- Étalon colorimétrique
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Un étalon colorimétrique est un profil ou spectre de lumière visible, qui est publié afin de permettre la comparaison d'images ou de couleurs enregistrées sous un éclairage différent.
Sommaire
Illuminants de la CIE
La Commission internationale de l'éclairage (ou CIE) est l'organisation chargée de la publication de tous les étalons colorimétriques standards. Chacun porte un nom constitué d'une lettre ou d'une combinaison d'une lettre avec des chiffres.
Les illuminants A, B et C ont été introduits en 1931 avec pour but de représenter respectivement la lumière moyenne d'une lampe à incandescence, la lumière directe du soleil et la lumière du jour. Les illuminants D quant à eux représentent des phases de la lumière du jour (par exemple D65 pour un ciel nuageux), l'illuminant E est l'illuminant d'énergie égale, tandis que l'illuminant F représente diverses lampes fluorescentes de compositions variées.
Il y a des instructions précises sur la manière de produire des sources lumineuses "standard" correspondant aux plus anciens illuminants (A, B, C). Pour les plus récents (tels que les séries D), les expérimentateurs sont libres de mesurer le spectre de leurs sources puis de le comparer aux spectres[1] publiés par la CIE.
Néanmoins la CIE fournit une mesure nommée indice de Métamérisme servant à rendre compte de la qualité du simulateur de lumière du jour[2],[3]. L'indice de Métamérisme teste la compatibilité de cinq échantillons. De la même manière que pour le test d'Indice de rendu de couleur, la différence moyenne entre chaque échantillon est calculée[4].
Illuminant A
La CIE définit l'illuminant A en ces termes:
« CIE standard illuminant A is intended to represent typical, domestic, tungsten-filament lighting. Its relative spectral power distribution is that of a Planckian radiator at a temperature of approximately 2856 K. CIE standard illuminant A should be used in all applications of colorimetry involving the use of incandescent lighting, unless there are specific reasons for using a different illuminant. »
— CIE, CIE Standard Illuminants for Colorimetry
« L'illuminant A de la CIE est utilisé pour représenter la lumière typique d'un filament de tungstène d'une ampoule domestique. Sa distribution spectrale relative est celle d'un radiateur de Planck à une température approximative de 28562 K. L'illuminant A de la CIE peut être employé dans toutes les applications de colorimétrie impliquant l'utilisation d'une lumière incandescente, à moins qu'il y ait des raisons spécifiques d'employer un autre illuminant. »
Le rayonnement spectral d'un corps noir suit la Loi de Planck:
Au moment de la standardisation de l'illuminant A, (ce qui n'affecte pas la DSRP) et étaient différents. En 1968, l'estimation de c2 fut revue et modifié de 0.01438 m•K à 0.014388 m•K (et avant cela, la valeur de c2 était de 0.01435 m•K lorsque l'illuminant A fut standardisé). Cette différence modifia la courbe de Température de couleur, passant la température de l'illuminant A des 2848 K nominaux à 2856 K.
Pour éviter d'autres modifications de la Température de couleur, la CIE spécifies dorénavant la DSRP directement, s'appuyant sur la valeur originale de 1931 de c2[1].
Les coefficients ont été sélectionnés pour obtenir un pic de DSRP de 100 à 560nm. Les valeurs tristimulus sont (X,Y,Z) = (109.85,100.00,35.58), et les coordonnées chromatiques pour un observateur standard sont (x,y)=(0.44758, 0.40745).
Illuminants B et C
Les illuminants B et C sont des simulateurs de lumière du jour. Ils sont dérivés de l'illuminant A en utilisant des filtres liquides. L'illuminant B sert à représenter la lumière du soleil au zénith, avec une température de couleur corrélée (TCC) de 4874 K, alors que l'illuminant C représente une lumière du jour moyenne avec une TCC de 6774 K. Ce sont de mauvaises approximations de n'importe quelle source de lumière commune et sont obsolètes comparativement aux séries D[1].
« Illuminant C does not have the status of a CIE standard but its relative spectral power distribution, tristimulus values and chromaticity coordinates are given in Table T.1 and Table T.3, as many practical measurement instruments and calculations still use this illuminant. »
— CIE, Publication 15:2004[5]
« L'illuminant C n'a pas le statut de standard de la CIE mais sa distribution spectrale relative de puissance, ses valeurs de tristimulus et ses coordonnées chromatiques sont données table T.1 et table T.3, étant donné que plusieurs instruments et calculs emploient encore cette illuminant. »
Les filtres liquides, inventés par Raymond Davis Jr. et Kasson S. Gibson en 1931[6], ont une absorbance relativement élevée dans l'extrémité rouge du spectre, augmentant efficacement la TCC des Gaz d'éclairage jusqu'aux niveaux de celle de la lumière du jour. Leur fonctionnement est similaire à celle des gélatines employées en photographie et dans le cinéma de nos jours, quoique beaucoup moins commode.
Chaque filtre est composé de deux solutions, chacune contenant des doses spécifiques d'eau distillée, de sulfate de cuivre, de mannite, de pyridine, d'acide sulfurique, de cobalt et de sulfate d'ammonium. Les solutions sont séparées par une feuille de verre transparent. La quantité de chaque composant est choisie avec soin pour que leur combinaison donne un filtre de température de couleur; cela fait la lumière filtrée reste blanche.
Illuminants séries D
Derivée par Judd, MacAdam, et Wyszecki[7], la série D d'illuminants est construite pour représenter la lumière naturelle du jour. Ces illuminants sont difficiles à produire articifiellement mais sont faciles à caractériser mathématiquement.
H. W. Budde du National Research Council of Canada à Ottawa, H. R. Condit et F. Grum de la Eastman Kodak Company à Rochester, New York[8], et S. T. Henderson et D. Hodgkiss de Thorn Electrical Industries à Enfield[9] ont indépendamment mesuré la DSRP de la lumière du jour entre 330 et 700nm, comptabilisant à eux tous 622 échantillons. Judd et ses confrères analysèrent ces échantillons et découvrirent que les coordonnées chromatiques(x,y) forment une simple relation quadratique :
- y = 2.870x − 3.000x2 − 0.275.
Simonds supervisa l' analyse en composantes principales des DSRP[10],[11]. l'application de sa méthode revéla que les DSRP peuvent être approximées de façon satisfaisante en utilisant la moyenne (S0) et les deux premières caractéristiques vectorielles (S1 and S2):
- S(λ) = S0(λ) + M1S1(λ) + M2S2(λ)
Pour simplifier, la DSRP des échantillons de lumière peut être exprimée comme la combinaison linéaire de trois DSRP particulières. Le premier vecteur (S0) est la moyenne de toutes les DSRP des échantillons, ce qui est la meilleure DSRP reconstituée formée d'un seul vecteur particulier. Le second vecteur (S1) correspond à une variation jaune–bleu, représentant les changements dans la température de couleur corrélée dus à la présence ou non de nuages ou de lumière directe du soleil[7]. Le troisième vecteur (S2) correspond à une variation rose-vert causée par la présence d'eau sous forme de vapeur[7].
Pour construire un simulateur de lumière du jour d'une température de couleur corrélée particulière nécessite au minimum de connaître les coefficients M1 et M2 des vecteurs caractéristiques S1 et S2.
Expression des coordonnées chromatiques x et y tel que:
et en utilisant les valeurs tristimulus pour les vecteurs moyenne, ils furent capable d'exprimer M1 et M2 comme suit:
Le seul problème est que cela ne résous pas le calcul des cordonnées (x,y) pour une phase particulière de la lumière du jour. Judd et ses confrères ont simplement tabulé les valeurs de certaines coordonnées chromatiques correspondant à une température de couleur corrélée communément employée telle que 5500K, 6500K et 7500K. Pour d'autres températures de couleur, il faut consulter les figures de Kelly[12]. Ce problème fut soulevé dans le rapport de la CIE formalisant les illuminants D, avec une approximation de la coordonnée x en termes de température de couleur réciproque, valide entre 4000 et 25 000K[13]. La coordonnée y fut ensuite déduite à partir de la relation quadratique de Judd.
Ensuite ils étendirent la DSRP reconstruite à la plage 300-330nm et 700-830nm en utilisant les données sur l'absorbance spectrale de l'atmosphère terrestre de Moon[14].
Les DSRP présentées par la CIE de nos jours sont dérivées par interpolation linéaire d'un ensemble de données avec un pas de 10nm ramenés à un pas de 5nm. La limitation en longueur d'onde des données photométriques n'est pas un obstacle aux calcul des valeurs de la CIE XYZ tristimulus, puisque pour un observateur standard ces données sont comprises uniquement entre 380 et 780nm par pas de 5nm[15].
Des études similaires ont été entreprises dans d'autres parties du monde, ou répétant l'analyse de Judd et de ses confrères avec des méthodes de calcul plus modernes. Dans beaucoup de ces études, la courbe de la lumière du jour est nettement plus proche du lieu Planckien que dans les travaux de Judd et de ses confrères[16]
- Calculs
La Distribution Spectrale Relative de la Puissance (DSRP) SD(λ) des illuminants de série D peut être dérivée de ses coordonnées chromatiques dans le système CIE XYZ, (xD,yD)[17]:
où T est la TCC de l'illuminant. Les coordonnés chromatiques des illuminants D forment la courbe de la Lumière du jour de la CIE. La DSRP est donnée par:
SD(λ) = S0(λ) + M1S1(λ) + M2S2(λ)
M1 = ( − 1.3515 − 1.7703xD + 5.9114yD) / M
M2 = (0.03000 − 31.4424xD + 30.0717yD) / M
M = 0.0241 + 0.2562xD − 0.7341yD
où S0(λ),S1(λ),S2(λ) sont la moyenne et les deux premiers vecteurs propres de la DSRP[17]. Les deux vecteurs caractéristiques sont tous les deux nuls à 560nm, puisque toutes les DSRP ont été normalisées autour de ce point.
Les TCC des illuminants D50, D55, D65, and D75 diffèrent légèrement de ce que leur nom suggère. Par exemple D50 a une TCC de 5003K (c'est la lumière de "l'horizon"), tandis que les illuminants D65 ont une TCC de 6504K (lumière à midi). Comme expliqué précédemment, ceci est dû au fait que les constantes de la loi de Planck ont légèrement changé depuis la première définition de ces illuminants, dont les DSRP sont basées sur ladite loi.
Illuminant E
L’Illuminant E est un radiateur à énergie égale; il a une DSRP constante dans le spectre visible. Il est utilisé en tant que référence théorique, un illuminant qui donne un poids égal à chaque longueur d’onde, présentant une couleur unie. Il a également des valeurs de tristimulus XYZ égales, et ses coordonnées chromatiques sont (x,y)=(1/3,1/3). Les fonctions chromatiques correspondantes sont normalisées tel que leurs integrales soient les mêmes sur tout le spectre du visible[1].
L’Illuminant E n’est pas un corps noir, donc il n’a pas de temperature de couleur, mais elle peut être approximée par un Illuminant D avec une TCC de 5455K. (De tous les Illuminants canoniques, D55 est le plus proche.) les fabriquants comparent parfois les sources de lumière à l’Illuminant E pour calculer la pureté d’excitation[18].
Illuminant séries F
La série F d’Illuminants représente divers types de lumière fluorescente.
Les “standards” F1–F6 de lampe fluorescente consiste en deux émissions de semi-bandes d’émission d’antimoine et de manganèse dans du phosphore de calcium halophosphate[19]. F4 est d’un intérêt particulier depuis qu’il a été utilise pour calibrer l’Indice de Rendu de Couleur de la CIE (l’IRC fut choisi tel que F4 ait un IRC de 51). Les F7–F9 sont des lampes fluorescentes à “bandes d’émission” (spectre complet et non de raies), réalisées avec de multiples phosphores et de hauts IRC. Enfin les F10–F12 sont des Illuminants tribandes minces consistant en trois bandes minces d’émission (causées par des compositions ternaires de phosphores de terres rares) dans les régions RGB du spectre visible. Le poids des phosphores peut être réglé pour obtenir la TCC désirée.
Les spectres de ces Illuminants sont publiés dans la Publication 15:2004[5],[20].
Point blanc
Article principal : Point blanc.Un point blanc est l'un des nombreux illuminants de référence utilisés en colorimétrie pour caractériser le «blanc». Selon les applications, différentes définitions du blanc sont nécessaires pour donner des résultats acceptables. Par exemple, les photographies prises à l'intérieur peuvent utiliser un éclairage incandescent légèrement orange par comparaison avec la lumière du jour. La définition du «blanc» selon la lumière du jour donnera des résultats inacceptables lors de la correction des couleurs d'une photographie prise sous un éclairage incandescent.
Idéalement, chaque point blanc est décrit par une distribution spectrale de la puissance, c'est-à-dire en donnant la quantité de puissance par unité de longueur d'onde pour chaque longueur d'onde du spectre visible. Par exemple, le point blanc le plus élémentaire est celui qui est noté E pour égale énergie. Sa distribution spectrale est plate, donnant ainsi la même valeur pour chaque longueur d'onde. Dans l'espace de couleur CIE XYZ ses coordonnées sont égales tandis que, dans l'espace CIE xyY, ses coordonnées de chrominance sont x = 1/3, y = 1/3.
Une liste de points blancs classiques, leurs coordonnées de chrominance (x,y) et les températures de couleur associées sont données ci-dessous. Les coordonnées de chrominance sont données pour les deux champs de vision, 2 degrés (1931) et 10 degrés (1964). Les taches de couleur représentent la teinte de chaque point blanc calculée avec une luminance Y = 0,54, en supposant une calibration correcte de l'affichage sRGB.
Points blancs des illuminants standards
Une liste d’Illuminants standardisés, leur coordonnées chromatiques avec un diffuseur (ou transmetteur) parfait, et leur Température de Couleur Corrélée sont donnés ci-dessous. Les coordonnées chromatiques de la CIE sont données pour les champs de vision de 2 degrés (1931) et 10 degrés (1964). Les échantillons de couleur représentent la teinte de chaque point blanc, calculée avec une luminance de Y=0.54 pour un observateur standard, en supposant une calibration RGB correcte de votre écran.
White points[21],[22],[23] Nom CIE 1931 2° CIE 1964 10° TCC (K) Teinte Note x2 y2 x10 y10 A 0.44757 0.40745 0.45117 0.40594 2856 Lampe à incandescence / Tungsten B 0.34842 0.35161 0.34980 0.35270 4874 {obsolete} Lumière du soleil directe à midi C 0.31006 0.31616 0.31039 0.31905 6774 {obsolete} Moyenne / Lumière du jour pour un ciel du Nord D50 0.34567 0.35850 0.34773 0.35952 5003 Lumière de l’horizon. D55 0.33242 0.34743 0.33411 0.34877 5503 Lumière du jour de milieu de matinée / milieu d’après midi D65 0.31271 0.32902 0.31382 0.33100 6504 Lumière du jour à midi: Télévision, espace colorimétrique sRGB D75 0.29902 0.31485 0.29968 0.31740 7504 Lumière du jour pour un ciel du Nord E 1/3 1/3 1/3 1/3 5454 Energie égale F1 0.31310 0.33727 0.31811 0.33559 6430 Lumière du jour fluorescente F2 0.37208 0.37529 0.37925 0.36733 4230 Blanc fluorescent froid F3 0.40910 0.39430 0.41761 0.38324 3450 Blanc fluorescent F4 0.44018 0.40329 0.44920 0.39074 2940 Blanc fluorescent chaud F5 0.31379 0.34531 0.31975 0.34246 6350 Lumière du jour fluorescente F6 0.37790 0.38835 0.38660 0.37847 4150 Blanc lumineux fluorescent F7 0.31292 0.32933 0.31569 0.32960 6500 simulateur de D65, Simulateur de lumière du jour F8 0.34588 0.35875 0.34902 0.35939 5000 Simulateur de D50, Sylvania F40 Design 50 F9 0.37417 0.37281 0.37829 0.37045 4150 Blanc froid deluxe fluorescent F10 0.34609 0.35986 0.35090 0.35444 5000 Philips TL85, Ultralume 50 F11 0.38052 0.37713 0.38541 0.37123 4000 Philips TL84, Ultralume 40 F12 0.43695 0.40441 0.44256 0.39717 3000 Philips TL83, Ultralume 30 Notes et références
- (en) János Schanda, Colorimetry: Understanding the CIE System, Hoboken, Wiley Interscience, 2007 (ISBN 978-0-470-04904-4) (LCCN 2007026256), « 3: CIE Colorimetry », p. 37–46
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« A method is provided for evaluating the suitability of a test source as a simulator of CIE Standard Illuminants D55, D65, or D75. The Supplement, prepared in 1999, adds the CIE Illuminant D50 to the line of illuminants where the method can be applied to. For each of these standard illuminants, spectral radiance factor data are supplied for five pairs of nonfluorescent samples that are metameric matches. The colorimetric differences of the five pairs are computed for the test illuminant; the average of these differences is taken as the visible range metamerism index and is used as a measure of the quality of the test illuminant as a simulator for nonfluorescent samples. For fluorescent samples, the quality is further assessed in terms of an ultraviolet range metamerism index, defined as the average of the colorimetric differences computed with the test illuminant for three further pairs of samples, each pair consisting of a fluorescent and a nonfluorescent sample which are metameric under the standard illuminant. »
- (en) CIE Standard, Standard Method of Assessing the Spectral Quality of Daylight Simulators for Visual Appraisal and Measurement of Colour, 2004 [lire en ligne] Prepared by TC 1-53 "A Standard Method for Assessing the Quality of Daylight Simulators". ISO Standard 23603:2005(E).
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- Optical Testing for SuperFlux, SnapLED and LUXEON Emitters » Philips, «
- Brevet US 5447660 Method for making a calcium halophosphate phosphor or Brevet US 6666993 Single component calcium halophosphate phosphor For commercial examples of calcium halophosphate fluorescents, see for example
- Spectral power distribution of Illuminants Series F (Excel), in 5 nm increments from 380 to 780 nm.
- A Review of RGB color spaces », Babel Color Danny Pascale, «
- Equivalent White Light Sources, and CIE Illuminants
- CIE F-series Spectral Data, CIE 15.2:1986
Liens externes
- Selected colorimetric tables in Excel, as published in CIE 15:2004
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