Espace de couleur

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Un espace de couleur[1] ou espace chromatique[2] — dit aussi espace colorimétrique[3] — est un concept de présentation des couleurs. On dispose les couleurs dans un espace à trois dimensions — un volume. Les trois nombres qui, ensemble, décrivent la couleur dans un système colorimétrique, s'assimilent à des coordonnées dans cet espace.

Vue de côté de l'espace de couleurs CIE L*a*b*.

La représentation des couleurs dans un espace chromatique ne tient pas compte de l'influence que des plages de couleur ont l'une sur l'autre — le contraste simultané modifie les couleurs voisines. Les couleurs que l'espace représente sont des stimulus vus sur un fond neutre.

Comme chaque appareil produisant des images en couleurs a des caractéristiques légèrement différentes, il produit un résultat dans un espace de couleurs particulier. Pour permettre le passage de l'un à l'autre, on communique le plus souvent par l'intermédiaire d'un espace colorimétrique.

Usages du volumeModifier

 
Sphères de couleur de Runge et de Munsell.

La métaphore du volume des couleurs permet de disposer les couleurs de sorte que l'on puisse s'y orienter, sans calculs ni réflexion. Si on est sur l'emplacement d'un kaki, on conçoit qu'en allant vers les hautes lumières, on trouvera des beiges, vers les rouges, des marrons, en direction des verts, des vert-olive, etc.

Plusieurs théoriciens des XIXe et XXe siècles ont proposé une organisation des nuances de couleur en volume : sphère comme Runge et Chevreul, Munsell, double cône comme Ostwald.

La colorimétrie pousse plus loin l'analogie. En adoptant le principe de la linéarité des relations entre les lumières qui participent aux mélanges de stimulus, elle fait de l'espace chromatique un espace vectoriel, ce qui permet d'utiliser les mathématiques pour raisonner les ensembles de couleurSève 2009, p. 86.

Pour passer des dizaines de bandes de l'analyse spectrale à seulement trois valeurs, la colorimétrie utilise des fonctions colorimétriques. Ces tables donnent le coefficient à appliquer à l'intensité dans chaque bande. Dans le processus, la plupart des données physiques tombent. Des spectres fort différents — un spectre de raies, un autre à coupure nette, un autre à aspect plus irrégulier — donnent les mêmes valeurs de couleur. Il en va de même pour la vision des couleurs. Cependant, lorsqu'on utilise des fonctions colorimétriques différentes — celles qui s'appliquent à un stimulus de 2°, celles qui s'appliquent à un stimulus de 10° —, deux spectres qui donnent le même résultat semblable dans un cas, donnent un résultat différent dans l'autre.

La représentation des couleurs fait rarement appel à l'analyse spectrale. Il est beaucoup plus courant de séparer la lumière en trois composantes par des filtres. Ces filtres, qu'on trouve sur les appareils photographiques, ont le même effet que les fonctions colorimétriques : à chaque bande du spectre correspond un coefficient de transmission. Les composants qui transforment la lumière en signal électrique n'ont pas toujours la linéarité nécessaire aux espaces colorimétriques. Dans les images, il suffit que le rapport entre les couleurs soit correct pour donner un bon résultat visuel. Comme d'autres considérations que la précision colorimétrique entrent en jeu, la caractéristique spectrale des filtres peut être différente des fonctions colorimétriques, même pour les instruments de mesure[4].

Le passage du signal à la couleur dans les écrans et surtout les imprimantes amène à des restrictions similaires ; on considère le plus souvent que chaque appareil a son propre espace chromatique.

Dans la pratique, les espaces chromatiques sont homologues, mais pas identiques. Le passage de l'un à l'autre se fait par des approximations, des essais, des réglages qui peuvent, pour les perfectionnistes, dépendre de l'image à traiter et durer assez longtemps. Les profils de couleurs facilitent ce travail en fournissant une optimisation de base, indépendante de l'image à traiter.

Espaces élémentairesModifier

Il y a des espaces de couleur que l'on peut considérer comme des espaces élémentaires. Ces espaces élémentaires, adaptés à la description d'un appareil particulier, présentent un inconvénient : ils ne peuvent constituer des références absolues, ce qui a conduit à définir des espaces de référence. Ces derniers sont utilisés en particulier comme espaces de connexion de profil pour assurer la traduction entre deux appareils[réf. nécessaire].

Les possibilités d'un écran d'ordinateur ou d'une imprimante, exprimées dans de tels espaces, sont loin de couvrir toutes les couleurs visibles. Le domaine des couleurs réalisables, ou gamut de l'appareil, s'appelle aussi profil de couleur.

Ces notions d'espace de couleur, profil de couleur et traduction d'un espace à un autre ont été standardisées par l'International Color Consortium (ICC). Des normalisations partielles ont défini des espaces de travail adaptés à des problèmes particuliers.

L'esprit humain ayant des difficultés à raisonner dans un espace à trois dimensions, les comparaisons entre espaces s'effectuent sur des plans de ces espaces correspondant à des luminances données.

Pour l'impression, pour des raisons techniques, l'espace de couleur est généralement transposé en au moins quatre valeurs correspondant à des colorants.

L'œil humain distingue les couleurs à travers trois types de récepteurs photosensibles, appelés cônes. Cela signifie que toute couleur discernable par l'homme est caractérisée par un point dans un espace à trois dimensions. Plus précisément, les valeurs « mesurées » par les trois types de cônes représentent essentiellement les intensités du rouge, du vert et du bleu, l'espace RVB étant défini à partir de ces trois couleurs primaires[réf. nécessaire].

À cet espace, qui traduit la physiologie de l'œil[réf. nécessaire], on préfère parfois un espace, parfaitement équivalent, qui correspond plus aux notions intuitives. Une couleur peut être caractérisée par sa coloration ou « couleur » au sens du langage courant (jaune ou bleue, par exemple), sa pureté et son intensité. Ceci conduit au système teinte, saturation, valeur (TSV).

Les espaces précédents, et de nombreux autres, qui décrivent les couleurs des lumières (synthèse additive), ne sont pas adaptés à la description des couleurs réfléchies par un objet (synthèse soustractive)[réf. nécessaire]. Dans ce cas, on ne part plus d'une référence noire (obscurité) mais d'une référence blanche (lumière maximale). Il est donc naturel d'utiliser des pigments qui soustraient du blanc les trois primaires précédentes, c'est-à-dire qui ajoutent les couleurs complémentaires cyan, magenta, jaune ; c'est le système CMJ[réf. nécessaire].

À ce stade, un problème pratique se pose : en synthèse additive, il est possible d'utiliser des lumières primaires assez pures, ce qui n'est pas possible en synthèse soustractive. Les gris et les noirs, en principe obtenus par un mélange de quantités équivalentes des couleurs primaires, sont traduits par des couleurs assez sales. Ce résultat conduit à remplacer la trichromie par la quadrichromie en ajoutant un pigment noir, ce qui définit le système CMJN[réf. nécessaire].

Espaces de référenceModifier

L'espace RVB est commode pour décrire les couleurs d'un écran d'ordinateur tandis que l'espace CMJN est bien adapté à l'impression. Aucun des deux ne convient néanmoins pour une description universelle des couleurs. La Commission internationale de l'éclairage (CIE) a étudié les problèmes liés à la description des couleurs telles que vues par l'Homme. Pour cela, la CIE s'est livrée à de nombreuses expériences de comparaisons de couleurs par un grand nombre d'observateurs regroupés statistiquement de manière à définir un observateur moyen.

Après les premières études qui ont porté sur la définition précise de l'espace CIE RGB, la CIE a défini l'espace de référence CIE XYZ où Y est la luminance obtenue en combinant les valeurs RGB. Il s’agit d’une luminance relative, une valeur de 1 correspondant à un illuminant. Les valeurs X et Z n’ont pas de luminance et déterminent la teinte à une luminance donnée. Cependant ces valeurs X et Z étant proportionnelles à la luminance, on préfère un diagramme xyY pour représenter les couleurs.

Ce système, qui a engendré un grand nombre de systèmes pratiques, souffre d'une imperfection : dans le diagramme de chromaticité CIE (x, y), les distances entre deux points voisins représentent mal les différences de perception par le cerveau humain. En particulier, les distances dans la zone des verts correspondent à des différences de perception plus faibles que celles qui sont associées aux mêmes distances pour les autres couleurs[5]. Cette remarque a conduit à définir l'espace YUV particulièrement utilisé en vidéo[réf. nécessaire]. Y est la même luminance que précédemment mais les deux paramètres de chrominance sont choisis de manière à réduire la zone du plan réservée aux verts. Cet espace ne doit pas être confondu avec CIE L*u*v* supplanté par le système suivant[réf. nécessaire].

L'espace CIE L*a*b* diffère des précédents en ce sens qu'il se déduit de CIE xyY par des relations non-linéaires. Pour imiter la réponse de l'œil, le paramètre L est approximativement proportionnel à la racine cubique de la luminance Y. D'autre part, la zone utile du plan de chrominance fermée par une courbe en fer à cheval correspondant aux teintes pures et une droite correspondant aux pourpres est transformée en un carré rapporté à des axes qui vont du rouge au vert et du jaune au bleu[réf. nécessaire].

Conversion des espaces de couleurModifier

Le traitement informatique des images peut être choisi comme exemple. Les couleurs d'un écran d'ordinateur sont des couleurs de lumières, en général synthétisées à partir du rouge, du vert et du bleu, ce qui conduit naturellement à utiliser le système RVB. Pour une raison analogue, le système CMJN est adapté à la description des couleurs sur l'imprimante. Pour obtenir la meilleure cohérence possible, il faut passer par un espace de référence, indépendant des deux appareils, qui est généralement L*a*b*[réf. nécessaire].

Chaque appareil n'ayant qu'un gamut limité, celui-ci doit transmettre à l'espace de destination son profil, sous-espace de celui-ci. En règle générale les deux gamuts ne sont pas identiques. Un module de gestion de la couleur doit alors effectuer des approximations pour optimiser le résultat. Celles-ci dépendent de l'intention de rendu qui peut être soit perceptif, relatif, par saturation ou absolu.

Espaces de travailModifier

Des sous-ensembles de l'espace RVB ont été définis pour répondre à des problèmes pratiques. sRGB est un espace proposé par HP et Microsoft en fonction des écrans les plus communs en informatique ; c'est l'espace de couleur standard pour l'affichage des images sur Internet mais il est trop étroit pour l'impression[réf. nécessaire]. Adobe RGB a donc été conçu par Adobe pour optimiser les résultats des imprimantes.

AnnexesModifier

BibliographieModifier

Articles connexesModifier

Liens externesModifier

RéférencesModifier

  1. Maître 2019.
  2. Electropedia, Sève 2009.
  3. « Qu'est-ce qu'un espace colorimétrique », sur gnome.org (consulté le )
  4. Séve 2009, p. 111.
  5. David L. MacAdam, « Visual sensitivities to color differences in daylight », J. Opt. Soc. Am., vol. 32, no 5,‎ , p. 247-273