Lumière. Chapitre 4. Les couleurs.

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1 Lumière Chapitre 4. Les couleurs. 1. La synthèse des couleurs : approche qualitative. On admet que la plupart des couleurs peuvent être obtenues par superposition de trois couleurs différentes appelées couleurs primaires, d où les noms de trichromie et de synthèse trichrome Synthèse additive. C est le résultat obtenu par superposition de faisceaux lumineux de couleurs différentes, avec des intensités plus ou moins grandes. C est aussi celle que l on trouve pour les écrans de TV ou d ordinateur : des luminophores, encore appelés pixels, sont activés à des degrés divers. R V B Les trois couleurs utilisées en synthèse additive sont le rouge (R), le vert (V) et le bleu (B). La norme ISO / CIE (Commission Internationale de l Eclairage) fixe les longueurs d ondes : 700,0 nm (pour le rouge), 546,1 nm (pour le vert) et 435,8 nm (pour le bleu). Observer les pixels d un écran d ordinateur, à l aide d une lentille très convergente. Observer des zones de l écran de couleurs différentes : noter les observations. En raison de son pouvoir séparateur limité (α = rad), la superposition au niveau de la rétine des images de pixels voisins va provoquer la sensation de couleur. Nous utiliserons par la suite les notations suivantes : aux symboles R, V, B, nous ajouterons les symboles M (magenta), C (cyan), J (jaune), W (blanc = white), N (noir). Se connecter à : Observer le diagramme «synthèse additive» Compléter le tableau ci-dessous, ainsi que le diagramme. La couleur complémentaire d une couleur A est la couleur A qui, par superposition à A, donne du blanc. Pixel allumé : 1, pixel éteint : 0. R V B Couleur synthétisée Couleur complémentaire

2 En synthèse additive : R + V = R + B = V + B = R + V + B = 1.2. Synthèse soustractive. a. En lumière blanche. C est la couleur obtenue lorsqu une lumière, par exemple blanche traverse un filtre coloré. La lumière transmise est la lumière incidente privée de certaines radiations. C est aussi ainsi que l on explique la couleur d un objet : l objet éclairé absorbe une partie des radiations qu il reçoit. Après cette «soustraction» les radiations visibles qu il diffuse lui confèrent sa couleur. Lumière blanche D une manière générale, un objet transmet ou réfléchit les radiations correspondant à sa couleur et arrête celles correspondant à la couleur complémentaire. Pour compléter le tableau ci-dessous (1 pour oui à la question «transmet?», 0 pour non), on peut fort bien utiliser le diagramme précédent.?? Filtre magenta objet M C J transmet? R V B La synthèse soustractive est importante en peinture, où l on préfère définir comme couleurs primaires les trois couleurs complémentaires des précédentes : le magenta (M), le jaune (J) et le cyan (C). Compléter le diagramme ci-contre. En synthèse soustractive : M + C = C + J = M + J = M + C + J = b. Importance de la lumière incidente. Si la lumière incidente a une couleur différente, certaines des radiations pourront être absentes à l émission et la couleur en sera ainsi modifiée. Par exemple un objet magenta lorsqu il est éclairé en lumière blanche paraîtra s il est éclairé en lumière rouge, s il est éclairé en lumière jaune, et s il est éclairé en lumière verte. 2. Couleur et intensité lumineuse Expérience de Wright et Guild.

3 Wright, en 1928 mit en place l expérience suivante : un observateur, par mélange de trois couleurs primaires, devait «égaliser» une couleur du spectre. Il nota pour un panel suffisant d observateurs la proportion de chaque primaire pour égaliser une couleur monochromatique d une longueur d onde déterminée. Il obtint les trois courbes suivantes. Les parties négatives se justifient du fait que Wright dut ajouter des lumières primaires à certaines couleurs monochromatiques pour pouvoir les égaliser. Wright remarqua l excellente superposition des courbes d un observateur à l autre. L expérience fut complétée validée par Guild en 1931 R C = red color G C = green color B C =blue color Courbes de Wright La CIE reprend ces courbes et les actualise. Elle définit les trois longueurs d ondes de référence précédemment citées. On remarque que pour avoir un «stimulus» équivalent le niveau d intensité lumineuse nécessaire est plus faible pour les radiations vertes. Ceci est à relier aux variations de sensibilité de l œil en fonction de la longueur d onde. Ce sont d ailleurs ces mesures qui ont permis de tracer la courbe de sensibilité de l œil.. La CIE définit la notion «d observateur moyen». Courbe de sensibilité spectrale de l œil Pour un observateur moyen, la meilleure sensation de blanc est obtenue par superposition de radiations rouges (λ R = 700,0 nm), vertes (λ V = 546,1 nm) et bleues (λ B = 435,8 nm) Les lois de Grassmann. 1 ère loi. La plupart des couleurs de lumières peuvent être obtenues par la superposition de trois couleurs primaires seulement, l'efficacité maximale étant obtenue pour des composantes rouge, verte et bleue. 2 ème loi. Le phénomène est linéaire, soumis au principe de superposition : un mélange de deux couleurs complexes dont les composantes sont [R1, V1, B1] et [R2, V2, B2] possède les composantes [R1+R2, V1+V2, B1+B2].

4 3. Notion d espace colorimétrique Coordonnées trichromatiques. En trichromie, une couleur quelconque est définie par les intensités relatives des radiations rouges, vertes et bleues, donc par un groupe de 3 nombres (r, v, b) que l on peut appeler composantes ou coordonnées trichromatiques. Une couleur peut ainsi être représentée par un vecteur OP. Les valeurs des coordonnées (r, v, b) dépendent des intensités lumineuses (ou luminances) de chaque composante. Le vecteur OP caractérise la couleur synthétisée : - sa direction définit la teinte, ou chrominance, car elle dépend des fractions de chacune des composantes. - sa norme définit l intensité lumineuse, ou luminance. Ainsi, si chacune des composantes de la couleur est multipliée par un coefficient k, en vertu de la 2 ème loi de Grassmann, la teinte n est pas modifiée mais l intensité lumineuse est multipliée par k. Le vecteur, quant à lui, ne change pas de direction Le triangle de Maxwell (1860). Ce triangle, construit à partir du cube des couleurs précédemment défini, renferme toutes les informations de chrominance. r v Triangle de Maxwell b r, v et b sont les composantes respectivement rouges, vertes et bleues : r + v + b = 1 Faire figurer le point correspondant aux cordonnées ( 1, 1, ). Quelle est la couleur correspondante? 3.3. Diagramme de chromaticité de la CIE (1931).

5 Le diagramme de Maxwell présente le désavantage de ne pas faire figurer certaines teintes. Aussi lui préfère-t-on le diagramme de chromaticité, encore nommé diagramme x yy. Ce diagramme possède l intérêt de ne porter que deux coordonnées de chromaticité notées (x et y), car la 3 ème (z) se déduit des deux premières par la relation x + y + z = 1. Il est souvent accompagné d une indication supplémentaire : la luminance Y. On remarque que le couple ( 1, ) correspond toujours à la couleur «blanche». La couleur blanche correspond à des coordonnées chromatiques égales, ce qui en réalité définit tous les niveaux de gris : du noir au blanc. Sur le pourtour de la ligne courbe figurent les lumières monochromatiques, définies par leurs longueurs d onde. On parle de couleur pure, ou de teinte. Une couleur quelconque, définie par ses deux coordonnées (x, y), rectangulaires cette fois, pourra être représentée par un point sur le diagramme. Un tracé identique à celui exécuté sur la figure permettra de connaître la teinte correspondante et le degré de pureté, ou saturation, à savoir le pourcentage de blanc qu elle contient. Déterminer la couleur correspondant à x = 0,2 et y = 0,6. Trouver la longueur d onde de la teinte, ainsi que le pourcentage de saturation. 4. Systèmes TV et vidéos. La luminance des pixels peut être réglée. Ainsi sur 24 bits, il y a 2 24 possibilités, 2 8 = 256 niveaux de réglage pour chaque composante R, V, B, le premier étant 0 et le dernier 255. Lancer le logiciel «Paint». Utiliser la fonction de gestion des couleurs pour réaliser différentes couleurs (blanc, noir, un niveau de gris, R, V, B, M, C, N). Noter les codes correspondants pour chaque composante ainsi que pour la luminance Y, la teinte (T) et la saturation (S). Construire un tableau de valeurs, avec une échelle de luminances allant de 0 à 1.