Colorimétrie

1. Colorimétrie

2. La vision humaine Eléments de colorimétrie La colorimétrie est la discipline qui étudie les couleurs en tenant compte de la vision humaine “ moyenne ”

3. La vision humaine La lumière peut être définie comme étant la partie visible du rayonnement d’énergie électromagnétique Elle peut être réfléchie par un objet. C’est le principe de la perception de la plupart des objets.

4. La vision humaine La couleur est l’impression colorée que l’oeil reçoit d’un objet: Elle dépend de quatre paramètres: - la nature de la lumière, - la nature de l’objet, • l’oeil qui la reçoit, • Le cerveau pour l’interprétation

5. La vision humaine analyse par la longueur d’onde: La lumière peut être déterminée par analyse en fréquence (en optique, on parle plutôt de longueur d’ondes)

6. La vision humaine analyse par la longueur d’onde: 380 à 435 nm violet 435 à 465 nm indigo 465 à 482 nm bleu 482 à 487 nm bleu verdâtre 87 à 492 nm cyan ou turquoise 492 à 530 nm vert bleuté 530 à 560 nm vert 560 à 575 nm vert jaunâtre 575 à 580 nm jaune verdâtre 580 à 587 nm jaune 587 à 596 nm jaune orangé 596 à 620 nm rouge orangé 620 à 765 nm rouge

7. La vision humaine analyse par la longueur d’onde: Avec la relation bien connue: et c  3. 108 m/s, la gamme de fréquences perçue par l’oeil humain s’étend donc approximativement de 4. 1014 Hz à 8 1014 Hz

8. La vision humaine Décomposition de la lumière blanche. Les lumières peuvent être décomposées en leurs composantes élémentaires (spectrales) à l’aide de prismes (mise en oeuvre du phénomène de dispersion) ou de réseaux (utilisation d’interférences), éléments de base des spectroscopes et analyseurs de spectre optiques.

9. La vision humaine Dans certains cas, on obtient des spectres de raies analogues à ceux des signaux électriques que nous avons l’habitude de fréquenter. Une lumière dont le spectre ne comporte qu’une seule raie est dite monochromatique

10. La vision humaine La lumière blanche possède un spectre continu. La lumière blanche théorique est définie comme étant la somme d’une même quantité de toutes les composantes colorées visibles ( bruit blanc)

11. La vision humaine L’oeil peut discerner 150 nuances de couleurs de la décomposition spectrale d’un rayon solaire.

12. La vision humaine Décomposition de la lumière blanche

13. La vision humaine Courbe de sensibilité spectrale de l ’œil humain

14. La vision humaine Définition du paramètre 

15. La vision humaine Remarque importante Des spectres différents peuvent reproduire une même impression colorée (exemple: une peau d’orange et une lampe à vapeur de Sodium). C’est le métamérisme.

16. La vision humaine Cette propriété montre que l’on n’est pas obligé de disposer de toutes les composantes monochromatiques visibles pour reconstituer une lumière blanche. (le nombre minimum est de 2 composantes pour reproduire la lumière blanche dans une condition bien précise). Exemple: BLANC = K1 VIOLET + K2 ORANGE + K3 ROUGE

17. La vision humaine Exemple de métamérisme

18. Eléments de colorimétrie: Expériences d’égalisation des couleurs: Les expériences d’égalisation des couleurs visent à déterminer le domaine de validité de la relation: C = R(rouge) + V(vert) + B(bleu), et de trouver les valeurs des coefficients R, V, B pour toutes les lumières de couleur C examinées. Ces expériences sont à la base de la détermination des lois de la colorimétrie.

19. Eléments de colorimétrie: Première expérience d’égalisation des couleurs: Avec trois projecteurs de couleurs R V B, on égalise une couleur donnée. Cette expérience montre que 90 % des couleurs peuvent être ainsi égalisées, en additionnant trois lumières de couleurs rouge, vert, bleu..

20. Eléments de colorimétrie:

21. Eléments de colorimétrie: Résultats de la première expérience d’égalisation des couleurs : 90% des couleurs peuvent être « égalisées » au moyen de ce dispositif

22. Eléments de colorimétrie: Deuxième expérience d’égalisation des couleurs: Pour les 10 % de couleurs non obtenues dans la première expérience, on égalise en ajoutant un projecteur R, V ou B à la couleur C. Le coefficient de la couleur du projecteur situé à droite est alors compté négativement.

23. Eléments de colorimétrie:

24. Eléments de colorimétrie: Résultat: pour toutes les couleurs, on trouve une solution, soit selon le premier modèle, soit selon le second modèle La totalité des couleurs deviennent alors réalisables, mais dans l’expression C = R(R) + V(V) + B(B), il peut y avoir des coefficients négatifs.

25. Eléments de colorimétrie: Résultat des expériences d ’égalisation des couleurs

26. Eléments de colorimétrie: Synthèse additive et synthèse soustractive. D’une manière identique, on peut égaliser une lumière en partant d’un projecteur blanc dans le faisceau duquel on intercale des filtres colorés. Les trois couleurs primaires de la synthèse négative sont Cyan, vert et Magenta. Ce type de synthèse est celui de l’imprimerie et de la photo sur papier.

27. Eléments de colorimétrie: Autres expériences: - La loi d’addition. La somme de deux couleurs C1 et C2 peut être égalisée par la somme des lumières (R, V, B) qui égalisent C1 et C2.

28. Eléments de colorimétrie: Autres expériences: - La loi de proportionnalité Si on fait varier d’une certaine proportion l’intensité de la lumière C, la lumière résultante peut être égalisée en faisant varier dans le même proportion l’intensité de chacun des projecteurs (R, V, B).

29. Eléments de colorimétrie: Autres expériences: => Lois de Grassmann: Chaque couleur est une combinaison linéaire de R, V, B La luminance est égale à la somme des luminances Multiplier les luminances par K ne change pas la couleur. ça sent l ’espace vectoriel à plein nez !!! (NdlR)

30. Eléments de colorimétrie: Base de la représentation géométrique des couleurs: Il est possible de définir un espace à trois dimensions au moyen des trois axes chromatiques OR, OV, OB de fixer comme vecteurs unitaires les stimulus de référence (R), (V), (B).

31. Eléments de colorimétrie: Base de la représentation géométrique des couleurs: On définit ainsi un espace chromatique. En télévision, on a choisi (R), (V), (B), tels que le blanc W = 1 (R) + 1 (V) + 1 (B).

32. Eléments de colorimétrie: Espaces de couleurs: La représentation d’une couleur au moyen d’un espace de couleurs est bien plus avantageuse en ce qui concerne sa concision que la description fréquentielle. Les expériences ont montré qu’il suffit de trois variables indépendantes pour décrire presque toutes les couleurs existantes.

33. Eléments de colorimétrie: Espaces de couleurs: Les principaux espaces de couleurs tridimensionnels sont les suivants : - Espace RVB de la CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) - Espace XYZ de la CIE - Espace UVW dit UCS de la CIE - Espace RNGNBN du récepteur de télévision américain standardisé par le NTSC - Espace YIQ de transmission du NTSC - Espace RVB de l’UER, - Espace DSH - Espace de Munsel, - Espace L*a*b*

34. Eléments de colorimétrie: LE SYSTEME R V B DE LA CIE Primaires: R = 7 000 nm V= 5 64,1 nm B= 435,8 nm Blanc de référence: Blanc E (noté aussi W) caractéristique: égale énergie Luminance des primaires: LR0 = 1,000 LV0 = 4,591 LB0 = 0,060

35. Eléments de colorimétrie: LE SYSTEME R V B DE LA CIE SYSTEME RVB: R = LR/LR0 V = LV/LV0 B = LB/LB0 Système réduit:

36. Eléments de colorimétrie: LE SYSTEME R V B DE LA F.C.C. Primaires: R = 610 nm V= 535 nm B= 470 nm Blanc de référence: Blanc C Luminance des primaires: LR0 = 0, 30 LV0 = 0, 59 LB0 = 0, 11

37. Eléments de colorimétrie: LE SYSTEME R V B DE LA F.C.C. SYSTEME RVB ASSOCIE: R = LR/LR0 V = LV/LV0 B = LB/LB0 Système réduit: UTILISATION: - SYSTEME NTSC - SYSTEME PAL (NORMESAMERICAINES)

38. Eléments de colorimétrie: LE SYSTEME R V B DE L’UER Primaires: R = 600 nm V= 546 nm B= 446 nm Blanc de référence: Blanc D65 Luminance des primaires: LR0 = 0, 22 LV0 = 0, 71 LB0 = 0, 07

39. Eléments de colorimétrie: LE SYSTEME R V B DE L’UER SYSTEME RVB ASSOCIE: R = LR/LR0 V = LV/LV0 B = LB/LB0 Système réduit: UTILISATION: - SYSTEME SECAM - SYSTEME PAL (NORMES EUROPEENNES)

40. Eléments de colorimétrie: CONSTATATIONS RESULTANT DE L’USAGE DES SYSTEMES R, V, B: - L’adoption d’un système à trois composantes ne permet pas de représentation graphique commode (trois dimensions). - Avec les primaires RVB, certaines couleurs (réelles) ont des coefficients négatifs. - Par conséquent, le système RVB ne permet pas de réaliser physiquement toutes les couleurs réelles en synthèse additive.

41. Eléments de colorimétrie: Représentation en 3D d ’un système RVB

42. Eléments de colorimétrie: Le système international X-Y-Z (introduit par la CIE en 1931) Principes du Système XYZ: On définit 3 couleurs non forcément réalisables physiquement, avec lesquelles il est possible de synthétiser toutes les couleurs réelles. Tous les coefficients sont donc positifs. Ces primaires sont théoriques (car on ne sait pas les générer physiquement), mais elles permettent une représentation internationale normalisée. On les nomme PX, PY, PZ.

43. Eléments de colorimétrie: Le système international X-Y-Z - Les luminances de référence LX0, LY0, LZ0 permettent d’obtenir le blanc de référence W, d’égales énergies (identique au blanc E de la CIE). - Le système RVB associé à ces primaires est nommé XYZ. - Les coefficients XYZ d’une couleur Q sont donc obtenus à partir des luminances théoriques LX, LY, LZ nécessaires, soit: X= LX/LX0 Y = LY/LY0 Z = LZ/LZ0

44. Eléments de colorimétrie: Système XYZ: on introduit les valeurs réduites: (1) (2) (3) (4) Grâce à (4), toute couleur est définie dans un espace à 2 dimensions par un couple (x,y).

45. Eléments de colorimétrie: Fonctions d’égalisation dans l ’espace XYZ

46. Eléments de colorimétrie: Dans l’espace (x,y,z), les lumières monochromatiques décrivent une courbe gauche. La projection de cette courbe sur le plan (x,y) donne le diagramme chromatique. Diagramme chromatique de la CIE (Diagramme de Kelly)

47. Eléments de colorimétrie Vision « artistique » du diagramme chromatique de la CIE

48. Eléments de colorimétrie: Diagramme chromatique de la CIE (diagramme de Kelly) Ce diagramme a les propriétés suivantes: 1.- L’ensemble des couleurs visibles est l’ensemble des points contenus dans la surface entourée par la courbe précédente.

49. Eléments de colorimétrie: Diagramme chromatique de la CIE 2.- Mélange additif de 2 couleurs dans le diagramme xy

50. Eléments de colorimétrie: Diagramme chromatique de la CIE 2.- (suite) Mélange additif de 3 couleurs dans le diagramme xy