thumb|Planche du test d'Ishihara. Seule la vision des couleurs permet de lire un « 6 ». La vision des couleurs est la capacité d'un animal ou d'une machine de distinguer des objets qui ne diffèrent que par le spectre de la lumière qu'ils renvoient.
La notion de couleur dépend de la vision humaine, qui, sauf cas de daltonisme, analyse le rayonnement électromagnétique entre par un processus cognitif basé sur trois types de photorécepteurs dans la rétine. L'humain considère la couleur comme un attribut de l'objet, interprétant le rayonnement qu'il reçoit de cet objet en relation avec ce qui l'entoure. Cette caractéristique implique que le système visuel soit capable d'évaluer la lumière qu'il reçoit de l'objet en référence à celle qu'il reçoit de son environnement.
Beaucoup d'animaux possèdent aussi des photorécepteurs utilisant plusieurs catégories de protéines pigmentaires, les opsines, qui détectent les changements d'intensité et de spectre de la lumière. Selon le nombre de ces photorécepteurs, les biologistes distinguent les animaux monochromates, dichromates, trichromates, tétrachromates.
Le concept de couleur est souvent généralisé dans des applications scientifiques et techniques, qui ne visent pas toujours à produire des images en couleurs à l'usage des humains, mais, plus généralement, à distinguer des corps qui diffèrent principalement par la répartition spectrale de la lumière qu'ils renvoient. Pour distinguer des éléments chimiques par leur spectre d'émission ou d'absorption, il faut plusieurs dizaines de bandes. Ces bandes ne coïncident pas nécessairement avec celles de la vision humaine.
Vision animale Parler de vision des couleurs pour les animaux implique des épreuves spécifiques, puisque ceux-ci ne peuvent répondre verbalement sur ce qu'ils voient. On doit leur appliquer la définition opérationnelle de la couleur, et déterminer s'ils sont capables de prendre une décision basée sur la caractéristique de réflectance spectrale des objets.
Les investigations portent en premier lieu sur les organes de la vision, dans lesquels il faut trouver des capteurs de sensibilité spectrale différente. Mais cette condition ne suffit pas à établir la vision en couleurs, qui est l'aptitude à distinguer des objets colorés. Certaines espèces ont une réaction invariable à la présence de certaines répartitions spectrales, on ne peut guère dire qu'elles voient. On peut vérifier la vision en couleurs pour les espèces capables d'apprentissage en faisant varier la couleur du stimulus qui déclenche une punition ou une récompense, et en s'assurant que l'attitude de l'animal se conforme à une variation de teinte, et non de luminosité. Cela ne prouve pas que les espèces qu'on ne peut soumettre à cette épreuve ne voient pas en couleurs, mais cela permet de l'affirmer, et de le préciser, pour celles qui le peuvent.
Les investigations ont montré que nombre d'espèces voient en couleurs avec les trois phénomènes qui caractérisent la vision en couleur humaine : la reconnaissance de stimulus aussi bien achromatiques (pure variation de luminosité) que chromatiques (dominance d'une région spectrale) ; le contraste de couleur simultané et successif ; la constance de couleur dans des conditions d'éclairage variées.
Évolution de la vision des couleurs
vignette|Évolution de la vision des couleurs chez les mammifères (essentiellement nocturnes) par perte d'opsines. Initialement petits et nocturnes, ils sont trichromates puis deviennent dichromates. Certains primates manifestent un retour à la vision trichromatique, ce qui n'est pas une exception à la loi de Dollo mais un phénomène de convergence évolutive..
L'évolution de la vision des couleurs chez les animaux est extrêmement complexe car elle reflète leur adaptation à des modes de vie (communications par des couleurs utilisées comme moyen de protection, mimétisme, pour les parades nuptiales, le fourrageage) et des environnements très divers.
La discrimination des spectres lumineux, qui peut présenter divers avantages, est possible en l'absence d'organe visuel. Le nématode Caenorhabditis elegans se nourrit de bactéries, et se détourne de celles qui sécrètent une toxine. Ce ver fuit les régions où une lumière bleuâtre réplique la couleur de la toxine que, sans lumière ou dans une lumière ambrée, il ne détecte que chimiquement et à une teneur plus élevée. Tous les variants de l'espèce n'ont pas la même discrimination, mais aucun ne possède de gènes codant une opsine, protéine fondamentale de la vision. La comparaison des gènes de lignées sensibles ou insensibles à la couleur a permis d'identifier deux gènes corrélés avec cette sensibilité spectrale...
La vision des poissons est adaptée à leur environnement lumineux : les espèces des profondeurs ont une vision monochrome grâce à leurs photorécepteurs sensibles au bleu, les espèces vivant dans les eaux peu profondes peuvent être tétrachromates, c'est-à-dire avec quatre types de cônes..
La majorité des poissons téléostéens, des oiseaux, reptiles et thérapsides (« reptiles mammaliens ») jouissent aussi d'une vision probablement tétrachromate, un des types de cône étant sensible aux ultraviolets, utiles pour différentes fonctions et actif dans la sélection sexuelle.. Les premiers mammifères sont dichromates. Leurs deux sortes de cônes sont sensibles au bleu et vert, la perte de deux pigments correspondant à leur mœurs de chasseurs nocturnes insectivores au Trias.. La vision devient également monochromatique (cône sensibles au bleu) ou dichromatique (cônes sensibles au bleu et vert) par perte d'opsines chez les mammifères aquatiques.. La plupart des mammifères actuels (bovidés, équidés, canidés, félidés, singes du nouveau monde) sont aujourd'hui considérés comme des dichromates, héritage des ancêtres nocturnes..
Chez les primates, la perte de plusieurs gènes de récepteurs olfactifs associés à des opsines coïncide avec l'acquisition de gènes de photorécepteurs impliqués dans la vision trichromatique.. Chez ces animaux, la tendance évolutive vers la disparition du museau et la régression du prognathisme facial est liée à la réduction de l'appareil olfactif au profit du système tactile et visuel. L'adaptation à la vie arboricole diurne comprend des mains et pieds préhensiles, le développement d'aires visuelles assurant une vision binoculaire stéréoscopique et une meilleure coordination dans l'obscurité de la forêt, et un trichromatisme lié à l'évolution d'un régime alimentaire exclusivement insectivore à un régime de plus en plus omnivore (fruits colorés, jeunes pousses, noix, insectes présentant une taille et une consistance très variées, etc.).. Cette vision trichromatique (vision rouge-vert supplémentaire) serait un avantage sélectif permettant de distinguer tout ce qui n'a pas la même couleur que celle d'un feuillage mature : fruits et jeunes pousses de la végétation. .. Une autre hypothèse propose d'envisager que la détection du rougissement de l'épiderme (et des humeurs qui l'accompagnent) pourrait avoir influencé le développement du trichromatisme de la vision chez les primates. La psychologie des couleurs attribue à la couleur rouge des effets sur le comportement des primates, humains compris..
Chez les primates haplorrhiniens (Singes et humains), le gène codant le pigment visuel absorbant les longueurs d'onde moyennes donne naissance par duplication à deux gènes. Cette mutation génétique leur fait gagner une couleur mais aussi une acuité visuelle bien supérieure à celles des autres mammifères..
Les catarrhiniens (singes de l'Ancien Monde et singes) sont communément trichromates (dits monochromates de routine) : les mâles et les femelles possèdent trois classes d'opsines.. Dans presque toutes les espèces de platyrrhiniens (singes du Nouveau Monde), les mâles et les femelles homozygotes sont des dichromates, tandis que les femelles hétérozygotes sont des trichromates, une condition connue sous le nom de trichromatie allélique ou polymorphe. Parmi les platyrrhiniens, les exceptions sont les genres alouates ou singes hurleurs (trichromats de routine) et les aotus (communément monochromates, ou monochromates de routine)...
+ Chromatisme de la vision des couleurs des espèces animales contemporaines. Désignation nombre de types de cônes Espèces concernées Monochromatisme 1 Mammifère marin, douroucouli, lion de mer australien, primate achromate. Dichromatisme 2 La plupart des mammifères en dehors des primates, les primates daltoniens. Trichromatisme 3 La plupart des primates, tels que les grands singes (dont les êtres humains), les marsupiaux, certains insectes (tels que les abeilles). Tetrachromatisme 4 La plupart des reptiles, les amphibiens, les oiseaux et les insectes, rarement les humains. Pentachromatisme 5 Certaines espèces de papillons et autres insectes ; certains oiseaux comme les pigeons.
Le nombre de ces types donne un indice du nombre de dimensions de l'espace de couleurs de l'animal ; mais dans certaines espèces, comme le ouistiti, un tiers le la population est trichromate, les autres, dichromates ; dans d'autres, il y a plusieurs variantes de pigments détecteurs dans la rétine. La vision d'oiseaux diurnes comme les pigeons et les canards est encore plus complexe. Leur rétine a au moins quatre types de cônes, et des gouttelettes d'huile colorées ou non par des carotènes s'interposent au dessus de ceux-ci, comme des filtres. Le pigeon a deux régions fovéales distinctes, capables de percevoir la couleur avec une sensibilité et une discrimination différentes. Le système visuel de ces oiseaux traite bien plus de données brutes que l'humain, avec ses trois types sans filtre, et il est préférable d'éviter de se l'expliquer en termes de couleurs, telles que nous les comprenons.
Certaines espèces de papillons comme Graphium sarpedon ont des photorécepteurs avec au moins 15 sensibilités spectrales différentes, divisés en 6 classes de l'ultraviolet () au rouge, répartis différemment dans les facettes des yeux de ces insectes. Des pigments fluorescents ou non et ces effet de filtrage par réflexion multiples peuvent modifier la sensibilité spectrale des opsines qui permettent la conversion de la lumière en influx nerveux. Cette diversités de récepteurs n'implique pas que leur vision des couleurs soit décapentochromatique. On ne pourrait arriver à cette conclusion que par des expériences comportementales. L'étude d'autres papillons montre que certains photorécepteurs n'interviennent que dans la détection de signaux particuliers, ou dans la vision en basse lumière, ou la détection de la couleur d'objets en déplacement rapide, tandis que la vision est tétrachromatique.
Vision humaine
vignette|Le modèle moderne de la perception des couleurs chez l'homme, comme elle se déroule sur la rétine. Cela est conforme à la théorie trichromatique et à celle des processus antagoniques. vignette|Réponse spectrale normalisée des cônes humains (S, M, et L) à un stimulus spectral monochromatique. Les longueurs d'onde sont en nanomètre. L'humain a dans la rétine trois types de cellules sensibles à la lumière. Ces cellules appelées cônes contiennent des pigments que l'exposition à une partie spécifique du spectre lumineux décompose, créant un influx nerveux avant leur reconstitution par l'organisme. La vision diurne humaine est donc trichromatique. La vision nocturne utilise un type unique de récepteur plus sensible que les cônes appelé bâtonnet, et ne permet pas de distinguer des couleurs.