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Types de systèmeModifier

On distingue deux types de système.

  • Les systèmes psychologiques établissent, par des comparaisons visuelles d'échantillons colorés, des nuanciers comportant un classement systématique des couleurs.
  • Les systèmes colorimétriques établissent, par des expériences psychophysiques, des correspondances entre les mesures physiques effectuées sur le rayonnement lumineux et une description numérique des couleurs.

Ces deux types se distinguent par les termes qu'ils emploient. Les systèmes colorimétriques les plus élaborés s'efforcent de rapprocher les évaluations obtenues par les mesures physiques de celles obtenues par la psychologie expérimentale.

Les systèmes de synthèse additive des couleurs font correspondre les couleurs de leur gamut à des descriptions basées sur les termes de l'une ou l'autre de ces approches, redéfinis pour correspondre à leurs contraintes techniques.

VocabulaireModifier

Les ouvrages scientifiques définissent soigneusement les termes qu'ils emploient. La différence de méthode entre l'approche psychologique et l'approche colorimétrique de la théorie des couleurs fait que les termes de description des couleurs qui visent à peu près la même caractéristique d'une couleur ne peuvent avoir la même définition. Des congrès et commissions ont décidé, dans le but de clarifier les discussions, d'utiliser des termes différents[2].

Termes homologues de description des couleurs[3]
Psychologie Colorimétrie
Teinte, tonalité ((en) hue) Longueur d'onde dominante
Saturation Puretés colorimétrique et d'excitation
Luminance, phanie, leucie[n 1], luminosité Luminance pour les lumières
Facteur de luminance pour les surfaces

Les termes de l'usage courant et du jargon des arts graphiques recoupent souvent plusieurs classifications des approches scientifiques, avec beaucoup moins de précision et plus de souplesse d'usage. Dans les arts graphiques, ton et teinte peuvent désigner, selon l'adjectif qui les précise, n'importe quel des trois caractères de couleur, sur la surface peinte.

Le caractère de teinte ou longueur d'onde dominante se désigne d'ordinaire par le nom d'un champ chromatique, pourvu que la couleur soit assez vive : rouge, orange, jaune, vert, bleu ; La luminosité s'exprime par une quantité de termes opposés : clair ou lumineux et parfois brillant s'opposent à sombre[n 2].

Les disciplines scientifiques ont séparé en caractères distincts des qualités des couleurs regroupées dans les termes de la vie courante.

Termes courants de description des couleurs[4]
Luminosité Pureté élevée Pureté faible
forte couleur vive couleur pâle
moyenne couleur intense couleur grisâtre
faible couleur profonde couleur sombre

L'évaluation trichrome des couleurs est spécifique à l'approche colorimétrique. Elle se base sur la production, à l'aide de trois couleurs primaires, de définition spectrale variable, conventionnellement appelées rouge, vert et bleu, d'un rayonnement lumineux métamère, c'est-à-dire perçu exactement comme celui de la couleur qu'on cherche à définir.

Espace des couleursModifier

Quel que soit le système ordonné de couleurs, les 30 000 à 500 000 que l'être humain peut distinguer[5] s'organisent selon trois critères, ce qui porte à assimiler ces systèmes à des espaces en volume. Dans ces espaces, les coordonnées peuvent être cartésiennes ou polaires, avec une origine arbitraire, telle que toutes les valeurs soient positives, ou au point de représentation d'un stimulus achromatique par rapport à l'étalon colorimétrique[6].

Les nuanciers ne présentent pas nécessairement des règles de cotation numérique des couleurs ; mais si on ne peut pas calculer de distance à proprement parler entre leurs échantillons, ils ont une cependant une position les uns par rapport aux autres, et forment un volume imaginaire.

Dans la pratique ordinaire, l'expression espace de couleurs peut aussi désigner la partie qu'un procédé de synthèse des couleurs peut atteindre dans l'espace général des couleurs visibles, tel que représenté par un système quelconque (synonyme de gamut).

Systèmes psychologiquesModifier

Les systèmes basés sur une évaluation visuelle de l'indentité des couleurs sont appelés systèmes ordonnés de couleurs[7]. Beaucoup de ces systèmes reprennent, en les systématisant, les notions élaborées par les artistes, notamment les triangles de couleurs et les cercles chromatiques.

Goethe, s'opposant à la physique de Newton, crée une théorie des couleurs radicalement différent dans son Traité des couleurs ; quoi qu'il ne soit pas numérique et ne puisse être considéré comme scientifiquement valide à l'heure actuelle, il a inspiré d'autres philosophes, scientifiques et artistes, notamment Schopenhauer dans son traité Sur la vue et les couleurs[8].

Eugène Chevreul, à partir du cercle chromatique des artistes et de sa loi du contraste simultané des couleurs, a conçu un nuancier dans lequel les couleurs sont organisées dans une demi-sphère. Ses conceptions de l'harmonie des couleurs, pour laquelle il cherchait des lois, ont influencé des artistes comme Eugène Delacroix, Georges Seurat et Robert Delaunay.

Au milieu du XIXe siècle, la psychologie expérimentale commence, avec Helmholtz et Fechner, à se séparer du platonisme implicite de la pensée de Newton, pour qui les couleurs sont des idées abstraites préexistant dans l'âme, capable de les reconnaître « à travers la fenêtre des sens ». Pour Helmholtz, Fechner et les courants qu'ils inaugurent, les concepts et les perceptions sont indissociables, et il faut, pour les comprendre, instituer des procédures pour la mesure des perceptions.

Ewald Hering conçoit un espace des couleurs à trois dimensions, dont le premier axe, de clarté, oppose le noir et le blanc, tandis que les deux autres opposent respectivement le bleu et le jaune et le rouge et le vert. Ces résultats seront confirmés, au siècle suivant, par des investigations sur le système visuel au-delà de la conversion des rayonnements lumineux en influx nerveux dans la rétine.

Wilhelm Ostwald organise les couleurs dans un volume en forme de double cône opposés par la base. L'axe vertical indique la luminosité. Chacune des tranches horizontales est un cercle chromatique de même luminosité, où la position de la couleur est définie en coordonnées polaires, la direction représentant la teinte, et la distance à l'axe central l'intensité de coloration.

TypesModifier

En dehors des collections de couleur spécialisées comme le catalogue Oberthur destiné à classer les couleurs des chrysanthèmes, on distingue exactement trois catégories[9] :

  1. Ceux qui constituent les couleurs à partir de mélanges additifs de lumière, soit au moyen d'un disque tournant, soit par un dispositif de projection de couleurs. Exemple : système d'Ostwald.
  2. Ceux qui constituent des couleurs par mélange de substance colorantes en proportions variables. Exemples : Cube de Hickethier, Pantone.
  3. Les « systèmes d'apparences des couleurs » dans lesquels les échelles de couleurs sont conçues pour que l'écart de couleur entre deux échantillons voisins soit uniforme. Exemple : nuancier de Munsell.

Nuancier de MunsellModifier

En 1909 Albert Henry Munsell établit un nuancier systématique, avec des gradations numériques. Révisé en 1943, après de nouvelles expérimentations, son atlas des couleurs dispose ses échantillons sur le même volume que ces prédécesseurs. Il permet le repérage de couleurs de surfaces par comparaison, et leur codage. La teinte s'indique, plus facilement que par un angle sur le cercle chromatique, par une abréviation de cinq noms de couleurs de base : B (blue), bleu ; G (green), vert ; Y (yellow), jaune ; R (red), rouge ; P (purple), pourpre, séparés par des échelons correspondant à un écart de teinte similaire. L'atlas des couleurs contient des échantillons réalisés en couleurs mates et en couleurs brillantes, pour tenir compte des différences de jugement dans ces deux cas. Ce nuancier a beaucoup d'applications pratiques[10].

Système NCSModifier

Le système Natural Color System dérive de la théorie de Hering, appliquée et développée par une série de chercheurs Suédois, notamment l'ingénieur Anders Hård (sv) et le psychologue Lars Sivik. C'est un nuancier basé sur l'aptitude des observateurs à évaluer une couleur en référence au blanc et au noir et aux quatre couleurs élémentaires, le rouge, le vert, le jaune et le bleu. Les couleurs se répartissent dans le double cône de Ostwald. Chaque nuance reçoit une cote qui indique sa proximité avec une couleur élémentaire (par exemple B20G indique un bleu à 80 % avec 20 % de vert), ce qui indique dans quelle coupe verticale du cône elle se situe. Dans ce triangle, la proximité avec le noir et l'éloignement de l'axe des définissent la couleur par un code numérique (par exemple 2050B20G désigne un bleu turquoise[11].

Systèmes colorimétriquesModifier

Article détaillé : colorimétrie.

Les systèmes colorimétriques se basent sur les expériences de Newton, inaugurant des travaux sur la lumière, comme phénomène physique. Un siècle après Newton, Young et Helmoltz utilisent les bases de la synthèse additive des couleurs pour relier les caractères physiques des rayonnements lumineux aux perceptions colorées.

On postule, par les lois de Grassmann, que les sensations colorées obéissent à des lois linéaires. Maxwell montre que les descriptions des couleurs par le triplet (longueur d'onde dominante, pureté, luminosité) sont équivalentes aux descriptions par les valeurs algébriques de trois lumières quelconques, pourvu qu'elles soient primaires entre elles (c'est-à-dire qu'aucun mélange de deux d'entre elles n'est métamère de la troisième, c'est-à-dire perçu identiquement. Comme, dans le laboratoire, on ne sait qu'ajouter des flux lumineux, on recherche les couleurs primaires qui donnent le moins de valeurs négatives possibles, et ces couleurs sont un rouge, un vert, et un bleu, définis par la facilité de les reproduire exactement.

À partir de ces calculs, et des principes de la psychophysique, on va présenter à des sujets des couleurs, en leur demandant d'en trouver des équivalents, et, à partir de ces expérience, établir, au début du XXe siècle, des courbes de sensibilité, faisant correspondre la puissance radiométrique du rayonnement lumineux et le coefficient qu'il faut lui faire correspondre pour obtenir une luminosité qui corresponde à la perception, et le coefficient qu'il faut donner à une primaire pour pouvoir trouver une couleur métamère par synthèse additive.

Ces méthodes donnent pour une partie des couleurs des coefficients négatifs pour une ou deux primaires d'expérimentation. On transforme donc, pour plus de commodité, coefficients, de telle façon que toutes les couleurs se retrouvent dans un diagramme de chromaticité dont les coordonnées sont bornées par 0 et 1.

En 1931, la Commission internationale de l'éclairage adopte les tableaux de valeurs qui définissent un observateur de référence, permettant l'établissement d'une correspondance entre les mesures physiques et un espace représentant les couleurs.

Colorimétrie de baseModifier

La colorimétrie de base se fonde sur deux postulats :

  • la linéarité des relations entre stimulus visuel et perception (lois de Grassmann, loi d'Abney) ;
  • l'indépendance des perceptions de la luminosité et de la chromaticité.

La CIE définit en 1931 le système CIE RGB, puis un système plus abstrait, CIE XYZ. Celui-ci possède deux caractéristiques :

  • la variable Y a été choisie pour représenter l'intensité subjective ressentie par l'observateur moyen, moyenne de nombreux observateurs physiques ayant une vue correcte ;
  • X et Z ont été choisis pour donner des valeurs toujours positives.

Ces trois variables représentent des intensités lumineuses. La division par leur somme fait apparaître des nombres purs x, y, z dont la somme est égale à 1. Ceci conduit au système CIE xyY dans lequel Y est la luminance, intensité non dépendante de la couleur, tandis que x et y définissent le plan de chromaticité perpendiculaire au plan Y et représentant toutes les couleurs par leur teinte et leur saturation indépendamment de leur intensité. Dans ce plan x y, les couleurs pures se trouvent sur une courbe en forme de fer à cheval, tous les mélanges de couleurs se trouvant à l'intérieur de cette courbe fermée par un segment qui représente les pourpres.

Colorimétrie des écarts de couleurModifier

Le système CIE xyY fournit une description cohérente de l'ensemble des couleurs visibles. Il souffre néanmoins d'une imperfection : les distances calculées entre points du diagramme de chromaticité ne correspondent pas aux écarts subjectifs entre couleur. On peut évaluer ces écarts en mesurant le seuil de différenciation visuelle de deux points du diagramme. La cause de cette imperfection se trouve dans les postulats de la colorimétrie de base. Les relations entre grandeurs physiques et perception ne sont pas linéaires.

Cependant, une des applications majeures de la colorimétrie est l'estimation de la conformité d'une couleur à une spécification. Pour pouvoir donner une tolérance, il faut que l'écart des couleurs soit régulier. On doit donc constituer systèmes non linéaires.

La CIE a d'abord défini la luminosité L*, fonction non linéaire de la luminance L, qui correspond au fait que la sensation d'intensité varie moins vite que sa valeur physique. Cela a conduit au système L*u*v* recommandé pour les écrans de visualisation couleur et au système L*a*b* recommandé pour la caractérisation des surfaces colorées et l'industrie des colorants, devenu depuis une quasi-norme en photographie.

Colorimétrie de la perceptionModifier

La question des écarts étant abordée, sinon résolue, restent des points de discordance entre les mesures physiques et la perception des couleurs, qui est un phénomène très complexe, incluant, par exemple, la dépendance de la perception de la couleur et de la luminosité, avec les différences entre vision photopique (diurne), mésopique et scotopique (nocturne, sans couleurs), l'effet Bezold-Brücke (de), l'interaction des surfaces colorées, remarquée par Michel-Eugène Chevreul au XIXe siècle (Loi du contraste simultané des couleurs).

La CIE a donc établi des Modèles d'apparence de couleur, prenant en compte certains de ces écarts au modèle précédent dus à l'influence du fond, aboutissant au modèle CIECAM97, puis au modèle CIECAM02, plus destiné aux applications de gestion de la couleur en imagerie[12].

Systèmes liés à la synthèse additiveModifier

Les systèmes électroniques de production d'images colorées, en premier lieu la télévision, puis les écrans d'ordinateurs, sont issues des recherches en colorimétrie. Ils résultent de la nécessité de commander les éléments producteurs de couleur par synthèse additive trichrome.

TélévisionModifier

La télévision en couleurs s'est établie comme un système de colorisation de l'image en noir et blanc existant auparavant. Le même signal électrique composite donne une image en noir et blanc ou en couleurs, suivant le décodage. Les systèmes tiennent compte de la moindre sensibilité de la vision aux différence de teinte qu'aux différence de luminosité.

Le signal triple (rouge, vert, bleu) des caméras et des écrans sera transformé pour la transmission en un signal de luminance auquel est superposé, aussi discrètement que possible, un signal de différence de couleur dont l'intensité est proportionnel à l'amplitude de cette différence, et dont la phase par rapport à une fréquence porteuse couleur indique la teinte. Ce signal composite de transmission a donc des paramètres homologues à ceux de la description psychologique des couleurs.

  • le système YIQ pour la télévision américaine NTSC ;
  • le système YUV pour la télévision européenne PAL
  • le système YDbDr pour la télévision française SECAM.

Couleurs informatiquesModifier

Article détaillé : Teinte saturation lumière.

Les systèmes de description des couleurs obtenus par les terminaux informatiques se basent, soit directement sur les grandeurs à assigner aux éléments matériels qui effectuent la synthèse des couleurs, donnant des valeurs (rouge, vert, bleu) relatives à un jeu de couleurs primaires (sRGB et Adobe RVB), soit sur une adaptation simplifiée des systèmes psychologiques de classification des couleurs, avec trois ou quatre grandeurs dérivées des précédentes, mais qui ne sont pas toujours définies de la même façon, la teinte, la chroma ou plus fréquemment la saturation et la luminosité ou valeur. Ces trois notions définissent divers systèmes dont les plus répandus sont TSV et TSL.

Dans tous les cas, l'ensemble des couleurs décrites dans les systèmes est moindre que l'ensemble des couleurs visibles. Les calculs sont grandement simplifiés, et la question du nombre des couleurs est résolue par la force brute, avec un nombre de codes de couleurs largement supérieur aux capacités humaines de discrimination.

Autres systèmes de représentation de la couleurModifier

Un inventaire complet des systèmes de classement de la couleur aboutit à deux catégories supplémentaires :

  • Les systèmes trichromes, basés sur des couleurs primaires
    • réalisables expérimentalement
    • ou obtenues par calcul à partir de celles-ci ;
  • les systèmes basés sur la distinction entre luminance et chrominance ;
  • les systèmes perceptuels, basés sur les couleurs élémentaires de Hering ;
  • les systèmes d'axes indépendants, qui résultent de méthodes statistiques fournissant les composantes les moins corrélées statistiquement dans une analyse trichrome d'images ;
  • les systèmes hybrides, faisant appel à plusieurs de ces techniques.

Les deux derniers systèmes s'utilisent en segmentation d'image. On cherche alors à séparer un objet visuel du fond, comme dans les systèmes qui, dans un match de foot-ball, séparent les joueurs de chaque équipe du fond et reconnaissent un joueur en hors-jeu[13].

Conversion entre systèmesModifier

Les systèmes capables de représenter toutes les couleurs visibles à partir de mesures physiques peuvent se convertir par des opérations mathématiques équivalent à des changements d'axes (par des matrices) et des conversions d'échelle, linéaires ou non.

Les systèmes, comme ceux décrivant les couleurs d'un procédé de synthèse, basés sur des grandeurs physiques, mais qui ne couvrent pas l'ensemble des couleurs visibles, peuvent convertir, dans les mêmes conditions, toutes les couleurs d'un système à l'autre dans les limites de la partie commune à leurs deux gamuts. Les profils de couleur transmettent, entre les machines concernées, les paramètres des matrices et formules de conversion. Il faut, en plus, spécifier les règles de conversion. Si une dimension d'un espace de couleurs est plus petite que son homologue dans un autre, on peut soit mettre à l'échelle, soit abandonner la reproduction exacte de la partie de l'espace qui diffère.

Les systèmes basés sur des données initiales différentes, comme les systèmes psychologiques et les systèmes colorimétriques, ne peuvent être convertis qu'approximativement. C'est une entreprise délicate, et l'objectif de systèmes comme CIELUV pour les couleurs d'écran et CIE L*a*b* pour les couleurs de surface.

Voir aussiModifier

BibliographieModifier

  • Maurice Déribéré, La couleur, Paris, PUF, coll. « Que Sais-Je » (no 220), , 12e éd. (1re éd. 1964) (sommaire).
  • Jean Petit, Jacques Roire et Henri Valot, Encyclopédie de la peinture : formuler, fabriquer, appliquer, t. 1, Puteaux, EREC, , p. 263-290 « Atlas de couleurs ».
  • Jean Petit, Jacques Roire et Henri Valot, Encyclopédie de la peinture : formuler, fabriquer, appliquer, t. 2, Puteaux, EREC, , p. 145-175 « Colorimétrie ».
  • Robert Sève, Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs, Marseille, Chalagam, , p. 230-245 « Collections organisées de couleurs ».

Articles connexesModifier

Liens externesModifier

NotesModifier

  1. Luminance, terme préféré par la section américaine de la Commission internationale de l'éclairage, s'est imposé sur Phanie pour les lumières et Leucie pour les objets, proposés en 1940 afin d'avoir des noms différents pour chaque paramètre de la couleur en colorimétrie et en psychologie (Durup 1949 ; Déribéré 2014, p. 12 ; Henri Piéron, « La terminologie visuelle », L'année psychologique, vol. 41-42,‎ , p. 248-251 (lire en ligne)).
  2. La norme AFNOR X08-010 : Classification méthodique générale des couleurs indique des plages de valeurs colorimétriques pour ces termes (Sève 2009, p. 246-251) ; Jean Petit, Jacques Roire et Henri Valot, Encyclopédie de la peinture : formuler, fabriquer, appliquer, t. 2, Puteaux, EREC, , p. 158-159.

RéférencesModifier

  1. Sève 2009, p. 223.
  2. Gustave Durup, « Progrès conjoints des idées et du langage dans les sciences de la couleur », L'année psychologique, vol. 47-48,‎ , p. 213-229 (lire en ligne). Ce volume est daté 1946, mais l'auteur mentionne les réunions de 1948, et apporte en 1952 des précisions à cet article « publié il y a trois ans » ; voir aussi Déribéré 2014, p. 11-12.
  3. Déribéré 2014, p. 11-12.
  4. AFNOR X-08-010 « Classification générale méthodique des couleurs » ; Sève 2009, p. 248.
  5. Sève 2009, p. 229.
  6. Commission électrotechnique internationale : IEC 60050 Vocabulaire électrotechnique international, section « Éclairage » reprenant la terminologie de la Commission internationale de l'éclairage, Electropedia 845-03-06 « stimulus achromatique », 845-03-10 « illuminant », 845-03-25 « espace chromatique », 845-03-26 « solide des couleurs », 845-03-27 « atlas des couleurs »
  7. Sève 2009 ; Petit, Roire et Valot 1999
  8. Olaf L. Müller, « La palette colorée de Goethe », Courrier international, Paris, nos 1051-1052,‎ (lire en ligne) traduction partielle de Olaf L. Müller, « Goethe und die Ordnung der Farbenwelt », Frankfurter Allgemeine Zeitung, Francfort,‎ (lire en ligne).
  9. Petit, Roire et Valot 1999, p. 263.
  10. Sève 2009, p. 236-239.
  11. Sève 2009, p. 239-240 ; ncs-navigator.
  12. Sève 2009, p. 271.
  13. Nicolas Vandenbroucke, Segmentation d’images couleur par classification de pixels dans des espaces d’attributs colorimétriques adaptés : Application à l’analyse d’images de football, Thèse U. de Lille 1, (lire en ligne)