Couleurs

Dans le domaine des images numériques, de la vidéo et des écrans, un standard s'est imposé depuis des lustres, ce sont les 24 bits définissant un pixel.

• Chaque couleur de base, RVB, est codée sur 8 bits
• Au total, 24 bits, soit 16 millions de couleurs

Cela semble important, surtout en regard des 10 millions de couleurs que sont capables de reconnaitre un humain moyen. On se dit que c'est suffisant !

• Mais n'oubliez pas que 8 bits, c'est 255 niveaux.
  Pas plus de 255 niveaux de gris...

Un dégradé sur 255 niveaux, ce n'est pas vraiment beaucoup par rapport à ce que peut percevoir l'œil humain !

C'est pour ça qu'il existe des moniteurs présentant 10 bits de résolution pour afficher les couleurs. Encore faut-il une carte graphique capable de supporter cela et le système d'exploitation adéquat (c'est le moment de vérifier les paramètres de votre affichage).

Et c'est aussi pour ça que le HDR, le High Dynamic Range est proposé. À utiliser correctement... Eh oui, si vous avez plus de 255 niveaux de luminosité, comment coder ça puis l'afficher avec 8 bits ?

Et attention à la compression des images, fixe ou cinéma !

La question qui tue est la suivante : est-ce que ces 16 millions de couleurs sont bien celles qui sont vraiment utiles ?
La réponse est : non, il manque des couleurs.

Notez que ça va devenir intéressant de montrer à l'écran des couleurs qu'un écran ne peut pas afficher... on fait ce qu'on peut.

Notre œil présente une sensibilité et une adaptabilité hors du commun grâce à l'iris.

Un œil "moyen" peut percevoir une lumière à partir de 0,001 lux, et cela jusqu'à 10 000 lux soit un rapport de 1 pour 10 millions (1 :10 000 000) ce qui nous fait une dynamique extraordinaire, sauf que l'on ne peut pas percevoir cette dynamique à tout instant, si on est capable de percevoir une dynamique de 100 000 pour 1 à un instant donné, c'est déjà beaucoup.

De plus, l'œil n'est pas linéaire, il ne présente pas la même sensibilité suivant divers niveaux de lumière. Il présente ce qu'on appelle un gamma, et comme les appareils d'affichage et de capture ne sont pas forcément très linéaires, tout ceci devient vite compliqué à gérer.

Vous pourrez donc régler le gamma de votre écran d'affichage pour compenser la non-linéarité de l'œil, il vous faudra choisir un nombre et donc la courbe associée. Souvent c'est 2.2.

Ici, c'est du noir et blanc, juste pour mettre en exergue cette histoire de sensibilité de l'œil, alors imaginez la complexité avec les couleurs, et pour chaque primaire...

Avant de d'embarquer dans les histoires de Gamut, on va jeter un œil aux divers systèmes de notation des couleurs.

Le système RVB (RGB en anglais) est simple, il donne simplement l'intensité du signal pour chaque couleur, 0 étant éteint, noir, et 255 étant la lumière maximale possible.

Une alternative classique est le codage TSL Teinte Saturation Lumière (ou HSL Hue, Saturation, Lightness en anglais).

• La teinte est celle de la roue chromatique, le rouge valant 0.
• La saturation est l'intensité de la coloration, une valeur faible se rapprochant du gris.
• La luminosité est à peu près évidente : noir à 0, et blanc à 255.

CMJN (Cyan, Magenta, Jaune, Noir) est l’espace colorimétrique des documents imprimés. De la quadrichromie.

Vous avez remarqué que votre imprimante utilisait 4 couleurs : le noir est en plus par rapport à un écran, car l'impression est de la synthèse soustractive à partir d'une feuille blanche, et produire un noir profond n'est pas évident avec les couleurs CMJ...

Notez que l'imprimerie en CMJN sera de meilleure qualité dans le cyan et jaune saturés, vu que ce sont leurs primaires, mais n'a rien à redire sur RGB, voire pourrait être jalouse.

Mais en imprimerie, on peut ajouter d'autres couleurs, faire de l'hexachromie par exemple, ce qui va améliorer le nombre de couleurs affichables.

C'est à présent que l'on va examiner l'outil principal permettant de juger les capacités chromatographiques d'un moyen d'affichage, les plus courants étant nos écrans vidéos, les imprimeurs se débrouillant mieux.

On aimerait bien une représentation graphique de toutes les chromaticités possibles en mettant de côté la luminosité, autrement dit deux couleurs présentant la même chromaticité mais pas la même luminosité seront placées au même endroit.

Il existe diverses propositions pour représenter la chromaticité, et c'est la norme CIE XYZ de 1931 qui est la plus couramment montrée, bien que de nouvelles plus précises aient été proposées. C'est une représentation mathématique pour l'essentiel. CIE Commission Internationale de l’Éclairage.

La difficulté principale est de se mettre d'accord sur un modèle de luminance, afin de l'éliminer de la représentation. Il reste alors deux coordonnées (au lieu de trois, le Z étant la luminance), et on a abouti à une espèce de diagramme en fer à cheval, bien connu des spécialistes de la couleur, qui délimite les teintes visibles par l'œil humain :

• Le tour du diagramme est l'ensemble des couleurs "naturelles" présentes dans l'arc-en-ciel, ce sont uniquement des ondes électromagnétiques monochromatiques, qu'un laser peut produire, une LED présentant déjà un étalement de spectre.
• Sauf le bas, la "ligne pourpre", qui relie le rouge au violet, une sorte de repliement de l'arc-en-ciel, comme on le fait avec une roue chromatique.

Cette histoire est relativement compliquée, mais Daniel Metz l'a plutôt bien décrite sur ses pages concernant le modèle CIE 1931.

On y retrouvera la description du modèle RGB dans un cube (3 coordonnées), l'emplacement du triangle de Maxwell pour tenter de s'affranchir de la luminosité, puis l'introduction de la luminance V(λ) selon la CIE, une fonction appelée "efficacité lumineuse spectrale relative" qui tient compte de la luminosité spectrale des couleurs.

On peut mélanger des couleurs, par exemple deux teintes pour obtenir du jaune, à mi-chemin entre les deux :

Et si vous prenez trois teintes, ce sera le centre du triangle.

Mais attention, c'est de l'additif, méfiez-vous si vous faites du soustractif.

Les constructeurs d'écran, ainsi que les imprimeurs, voudront montrer les performances de leur matériel, et indiqueront ce qu'il est capable d'afficher, généralement en indiquant un standard comme ces quelques exemples :

Pour afficher correctement tout ça, il faudra que la chaine, entre le capteur et l'afficheur ainsi que les fichiers intermédiaires, soit adaptée, un peu comme la chaine du froid...

Vous remarquerez parfois des triangles "plus grands" que le gamut. Ce sont des couleurs imaginaires, que l'œil ne peut pas percevoir, mais utiles dans certains cas particuliers.

Ce sont les zones sur le diagramme de chromaticité que l'œil humain n'arrive pas à différencier. Il s'agit du constat réalisé par MacAdam en 1942, en demandant à des personnes de reconstituer une couleur à partir des primaires.

L'œil humain est très sensible aux écarts de couleur dans les faibles chromas. Ça se voit mieux dans d'autres représentations (CIELAB).

Vous trouverez une discussion détaillée sur le site de Cours de couleur B3 d'Adrien Lucca, mais ça n'est pas très facile d'accès.

Le violet est une teinte difficile à percevoir correctement. Photographiez une fleur violette et regardez-la à l'écran, il y a beaucoup de chance pour qu'elle finisse bleue.

C'est pourtant une vraie couleur monochromatique, mais bon, elle est en bout de visibilité humaine. Utilisez une lampe rouge pure pour illuminer votre violet, et il devrait être noir. Sinon, il est probable que c'est du bleu avec un peu de rouge...

Les caméras utilisent des ruses pour améliorer la captation dans les violets, et ce n'est pas souvent clair sur le fonctionnement.

On a déjà vu cette histoire de température et corps noir auparavant. Voici simplement comment ça se place sur le diagramme de chromaticité :

Augmenter la température n'augmente pas le "blanchiment", puisque la longueur d'onde continue de diminuer vers les bleus et l'ultraviolet, la sensibilité de l'œil humain est ainsi faite.

La température de la lumière d'ambiance peut avoir un impact considérable sur votre humeur, essayez avec une lampe réglable. Perso, j'utilise encore des lampes à halogène en indirect (elles éclairent le plafond). C'est quand même mieux que les lumières blanches de type "hôpital" de dans le temps, les vieux s'en souviennent. Mais c'est une autre histoire.