Rudiments de colorimétrie/Espaces couleurs

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Un des problèmes de la colorimétrie est de pouvoir référencer ce qui est pour nous simplement une sensation de couleur produite par notre cerveau. Plusieurs systèmes (que l’on désigne parfois sous le nom de gamuts) permettent de réaliser de façon plus ou moins parfaite ce résultat.

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Espace Pantone

C’est un nuancier de couleur développé par Letraset. Il est composé de plus de mille teintes fabriquées par le mélange de dix-sept pigments. Pour chacune de ces teintes, le mélange est précisé au-dessous de l’échantillon.

Espace RVB

Étoile chromatique RVB

C’est un système de représentation adapté à la synthèse additive des couleurs et par conséquent aux périphériques qui utilisent la synthèse additive comme les écrans par exemple. Ce système est basé sur une norme de la commission internationale de l’éclairage (C.I.E). Cet organisme a fixé les longueurs d’onde des trois couleurs primaires:

Le rouge (R) : 700 nanomètres. Le vert (V) : 546,1 nanomètres. Le bleu (B) : 435,8 nanomètres.

Les longueurs d’ondes ont été calculées de façon que le mélange des trois radiations produise un blanc de référence. En informatique, les trois couches R, V et B sont chacune codées sur 8 bits, ce qui donne 256 niveaux par couche. On obtient donc 256 X 256 X 256 = 16777216. On parle alors de 16 millions de couleurs codées sur 24 bits.

Espace C.I.E-XYZ

Cet espace a été défini en 1931 par le C.I.E. Il est pour ainsi dire une amélioration du système R.V.B. Il repose sur des couleurs imaginaires impossible à reproduire dans la réalité car ce sont des créations mathématiques. Elles ont été calculées de manière à contenir toutes les couleurs perceptibles par l’œil humain.

Espace CMJN

C’est un système de représentation adapté à la synthèse soustractive des couleurs et par conséquent aux périphériques qui utilisent la synthèse soustractive comme les imprimantes à jet d’encre par exemple. Ce système utilise les couleurs cyan (C), magenta (M) et jaune (J) qui sont les couleurs complémentaires des couleurs primaire rouge vert et bleu. On y trouve aussi le noir (N) pour deux raisons. D’abord parce qu’il est difficile comme on l’a vu d’obtenir du noir par synthèse soustractive en mélangeant du cyan, du magenta et du jaune. Ensuite pour économiser les encres de couleurs coûteuses dans les imprimantes à jet d’encre. En effet, la synthèse du noir par exemple supposerait l’utilisation simultanée des trois encres de couleur. Si pour synthétiser une couleur, on doit par exemple utiliser 3 part de cyan, 2 part de magenta et 4 part de jaune, on remplacera les deux parts communes aux trois couleurs par 2 part de noir et on utilisera en fin de compte 1 part de cyan, 2 parts de jaune, et deux parts de noir pour un même résultat visuel. D’où une économie considérable d’encre.

Espace C.I.E Lab

Cet espace a été créé par la C.I.E en 1976. Il se représente en trois dimensions. Le L de lab représente la coordonnée indiquant la luminance. Le a et le b sont les coordonnées qui définissent l’information colorée. Le a indique une coordonnée allant du vert au rouge et le b une coordonnée allant du bleu au jaune. Cet espace très complet sert d’espace intermédiaire lorsqu’on veut traduire un espace de couleur dans un autre. Par exemple lorsqu’on veut passer de l’espace R.V.B à l’espace CMJN

Espace C.I.E xyY

Cet espace est une reprise de l’espace C.I.E XYZ et propose de réajuster les coordonnées X,Y et Z en coordonnées proportionnelles x, y et z de façon à ce que x + y + z = 1. Il faut bien sur y rajouter une valeur de luminosité pour retrouver les coordonnées originelles. L’intérêt de ce système est de pouvoir représenter les couleurs en deux dimensions. En effet il suffit de mettre x en abscisse et y en ordonnée. La coordonnée z se déduit alors de la relation x + y + z = 1.

La représentation, en deux dimensions, appelée diagramme trichromatique est la suivante :

La ligne courbe que l’on voit représente l’ensemble des couleurs donnant la même impression visuelle que les couleurs monochromatiques. Les longueurs d’onde correspondantes sont indiquées tout au long de cette courbe. Cette ligne est appelée spectrum locus.

Le segment de droite reliant les extrémités du spectrum locus correspondant à 380 nm et 780 nm est appelé ligne des pourpres saturés.

Le point W de coordonnée x = 0,33, y = 0,33 et par conséquent z = 0,33 est le point de référence du blanc. Ce point correspond à un illuminant théorique ou toutes les fréquences du spectre visible seraient présentes en égale proportion (point d’égale énergie). On peut toutefois remplacer cet illuminant par un autre si l’on connaît la température de couleur de l’illuminant considéré. Les différents illuminants obtenues à partir de l’émission lumineuse d’un corps noir chauffé se trouvent sur une courbe dont la représentation dans le diagramme trichromatique est la suivante :

Nous remarquons que cette courbe semble tangente au spectrum locus et tend vers celui-ci pour des températures de couleur de plus en plus faible. Ceci est normal. Il suffit, pour s’en convaincre, de penser que lorsqu’on chauffe un corps, il commence par rougir. Le rouge monochromatique est la première couleur qui apparaît lorsque la température d’un corps s’élève.

Chaque couleur réelle est représentable par un point à l’intérieur du diagramme trichromatique. Lorsque l’on fait la synthèse additive de deux couleurs représentées par les points A et B dans le diagramme trichromatique, la couleur résultante sera une couleur correspondante à un point du segment ]AB[. Si l’on fait la synthèse additive de trois couleurs représentées par les points A,B et C dans le diagramme trichromatique, La couleur résultante est représenté par un point à l’intérieur du triangle ABC. Nous comprenons alors que l’espace couleur RVB se représentera alors par un triangle. Les couleurs, qui ne sont pas dans le triangle, ne sont pas représentables en RVB. Ce qui montre que ce système est incomplet.

Soit C, un point du spectrum locus. La couleur complémentaire de la couleur représentée par le point C sera le point T où la droite CW recoupe le spectrum locus ou la ligne des pourpres saturés.

Espace TSL

Disque chromatique TSL

Une couleur peut être décrite en donnant trois grandeurs : la teinte, la saturation, la luminance.

• La teinte : C’est la longueur d’onde de la lumière monochromatique dont elle se rapproche le plus appelé dominante. Pour la trouver, le plus simple est de placer le point correspondant dans le diagramme trichromatique. De considérer la droite passant par le point W (ou un autre illuminant si celui-ci est connu) et le point ainsi placé. La longueur d’onde dominante sera donnée par l’interception de la droite tracée et le spectrum locus. Dans Photoshop, par exemple, cette grandeur est représentée par un nombre allant de 0 à 360 qui représente l’angle sous lequel on voit la couleur dominante à partir du point W dans le diagramme trichromatique.

0 correspondant au rouge primaire de l’espace RVB.

120 correspondant au vert primaire de l’espace RVB.

240 correspondant au bleu primaire de l’espace RVB.

• La saturation : C’est la proportion de la dominante dans le blanc. En effet, toutes les couleurs du diagramme trichromatique peuvent être obtenue par la synthèse additive de la dominante et du blanc dans une certaine proportion. Plus il y a de blanc plus on dit que la couleur est lavée de blanc. Photoshop indique la saturation par un nombre de 0 à 100 donnant le pourcentage exprimant la proportion de la dominante dans le blanc.

0 correspond toujours à une nuance de gris.

Pour trouver ce pourcentage, on peut dans le diagramme trichromatique placer le point C représentant la couleur qui nous intéresse. Considérer ensuite le point P intersection de la droite (WC) avec le spectrum locus. La saturation S en pourcentage sera donné par la formule :

est le facteur de pureté colorimétrique. Il est compris entre 0 et 1.

• La luminance : C’est la quantité de lumière mesurable photométriquement. Elle est représentée par un nombre compris entre 0 et 100 dans Photoshop. 0 correspond toujours au noir. Pour avoir du blanc, il suffit de mettre la saturation à 0 et la luminance à 100.

Espace gris

Il existe plusieurs types d'espaces de gris, qui codifient les différentes nuances de gris. Ils sont utilisés dans la photographie noire et blanche, ou dans les bases de données spatiales (ex : algorithme SIFT).