Fiche Technique N 10

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1 Fiche Technique N 10 1) Cadre de l article : Les définitions du Petit Robert sont les suivantes : Couleur : Caractère d une lumière, de la surface d un objet, selon l impression visuelle qu ils produisent. Teinte : Couleur complexe obtenue par mélange. En physique on nomme couleur la perception par l œil d une ou plusieurs fréquences d ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s). Il importe de ne jamais confondre couleur, notion perceptive (l «impression visuelle» du Petit Robert), et longueur d onde, notion physique. Ainsi l œil humain est, le plus souvent, incapable de distinguer un jaune monochromatique (une seule longueur d onde) d une composition correspondante de vert et de rouge. Cette illusion permet d afficher du jaune sur nos écrans d ordinateur, et plus généralement, n importe quelle couleur grâce à la synthèse additive trichrome (voit 2,1). L arc-en-ciel étant le spectre des longueurs d ondes monochromatiques, ne comporte qu un faible sous ensemble des couleurs visibles par l œil humain (mais a contrario contient des longueurs d ondes invisibles à l œil humain). Le rose, par exemple, n y figure pas : il s agit d un panachage que ne peut restituer aucune longueur d onde monochromatique. Le rose est en effet constitué par l accumulation de plusieurs ondes monochromatiques. Nota : l image de fond du titre n est pas un arc-en-ciel mais une gamme de teintes. Afin de pouvoir manipuler correctement des couleurs et échanger des informations colorimétriques il est bien évidemment nécessaire de disposer de moyens permettant de les catégoriser et de les choisir. Mais, à partir des observations supra, on pressent bien que, selon les disciplines concernées (physique, peinture, imagerie numérique etc.), de nombreux systèmes ont pu être élaborés pour représenter mathématiquement les couleurs. Et bien sûr, dans chaque discipline, différentes écoles. Dans cet article nous nous limiterons aux grandes familles de représentation des couleurs, telles qu elles peuvent apparaître sur un écran d ordinateur et ses périphériques (RVB, CMJN, TSL) et aux nuanciers des logiciels les plus usités. 2) Synthèses des couleurs : Une teinte est constituée par une synthèse des trois couleurs primaires ou de trois couleurs fondamentales. 2,1 Synthèse additive Le principe de la synthèse additive consiste à s efforcer de reconstituer, pour un œil humain, l équivalent (ou l apparence) de toute couleur visible, par l addition, selon des proportions bien choisies, des lumières provenant de trois sources monochromatiques. Dans un environnement adapté, cela peut se traduire par des spots convergents sur une cible par exemple. Sur votre écran d ordinateur où chaque pixel est doté de pastilles lumineuses, agencées trois par trois et capables de reproduire toute la gamme de teintes, vous ne pouvez qu en constater la teinte résultante pour chacun des pixels en raison de la mauvaise résolution de l œil. En observant l arc-en-ciel, on peut voir que les gouttelettes de pluie, dans le lointain, découpent la lumière en six couleurs, comme le feraient des prismes. Michel BLANDIN 1/7 18/02/2007

2 Le physicien YOUNG a démontré qu à l inverse en faisant converger les six couleurs du spectre on obtient de la lumière blanche. Puis il est allé plus loin en démontrant que les six couleurs pouvaient être réduites à trois (les couleurs primaires) et qu en les mélangeant deux par deux, il pouvait obtenir les autres (les couleurs secondaires). C est ainsi que l on différencia les couleurs primaires et secondaires. Dans ce système, plus on ajoute de couleurs, plus on obtient de clarté. Par exemple, le vert et le rouge donnent le jaune indéniablement plus clair. On parle, dans ce cas de système additif. Les trois couleurs primaires sont : rouge primaire : R vert primaire : V bleu primaire : B Ce qui correspond à ce qu on appelle, en français, le système RVB (Rouge, Vert, Bleu) ou en anglais RGB (Red, Green, Blue) Il existe bien d autres systèmes, avec d autres choix de couleurs de base. Les trois couleurs secondaires, dans le système additif, sont : cyan (lumières vertes et bleue, complémentaires de la rouge) : C magenta (lumières rouge et bleue, complémentaires de la verte) : M jaune (lumières verte et rouge, complémentaire de la bleue) : J On va voir, ci-dessous, que ces trois couleurs sont les couleurs primaires du système soustractif. 2,2 Synthèse soustractive En imprimerie ou en peinture, pour tout ce qui concerne la teinture des objets, il ne saurait être question d additionner des couleurs par mélange de lumière. On doit faire appel à des pigments. Tous les corps opaques, quand ils sont éclairés, réfléchissent une partie ou toute la lumière qu ils reçoivent et absorbent le reste. Par exemple l herbe ou les feuilles des arbres nous paraissent vertes car elles absorbent la complémentaire du vert, c'est-à-dire les violets et les ultraviolets. Ce sont ces ondes qu elles utilisent dans la photosynthèse. Sur une surface imprimée, l encre absorbe la lumière et la couleur que nous voyons d elle est la lumière qui a été réfléchie et non absorbée. Par exemple si on fait réfléchir une lumière blanche sur une zone et si la couleur vue est le cyan, c est parce que la composante rouge de la lumière blanche a été absorbée, laissant seulement le cyan se refléter. On peut donc obtenir des couleurs du spectre soit en mélangeant des pigments soit en filtrant une partie du spectre qui éclaire l objet. Les pigments qui se mélangent absorbent de plus en plus de lumière et deviennent de plus en plus sombres. Par exemple le jaune et le magenta donnent du rouge-orangé. On parle, dans ce cas de synthèse soustractive. Dans ce système, les couleurs primaires, seront de préférence appelées couleurs fondamentales associées pour les distinguer des couleurs primaires du système additif et correspondent aussi aux couleurs secondaires du système additif. Les trois couleurs fondamentales sont : cyan fondamental magenta fondamental jaune fondamental Et forment la base du système CMJ (Cyan, Magenta, Jaune) ou en anglais CMY ou YMC (Yellow, Magenta, Cyan) 2,3 Commentaires en matière : d impression : En théorie, si nous disposions de pigments parfaits, le mélange deux par deux des trois couleurs fondamentales permettrait d obtenir : le bleu (mélange du cyan et du magenta) le vert (mélange du cyan et du jaune) le rouge (mélange du magenta et du jaune) Michel BLANDIN 2/7 18/02/2007

3 Dans la pratique : - un noir obtenu par mélange des trois fondamentales serait à la fois couteux et de qualité douteuse. C est pourquoi, en imprimerie, on utilise toujours au moins le noir comme quatrième couleur. Ce procédé, appelé quadrichromie ou CMJN (Cyan, Magenta, Jaune, Noir) ou en anglais CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black ou Khol) permet de reproduire un large spectre colorimétrique. - la synthèse soustractive à partir de colorants ne permet pas d obtenir l ensemble des couleurs visibles par l œil humain, notamment certaines couleurs vives ; on le remarque particulièrement sur les fruits orange, la teinte orange étant impossible à reproduire exactement en quadrichromie. De plus, les colorants s additionnent souvent en une réaction chimique qui altère la teinte finale. C est pour cette raison que certaines imprimantes à jet d encre ajoutent une ou deux couleurs pastel supplémentaires au trois fondamentales pour obtenir un meilleur rendu. Il faut donc faire attention pour les images numériques destinées à l impression.. de peinture : Un peintre, qui mélange ses pigments, obtiendrait les teintes suivantes : R + J = Orange C + B = Bleu outremer R + M = Carmin V + C = Vert émeraude M + B = Violet G + J = Vert clair En imagerie numérique, qui dispose de millions de combinaisons, cette information est purement indicative. 3) Codage des teintes En informatique, afin de pouvoir manipuler correctement les couleurs et échanger des informations colorimétriques il est nécessaire de disposer de moyens permettant de les catégoriser et de les choisir. Or, la gamme de couleurs possibles est très vaste et la chaine de traitement de l image passe par différents périphériques : par exemple un scanneur puis un logiciel de traitement d image et enfin une imprimante. Il est donc nécessaire de pouvoir représenter de façon fiable la couleur afin de s assurer de la cohérence entre ces différents périphériques. Il existe plusieurs systèmes de codage mais nous limiterons cette présentation aux deux systèmes les plus usités et aux relations mathématiques qui permettent le passage de l un à l autre. 3,1 Codage RVB : Le codage RVB est celui qui est mis en œuvre dans de nombreux périphériques : en entrée (scanneurs, photoscopes, caméscopes etc.) comme en sortie (écrans, imprimantes etc.) Dans tous les systèmes la valeur de chacune des couleurs primaires peut être représentée en 256 niveaux différents allant de 0, absence de couleur, à 255 (Vmax), couleur d intensité maximum. Cette valeur est l amplitude lumineuse définissant la couleur. Ci-contre en figure 3, une représentation graphique d une teinte composée d un mélange des trois couleurs primaires RVB où : R = 200 V = 160 B = 100 Nota : la teinte résultant de ce mélange est le beige qui complète le rectangle du schéma. Lorsque les valeurs des trois composantes sont : - de 0 : la teinte est le noir (voir figure des mélanges par addition, l absence totale de couleur, carré noir) - de 255 : la teinte est le blanc (voir figure des mélanges par addition, le cumul de toutes les couleurs, triangle blanc, au centre) - égales : la teinte est grise. Le gris est d autant plus foncé que la valeur commune est basse. Michel BLANDIN 3/7 18/02/2007

4 Sur ce graphique : M : valeur de la plus grande des trois composantes, désignée aussi par couleur dominante. m : valeur de la plus petite des trois composantes = M-m : l amplitude c est-à-dire la différence entre M-m 3,2 Codage TSL : 3,21 TSL : Teinte, Saturation, Luminosité. En anglais HSL : Hue, Saturation, Luminance. Le codage TSL, destiné aux opérateurs humains, est adapté à la caractéristique de leur rétine. Ce langage permet de définir facilement certains des dégradés de teinte que la représentation RVB ne permet pas de définir aussi facilement. En revanche, la très grande majorité des langages de développement exige d utiliser le codage RVB pour la définition de la couleur d un tracé, d un fond de fenêtre, d un texte, d une image etc. ; c est pourquoi il peut être utile de disposer de moyens permettant de passer d un codage TSL à un codage RVB, et réciproquement. Si les formules donnant la valeur de la teinte T sont universelles, il existe de nombreuses variantes pour le calcul de la saturation S et de la luminosité L ; là encore nous limiterons notre présentation aux formules les plus courantes. Soient Tmax, Smax et Lmax les valeurs maximum de la teinte, la saturation et la luminosité d une teinte. Selon les fabricants de logiciels considérés ici, ces valeurs maximum sont les suivantes : Tmax Smax Lmax Windows Ulead PhotoImpact % 100% La boîte à couleurs 100%ou % 100% PhotoShop 100% 100% 100% 3,22 Teinte : La teinte est la nuance de la couleur, ou la position de la couleur dans le spectre. Le calcul de la teinte, fonction des niveaux de R, V, B est un peu complexe et ne nous a pas semblé apporter à cet article. L échelle des teintes peut être figurée par le développement, sur un plan, du cercle des couleurs représenté sur la figure 4 ci-dessus où les teintes remarquables sont aux abscisses : 3,23 Saturation : 0 0 Rouge Jaune Vert Cyan Bleu Magenta Rouge La saturation mesure le taux de pureté de la teinte, ou son aspect vif ou terne, depuis 0% correspondant au gris (les trois couleurs à la même valeur), jusqu à 100% soit la valeur de la couleur dominante dite aussi couleur vive. Voir figure 3. Michel BLANDIN 4/7 18/02/2007

5 Calcul de la saturation sous Windows et La boîte à couleurs : Si M + m Vmax : Si M + m Vmax : La saturation est maximum lorsque la valeur de l une des couleurs est nulle. Calcul de la saturation sous PhotoShop et Ulead PhotoImpact : La saturation est maximum lorsque la valeur de l une des couleurs atteint Vmax soit 255. Dans tous les cas : - si RVB sont tous égaux alors la saturation est égale à 0 (teinte grise complètement désaturée) et réciproquement. - la saturation est proportionnelle à la valeur de la couleur dominante par rapport au niveau de gris. 3,24 Luminosité : La luminosité est l intensité de la couleur perçue par l œil, soit encore son aspect clair ou sombre. Calcul de la luminosité sous Windows et La boîte à couleurs : La luminosité est directement proportionnelle à la moyenne des deux valeurs extrêmes des trois couleurs. Calcul de la luminosité sous PhotoShop et Ulead PhotoImpact : Dans ce cas la luminosité est directement proportionnelle à la valeur de la couleur dominante. Dans les deux cas : Si R, V et B sont tous égaux à 0, alors L est égal à 0 (noir absolu), et réciproquement. Si R, V et B sont tous égaux à Vmax, L est égal à Lmax (blanc parfait), mais la réciproque n est pas toujours vraie. Nota : On évoquera aussi, pour mémoire ici, la Luminance qui est l intensité lumineuse renvoyée par une surface donnée. Certains auteurs confondent luminosité et luminance, d autres désignent par clarté la luminosité 3,3 Les couleurs en hexa : En informatique chaque composante RVB est mémorisée sur un octet. La couleur d un pixel est donc mémorisée sur trois octets. C est assez lourd de ne compter que sur les 0 et les1 et pour alléger le poids des fichiers il a été crée un format dit hexa (base 16) principalement utilisé en format HTML. Dans ce système les 0 et 1 sont regroupés par 4 pour former des nombres en base 2 4 = 16 Pour les représenter on utilise les chiffres de 0 à 9 puis les lettres de A à F. en en hexa en en hexa Un gris moyen sera Retenons : 0 = 00 = lumière éteinte 128 = 80 = demi lumière 255 = FF = lumière allumée Michel BLANDIN 5/7 18/02/2007

6 A B F FE FF Ce format est désigné par : RRVVBB. Il est indiqué par certains sélecteurs de couleur, notamment celui de PhotoImpact, et par «la boîte à couleurs». ( voir figure 6 ci-dessous) 4) Les sélecteurs de couleurs : Puisque dans tous les systèmes il faut trois paramètres pour caractériser une teinte, la représentation graphique de l ensemble du nuancier ne peut être plane. Les sélecteurs de couleurs des logiciels de traitement d image sont composés de deux graphiques, interdépendants, à l image de celui de Windows, cicontre, qui utilise le modèle TSL : Un cadran à axes orthogonaux (A) : ici l axe horizontal est celui des teintes et l axe vertical celui de la saturation. Un curseur vertical (B) est gradué pour la troisième variable, ici la luminosité. L aspect de la colonne varie du noir au blanc, selon la position en T et en S du curseur du cadran. L ensemble est complété de l écriture en clair des valeurs des six paramètres et d un écran de visualisation (C) de la teinte définie par la position des deux curseurs. IL est possible de paramétrer directement la couleur en tapant les valeurs soit de RVB soit de TSL. Le sélecteur de couleur de UPI PhotoImpact présente, sur un principe équivalent, un cadran dont l axe horizontal est celui de la saturation, l axe vertical celui de la luminosité et la colonne le spectre des couleurs. Astuces : Avec UPI PhotoImpact, pour obtenir les caractéristiques d une couleur, appui sur C ; votre pointeur se transforme en pipette ; Cliquer sur la couleur choisie et ses caractéristiques RVB et TSL peuvent être lues en direct en bas à gauche de la fenêtre UPI. «La boîte à couleurs» est un logiciel gratuit écrit pour Windows par Benjamin CHARTIER. Ce «gratuiciel», simple d emploi, permet d obtenir et de modifier les codes d une teinte dans plusieurs modèles. Par sa pipette on peut capter une couleur sur n importe quel endroit de votre écran (tandis que l outil UPI précité ne fonctionne que dans sa fenêtre). Ci-contre, en figure 6, la fenêtre de La boîte à couleur, présentée avec un paramétrage en RVB. Plusieurs autres systèmes de codage sont proposés ainsi que le code HTML des couleurs. Il est également possible de choisir les unités du paramétrage.. Michel BLANDIN 6/7 18/02/2007

7 Bibliographie : (télécharger la boîte à couleurs) Michel BLANDIN 7/7 18/02/2007