Espace colorimétrique

Un espace colorimétrique ou espace de couleur associe des nombres aux couleurs visibles. Compte tenu des limites de la vision humaine, ces nombres se présentent généralement sous la forme de triplets. Chaque couleur de lumière peut donc être caractérisée par un point dans un espace à trois dimensions. Lors d'une impression, pour des raisons liées à la qualité des pigments, l'espace utilisé comporte alors généralement au moins quatre dimensions.

Il y a des espaces que l'on peut considérer comme 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.

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 sections de ces espaces par des plans correspondant à des luminances données.

Espaces élémentaires

L'œil humain distingue les couleurs à travers des récepteurs appelés cônes. Il existe en tout et pour tout trois types de cônes, ce qui 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.

A cet espace, qui traduit la physiologie de l'œil, on préfère parfois un espace, parfaitement équivalent, qui correspond plus aux notions intuitives. Une couleur peut être caractérisée par sa « 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). 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.

A 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.

Espaces de référence

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 vues par les humains. Pour cela, elle s'est livré 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 RVB, la CIE a défini l'espace de référence xyY. Une comparaison a conduit à définir la luminance Y, intensité subjective d'une lumière de couleur pure, indépendamment de cette couleur. Puis la couleur a été caractérisée indépendamment de l'intensité par le couple (x,y) qui représente la chrominance.

Ce système, qui a engendré un grand nombre de systèmes pratiques, souffre d'une imperfection : dans le diagramme de chrominance 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. Cette remarque a conduit à définir l'espace YUV particulièrement utilisé en vidéo. 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 L*u*v* supplanté par le système suivant.

Le système L*a*b* diffère des précédents en ce sens qu'il se déduit de 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.

Conversion des espaces de couleur

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*.

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 travail

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. Adobe RGB 1998 a donc été conçu par Adobe Systems Inc. pour optimiser les résultats des imprimantes.

Catégories des systèmes de représentation de la couleur

D’après la CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) un système de représentation de la couleur doit posséder trois composantes par analogie au système visuel humain qui comporte trois cônes différents, réceptifs à trois longueurs d’ondes différentes. Une couleur est représentée par les valeurs de ces trois composantes. Plusieurs synthèses portant sur la représentation de la couleur ont été réalisées. Le plus connu est celui proposé par Vandenbroucke qui distingue cinq catégories de systèmes. Les quatre premières catégories sont classées dans les systèmes classiques, par opposition aux systèmes hybrides^[1] :

• Les systèmes de primaires,
• les systèmes de luminance-chrominance,
• les systèmes perceptuels,
• les systèmes d’axes indépendants,
• les systèmes hybrides.

Références

Voir aussi

• Système colorimétrique
• (en) Gestion de la couleur
• (en) Description des différents espaces

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