Ces dernières années, la vision par ordinateur a joué un rôle majeur dans l'étude de l'apparence des surfaces, en particulier avec l'introduction d'algorithmes de rendu basés sur l'image. L'imagerie par transformation de la réflectance (RTI) est l'une de ces approches. Le RTI est une technique d'imagerie multi-lumière qui consiste à prendre une série d'images d'un objet à l'aide d'une caméra fixe, tandis que l'emplacement de la lumière incidente varie pour chaque photographie. Grâce aux informations recueillies à partir de ce type d'acquisition, qui se définit également comme une collection d'images multi-lumière (MLIC), il est possible de modéliser la réflectance angulaire d'une surface. La RTI est fréquemment utilisée dans la documentation et l'étude d'objets du patrimoine architectural et culturel en raison de sa flexibilité et de sa commodité d'utilisation, car il ne nécessite pas l'utilisation d'équipements spécialisés et/ou coûteux. Cependant, cette flexibilité peut parfois avoir un impact négatif sur la qualité de la représentation visuelle obtenue avec cette approche. Compte tenu de cela, les principaux objectifs de cette recherche sont d'améliorer la technique RTI tant d'un point de vue méthodologique qu'instrumental, avec un accent particulier sur la documentation et la caractérisation des grandes œuvres d'art, ainsi que sur l'étude des approches multimodales. Ainsi, ce travail présente l'étude, le développement et la mise en œuvre de deux méthodologies axées sur la correction des artefacts liés à la source lumineuse. Dans le premier chapitre, nous étudions comment la distribution angulaire des positions de la source lumineuse affecte la reconstruction de RTI de la réflectance de surface. La solution proposée repose sur l'estimation de la densité locale de la distribution des positions de la source lumineuse afin de la pondérer et ainsi de calibrer les distributions non homogènes. La seconde se concentre sur l'éclairage non homogène couramment présent dans les images RTI, qui est lié aux sources d'éclairage non-collimatées et qui sont généralement employées dans l'application de la technique. Comme solution à ce problème, nous présentons une approche qui exploite le modèle d'une lumière ponctuelle afin d'obtenir une correction d'éclairage au niveau du pixel. Enfin, nous approfondissons deux domaines sous-étudiés dans le cadre RTI, à savoir l'acquisition de grands objets et l'expansion dans le domaine multispectral. Dans cette partie, nous proposons l'adaptation et l'amélioration de la méthodologie tant d'un point de vue instrumental que méthodologique.