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Introduction à la Couleur

Introduction à la Couleur. F. GENIET LPTA Janvier 2006. lllllllllllllllllllllllll. Quelques repères historiques. Newton (1672) : spectre de la lumière blanche. Young (1801) , Helmholtz (1856) : trivariance de la couleur. Maxwell (1855) : fondateur de la colorimétrie.

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Introduction à la Couleur

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  1. Introduction à la Couleur F. GENIET LPTA Janvier 2006 lllllllllllllllllllllllll

  2. Quelques repères historiques • Newton (1672) : spectre de la lumière blanche. • Young (1801) , Helmholtz (1856) : trivariance de la couleur. • Maxwell (1855) : fondateur de la colorimétrie. • Munsell (1915) : Atlas avec équidistance perceptive. • Guild et Wright : travaux de base de la CIE (1930).

  3. La couleur, c’est quoi ? • Clarté • Teinte

  4. Saturation • Il faut trois quantités pour caractériser complètement une couleur ! • Dans la pratique, ces paramètres sont liés, et il n’est pas toujours facile de les distinguer.

  5. Atlas de Munsell • A partir d’estimations « d’équidistance perceptive », subdivision fine de la roue des couleurs donnant les pages de l’atlas : Une page = 1 teinte ou « Hue » Actuellement : environ 1500 échantillons dans l’atlas Clarté ou « Value » Un coloriste expérimenté distingue environ 106 couleurs !! Saturation ou « Chroma »

  6. « Solide » des couleurs • Donne une représentation de l’espace des couleurs à laquelle se réfèrent peintres, coloristes… • L Ordonnée verticale : clarté • C distance à l’axe 0z : saturation • h angle polaire : angle de teinte

  7. L’œil c’est quoi ? Un peu de physiologie :

  8. Cônes et Bâtonnets • Cônes ( ~ 7 106) prépondérants dans la fovéa (2°) : Vision diurne • Bâtonnets ( ~ 120 106) prépondérants en périphérie : Vision nocturne

  9. Trois sortes de cônes • « R » sensibles aux grandes longueurs d’ondes, environ 30% • « V » sensibles aux moyennes longueurs d’ondes, environ 60% • « B » sensibles aux courtes longueurs d’ondes, environ 10%

  10. L’œil, un « capteur » très performant ! Niveaux tolérés Sensibilité spectrale Relations entre grandeurs énergétiques et visuelles : Lv(l) = Km V(l) Le(l)

  11. clair jaune vert rouge bleu foncé « Théorie » de Hering (1878) • Existence de canaux antagonistes : • Clair – Foncé • Rouge - Vert • Jaune - Bleu Confirmé par la physiologie moderne (Kuffler ; Hubel-Wiesel) : signal post-rétine organisé en « champs antagonistes » Cf. D. Hubel : « L’œil, le cerveau et la vision » Pour la Science - Paris 1994

  12. Expérience de Maxwell :

  13. Le(l) [S] l Stimulus de couleur Sous des conditions bien spécifiées, la perception des couleurs est reproductible • Environnement neutre • Oeil reposé. • Luminances dans le domaine de fonctionnement optimal des cônes. • champ angulaire de 2° (fovea). • Mode fenêtre. On parle alors de Stimulus Courbe spectrale Stimulus de couleur

  14. Synthèse additive • Différentes courbes spectrales peuvent produire le même stimulus (classe d’équivalence). On sait définir une égalité des stimuli[S] = [S’] • La superposition des lumières (synthèse additive) passe au quotient Le(l) = L(1)e(l) +L(2)e(l) [S] = [S1] + [S2] • La multiplication scalaire passe au quotient Le(l) = k L(1)e(l) [S] = k [S1] • Ça semble parfaitement évident, mais en fait ça ne l’est pas : • c’est faux pour la « synthèse soustractive » (filtres) • c’est faux si on sort du domaine de fonctionnement de l’œil (éblouissement)

  15. Triplet RGB • Trois couleurs de base (primaires) [R], [G], [B] permettent de reproduire l’ensemble des couleurs observables. • Par égalisation on définit le triplet (RGB) : [S] = R [R] + G [G] +B [B] • Possibilité de composantes négatives ! • Choix usuel des primaires (CIE 1930) [R] , [G] , [B] : • [R] monochromatique l = 700 nm • [G] monochromatique l = 546.1 nm • [B] monochromatique l = 435.8 nm • Intensités telles que [E] = [R] + [G] + [B] Où [E] est le stimulus associé au blanc de spectre énergétique constant

  16. Le triplet RGB ainsi construit constitue la « mesure » du stimulus[S] Remarque : Les luminances visuelles de primaires RGB sont très différentes. Lv(G) = 4,5907 Lv(R)Lv(B) = 0,0601 Lv(R) Ainsi la luminance visuelle totale d’ un stimulus [S] est donnée par : Lv(S) = Lv(R) ( 1. R + 4.5907 G + 0.0601 B )

  17. [B] B [S] G 0 [G] R [R] Espace des couleurs (R,G,B) Structures • Esp. Vectoriel 3 dimensionnel, base ([R],[G],[B]) • Pas de métrique, pas de produit scalaire !! • La luminance est une forme linéaire • La synthèse additive est la somme vectorielle • Les stimuli « physiques » forment un sous-ensemble convexe dont le bord correspond aux stimuli monochromatiques (spectrum locus) : tout stimulus est en effet synthèse additive de lumières monochromatiques.

  18. [B] [S] [E] s e 0 [G] [R] Diagramme de chromaticité [G] r s b g [B] [R] Diagramme de Chromaticité Diagramme de chromaticité(Maxwell1855)

  19. Le(l) dLe = Le(l) dl l Bord du domaine convexe • Fonctions colorimétriques : coordonnées des stimuli monochromatiques  … après un long travail sur une vingtaine de sujets, Guild obtient les « Matching functions » de l’observateur standard

  20. …ce qui permet de tracer le diagramme RGB de l’ensemble des couleurs :

  21. Système XYZ Un changement de base ([R],[G],[B])  ([X],[Y],[Z]) permet de situer l’ensemble des stimuli physiques dans le « premier quadrant » : X = 2,7689 R + 1,7518 G + 1,1301 B Y = 1,0000 R + 4,5907 G + 0,0601 B Z = 0,0000 R + 0,0565 G + 5,5943 B • La transformation est de plus choisie pour que : • -   l’espace soit le plus homogène possible , • Y représente directement la luminance visuelle , • Une grande partie du SL corresponde à Z=0 . Toutes les structures vues en RGB se retrouvent dans le système XYZ …

  22. les coordonnées chromatiques … en particulier : • Les fonctions colorimétriques , coordonnées du Spectrum Locus

  23. Système CIELAB76 L’espace ainsi obtenu n’est toujours pas pourvu d’une métrique homogène, comme le montre le diagramme des seuils de perception : Après plusieurs tentatives une transformation non linéaire est couramment adoptée : Qui redonne une forme de « solide des couleurs » à peu près satisfaisante

  24. Ce système est conçu pour caractériser la couleur des objets observés en réflexion (mode objet) sous un illuminant standard. Par construction on aLI* = 100 aI* = 0 bI* = 0 pour tenir compte des effets d’adaptation. On définit la chroma : C* = (a* 2 + b* 2) 1/2 et l’angle de teinte : h = arctan(b* / a*) • la métrique correspond mieux aux distances colorimétriques perçues par l’œil (Munsell). • est couramment adopté par les professionnels de la couleur.

  25. Conclusion • En fait il existe un grand nombre de systèmescolorimétriques concurrents. • Les composantes RGB sont standards, mais pas directement reliées à la perception visuelle. • Pour les autres systèmes, les paramètres correspondent souvent à Clarté, Teinte, Saturation (par exemple : TSL utilisé en informatique) • Il existe encore un système totalement différent, basé sur la « synthèse soustractive » (filtres colorés) : le système CMJ

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