depuis deux points espacés d'une distance appelée la base stéréo. Nos deux yeux sont espacés d'environ 6,5 à 7 cm. Cette base entre les deux images obtenues par chaque oeil introduit une parallaxe de vision -décalage angulaire- qui suffit au cerveau pour apprécier des différences de distances et le volume jusqu'à environ 2 km.

Physiologie sensorielle, oeil-cerveau-couleurs :

La couleur n'existe pas indépendamment de l'observateur ; c'est une notion mêlant des aspects physiques, physiologiques et psychologiques. En fait, c'est parce qu'il y a le cerveau et son interprétation des différents flux lumineux reçus par les yeux que nous apprécions/distinguons des nuances entre les lumières reçues et donc des couleurs. Par exemple, le magenta n'existe pas "monochromatiquement". Il n'y a pas physiquement de longueur d'onde monochromatique perçue magenta par le cerveau. Nous percevons la couleur magenta lorsque le flux lumineux reçu par nos yeux contient du rouge et du bleu.

Le fond de l'oeil -rétine- est tapissé de recepteurs photosensibles utilisés en vision de jour / diurne -les cônes- mais pas en vision nocture / scotopique où seuls restent actifs -les bâtonnets-. Trois types de cônes permettent d'apprécier les couleurs : cônes L pour la bande rouge, cônes M pour la bande verte, cônes S pour la bande bleue. Les bâtonnets R(od) couvrent surtout le cyan mais sont utilisés comme capteurs "noir & blanc". La sensation de jaune, qui peut être produite par une lumière quasi-monochromatique excitant à part égale les côles L et M (et presque pas S) ou aussi par la superposition d'une lumière rouge qui excite surtout les cônes L et d'une lumière verte qui excite surtout les cônes M.

Wikipedia : Spectral absorption curves of the short (S), medium (M) and long (L) wavelength pigments in human cone and rod (R) cells.

Wikipedia : Axial organization of the retina.

L'interprétation cérébrale -psychologique- est aussi très importante, par exemple des perceptions trompées avec une ombre sur un damier de niveaux de gris indentiques de Edward Adelson's checker, pour les illusions de perception de luminosité.

Restitution d'une image colorée, l'écran :

Mieux que de longs écrits, le diagramme colorimétrique CIE de 1931 -ci-dessous- illustre parfaitement l'espace théorique des couleurs qu'il est possible de percevoir en omettant les effets de basse luminance (qui font apparaître des teintes rabattues comme le marron). Il est aussi très pratique pour comprendre la combinaison/synthèse/mélange des couleurs. L'ensemble des couleurs spectrales (i.e. les couleurs des lumières monochromatiques - ou des diverses longueurs d'onde du visible) est représenté sur le diagramme par cette courbe en forme de fer à cheval graduée de 380 à 700 nm, le "spectrum locus" ou lieu du spectre visible. Vous remarquez très facilement que le spectrum locus, et donc cet ensemble des couleurs comparable à celui d'un arc-en-ciel), nous apparaît schématiquement comme constitué surtout de rouge, de vert et de bleu.

Il est donc logique que pour créer le maximum de couleurs possibles, on utilise au moins les deux couleurs extrêmes du spectre, rouge et bleu et la "centrale", le vert qui sont aussi les bandes de sensibilité des cônes de la rétine. Les couleurs de base pour la synthèse/création additive d'autres couleurs sont donc les couleurs Rouge, Verte et Bleue. L'addition ou mélange de plusieurs flux colorés différents -couleurs de base- sera interprétée par le cerveau comme une autre couleur présente sur ce diagramme. Ainsi en synthèse additive (on éclaire l'objet en ajoutant de la lumière), si on mélange en quantité adaptée des couleurs à dominante très rouge, verte et bleue, on obtiendra un blanc. Typiquement trois sources lumineuses primaires sont utilisées mais on peut en utiliser plus. Ces sources primaires ne sont pas forcément monochromatiques -sur le spectrum locus-, c'est à dire qu'elles peuvent contenir plusieurs autres photons de longueurs d'ondes différentes :

Wikipedia : Diagramme CIE

Dans le cas qui nous intéresse, un moniteur/écran informatique est un dispositif physique qui recrée les couleurs par synthèse additive de trois couleurs de base RVB non monochromatiques -RGB en anglais- dont les spectres sont relativement larges. Par exemple, la source verte émet légérement dans le rouge -donc sur le lieu de l'image de gauche alors que le vert conduit l'image de droite- ce qui produit une incohérence pour le cerveau. Le diagramme ci-dessous représente ces trois couleurs de base typiques des "luminophores" ou sources primaires d'écrans LCD/OLED, situés sur le diagramme XY de la CIE. Vous remarquez le triangle représenté entre ces sources lumineuses primaires. Il est très important car sa surface contient l'ensemble des couleurs qu'il est possible de créer par leur dosage, l'espace des couleurs ou gamut. Toutes les couleurs en dehors de ce triangle NE SONT PAS synthétisables avec ces trois couleurs primaires. On comprend déjà qu'avec seulement trois sources primaires, il est impossible de synthétiser l'ensemble des couleurs que le cerveau peut percevoir. Un écran informatique ne peut donc pas représenter toutes les VRAIES couleurs de la nature... Mais il synthétise une image qui s'en approche beaucoup par les équations à doses éguales, Blanc=Rouge+Vert+Bleu, Jaune=Rouge+Vert, Cyan=Vert+Bleu, Magenta=Rouge+Bleu, Noir=absence de flux lumineux. Toutes les autres couleurs sont des nuances de dosage :

Sources primaires RVB typiques des écrans digitaux, toutes les couleurs ne sont pas synthétisables.
Ces sources ne sont pas monochromatiques.

Dans le cas d'une imprimante qui pose de l'encre sur une feuille blanche, l'encre absorbe certaines composantes spectrales de la lumière blanche incidente qui éclaire l'image. Il s'agit d'une synthèse soustractive puisqu'elle est due à une soustraction des couleurs au blanc : Magenta=Blanc-Vert, Cyan=Blanc-Rouge, Jaune=Blanc-Bleu + du Noir pour obtenir des noirs profonds.

Spectres des sources primaires RVB d'un écran : Il suffit de se placer dans une obscurité relative, afficher des fentes colorées en plein écran, s'éloigner de 1,5m et l'observer en plaçant devant son oeil un réseau de diffraction (un Jeulin d'école 140 traits au mm) pour admirer les spectres d'émission. Ces images parlent d'elles mêmes mais notez la différence entre les spectres obtenus et surtout que les sources rouges émettent dans le vert et parfois le bleu, les sources vertes sont vraiment très larges et les sources bleues émettent souvent dans le vert. C'est évidement la source verte la plus problématique pour un anaglyphe car elle introduit une partie de l'image de droite comme image de gauche ce qui peut troubler le cerveau.

Fentes PowerPoint, Fentes taille 1, Fentes taille 2, Fentes taille 3, Fentes tailles 4.

Spectres des sources primaires d'écrans CRT, LCD, LED...

Voici l'espace de couleur le plus utilisé pour les moniteurs, imprimantes et l'Internet, le sRGB qui contient un blanc dit D65 produit par trois composantes RVB adaptées à une utilisation dans des conditions communes au travail ou à la maison :

Wikipedia : Sources sRGB

La reproduction d'un blanc peut être plutôt rougeâtre, verdâtre ou bleuté à cause du dispositif physique qui produit la lumière "blanche", tube fluorescent de l'écran LCD, filament d'une ampoule... Cette notion est associée à la température d'un corps noir, la température de couleur, voici le locus de l'émission d'un corps noir en fonction de sa température sur le diagramme CIE. En modifiant la température de couleur d'un écran dans son menu, on modifie donc forcément le blanc qu'il restitue et donc les couleurs qu'il va synthétiser :

Wikipedia : température de couleur.

"Codage/Décodage" du relief en une seule image, l'anaglyphe :

Un anaglyphe usuel (rouge/cyan) "code" le relief car il contient l'image de l'oeil gauche dans sa composante rouge et l'image de l'oeil droit dans sa composante cyan (vert+bleu). Les lunettes sont donc munies d'un filtre rouge sur l'oeil gauche et d'un filtre cyan sur l'oeil droit, pour injecter la bonne image théorique dans le bon oeil. Le cerveau effectue une synthèse des deux images et recrée le relief/volume et les couleurs approchées. Ses capacités, sa vitesse et sa puissance sont redoutables...

Tester et régler, optimiser le couple écran-lunettes :

Les lunettes vendues pour la visualisation des anaglyphes ne disposent pas de filtres purs et complémentaires. Pour vous en convaincre, il suffit de regarder la mire suivante en masquant alternativement chaque oeil -et donc filtre- pour juger de la bande passante de vos différentes lunettes. Les composantes RVB du moniteur sont représentées du flux minimal jusqu'au flux maximal possible. En masquant l'oeil droit, on perçoit très nettement que le filtre Rouge des lunettes laisse passer un peu de vert et très peu de bleu. Avec un filtre rouge pur, on devrait observer la bande rouge et les bandes vertes et bleues totalement noires puisque le filtre rouge ne doit laisser passer QUE le rouge. Idem avec le filtre cyan des lunettes, en masquant l'oeil gauche, on perçoit de la lumière rouge dans sa bande au delà de 80% du flux maxi... Ce qui veut dire qu'en réalité et bien souvent, les lunettes vous injectent l'image gauche + un peu de la droite dans l'oeil gauche et l'image droite + un peu de la gauche dans l'oeil droit. Selon son importance, ce problème provoque une vision non confortable/vibrante de l'anaglyphe car le cerveau reçoit de chaque oeil des informations ne correspondant pas à une vision binoculaire normale, et qui lui semblent donc incohérentes. Le couple moniteur - lunettes est donc extrêmement important pour la visualisation des anaglyphes et influe sur la perception/confort/qualité du relief et des couleurs finales :

Mire du flux des composantes RVB de 0 à 100% possible par votre moniteur

Résultats idéaux : pour séparer gauche/droite oeil gauche (bande verte et bleue deviennent biens noires) et oeil droit (bande rouge devient bien noire)

Résultats expérimentaux : oeil gauche (le filtre rouge laisse passer un peu de vert) et oeil droit (le filtre cyan laisse passer un peu de rouge)

Dans le cas de lunettes qui séparent mal les deux images, on peut essayer de superposer deux paires de lunettes pour retrécir la bande passante des filtres. L'image devient alors moins lumineuse mais les composantes droite-gauche sont mieux séparées. On diminue aussi les ghosts et la diaphotie dans les zones très sombres ou noires.

Noël à Landogne (63), "Les Crèches du Monde"

Masquez oeil après oeil pour observer les images fantômes opposées qui peuvent rendre floues certaines zones de l'image,
dans certains cas le cerveau peut mal réagir car l'information d'un oeil se retrouve dans l'autre oeil :

G: D: