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Comment définit-on la « précision » de la couleur ?

Comment définit-on la « précision » de la couleur ? Comment peut-on quantifier la couleur selon un critère de « précision » ? Avant tout, voyons pourquoi la quantification de la couleur est si importante pour les photographes, les concepteurs, les professionnels de l’image, les professionnels de l’industrie textile et encore bien d’autres corps de métier.

Quand nous voulons décrire une couleur, nous avons généralement tendance à nommer un objet que nous associons à cette couleur. Par exemple, pour décrire la couleur rouge, beaucoup de gens font simplement référence à une pomme. Mais de quel type de pomme s’agit-il ? Pensons-nous à la même variété ? Comme vous pouvez le voir sur la Figure 1, il existe au moins sept nuances de rouge en fonction de différentes variétés de pommes. Inutile de mentionner la dernière, puisqu’elle n’est même pas rouge ! On peut donc constater de nombreuses divergences lorsque nous utilisons des objets pour décrire une couleur. Il faut trouver un moyen de réduire ces écarts de sens pour gagner en précision.

Figure 1 : différentes variétés de pommes

Nous avons tendance à utiliser les chiffres pour indiquer une mesure précise. Par exemple, nous utilisons les chiffres pour décrire une distance, un poids, etc. Il faudrait donc pouvoir référencer les couleurs selon des valeurs numériques, afin d’affirmer avec certitude qu’une couleur A et une couleur B de mêmes valeurs numériques sont identiques. Pour répondre à ce besoin, la Commission internationale de l’éclairage (CIE) mit au point les valeurs tristimulus (XYZ) en 1931, permettant ainsi de quantifier les couleurs perceptibles par l’œil humain. Les valeurs XYZ sont obtenues en multipliant la distribution spectrale d’énergie de la lumière source, la réflectance d’un matériau donné et les fonctions de l’observateur de référence afin de décrire les propriétés du système visuel humain. Par conséquent, quand une couleur A et une couleur B ont les mêmes valeurs XYZ, il est possible de conclure que ces deux couleurs sont identiques.

Figure 2 : formule de calcul des valeurs XYZ

La définition des couleurs en fonction de valeurs numériques présente également l’avantage de pouvoir facilement représenter les couleurs selon un diagramme de chromaticité avec un système de coordonnées. Cette représentation constitue ce que l’on appelle un espace de couleur. La Figure 3 montre le diagramme de chromaticité CIE (x,y) de 1931 qui décrit l’ensemble des couleurs que perçoit l’œil humain. Toutefois, ce diagramme ne retranscrit pas toute la sensibilité de notre système visuel. Prenons le bleu et le vert pour exemple. Les êtres humains sont très sensibles au bleu et le sont un peu moins au vert : nous identifions une partie du rouge comme étant violet et une partie du vert comme cyan. Ce phénomène n’est pas pris en compte dans le diagramme de chromaticité CIE (x,y) de 1931 illustré à la Figure 3. En 931, la CIE adopta le diagramme de chromaticité L*u*v* afin de figurer plus fidèlement les écarts entre les couleurs perçues par l’œil humain.

Figure 3 : diagramme de chromaticité CIE (x,y) de 1931

Figure 4 : diagramme de chromaticité L*u*v* CIE de 1976

Nous avons donc posé les bases d’un système permettant de décrire les couleurs sous forme de valeurs numériques.

La question qui suit est : comment mesure-t-on les couleurs ?

Quand nous voulons mesurer une distance, nous pouvons par exemple utiliser une règle et si nous souhaitons mesurer un poids, nous pouvons nous servir d’une balance. Pour mesurer les couleurs, c’est bien la lumière qu’il faut mesurer en premier. Or, la mesure de la lumière est bien plus complexe que l’utilisation d’une règle ou d’une balance et nous devons avoir recours à certains outils spécialisés. Par exemple, il existe un instrument appelé « spectroradiomètre » qui permet de mesurer la distribution spectrale de l’énergie de la lumière.

Toutefois, ces instruments sont onéreux et trop encombrants pour être facilement transportés. Heureusement, il existe un autre outil, plus compact, appelé « colorimètre ». Un colorimètre permet de mesurer la lumière ayant traversé un ensemble de filtres XYZ. Cet instrument est donc plus rapide qu’un spectroradiomètre, mais également moins performant.

* Filtres XYZ : Ce sont des filtres optiques qui imitent les propriétés optiques des valeurs XYZ (c.-à-d. les valeurs tristimulus) en termes de transmittance par longueur d’onde.

Comme indiqué précédemment, si deux couleurs possèdent les mêmes valeurs XYZ, alors ces deux couleurs sont identiques. Il arrive toutefois que des couleurs d’apparence très semblable aient des valeurs XYZ différentes. Par exemple, si l’on observe une lumière vive dans une pièce bien éclairée et une lumière tamisée dans une pièce sombre, ces deux sources de lumière semblent avoir la même couleur, bien que leurs valeurs XYZ soient différentes (à cause des différentes intensités de lumière). Ce résultat est dû au phénomène d’adaptation du système visuel. De façon similaire, on pourrait aussi comparer les couleurs de différents supports. Par exemple, une couleur affichée sur un moniteur et une autre sur un support papier. Dans ce cas-là, il faut utiliser une autre mesure pour quantifier ce phénomène d’adaptation. L’espace de couleur L*a*b* (illustré à la Figure 5) a été proposé puis mis en place pour répondre à ce besoin de « normalisation ». Il attribue une valeur de 100 au blanc de référence, c’est-à-dire la clarté maximale, sur une surface (par ex. le papier), et normalise toutes les couleurs de cette surface en fonction de ce blanc de référence. Nous pouvons donc comparer des lumières d’intensité ou de couleur différentes provenant de supports eux aussi différents.

Figure 5 : Espace de couleur L*a*b*

As stated earlier, when we have a set of XYZ values with the same numbers, we could say these colors look the same. But there are occasions when the XYZ values are not the same, but they still look very similar. For example, when we see a bright light in a bright room versus a dimmer light in a dim room, the measured XYZ values are not the same (due to different light intensities, but we still perceive the same color of light. This is due to the adaptation of our visual system. Another scenario is to compare the colors from different media. For example, one from the monitor and one from the printed paper. Hence, we need another metric to quantify this adaptation phenomenon. L*a*b* color space (shown in Figure 5) was then proposed and built for this ‘normalization’ purpose. It defines the brightest level of light in a scene or a media (e.g. paper) as 100, and normalizes all other colors in the scene or media according to the brightest light. As a result, now we can compare light with different intensities or colors from different media.

Figure 5: L*a*b* Color Space

Si l’on observe deux couleurs similaires, mais légèrement différentes, peut-on déterminer l’écart entre ces deux couleurs ? Sans représenter ces couleurs selon des valeurs numériques précises, tout ce que l’on peut dire est qu’elles sont « proches ». Mais quelle est leur proximité ? Et comment définir cette notion de proximité si la perception des couleurs varie d’une personne à une autre ? Les espaces de couleur XYZ et L*a*b* nous permettent de quantifier les différences entre les couleurs. En calculant la distance entre deux couleurs dans un espace de couleur donné (l’espace L*a*b* est souvent utilisé), on obtient comme résultat une valeur de différence. Cette valeur de différence est appelée « différence de couleur » et elle est généralement mesurée grâce au delta E*.

When we look at two similar, but slightly different colors, we will wonder how close these colors are? Without using numeric values to represent colors, we could say “it’s close”. But how close? And what is the definition of ‘close’ since the perception of colors vary from person to person. With the XYZ color space or L*a*b* color space, we can quantify the difference between colors. By calculating the distance between two colors in a particular color space (L*a*b* color space is usually used), a difference value can be obtained. This difference value is called ‘Color Difference’. We usually use delta E* for designating ‘Color Difference’.

La version la plus simple de cette formule de différences de couleur est appelée delta E*76 (delta E*ab).

Une autre formule, plus complexe, est utilisée par l’industrie textile et dans le domaine des arts graphiques. Définie en 1994, cette formule est tout simplement appelée Delta E*94.

En 2000, des chercheurs ont mis au point une nouvelle version de cette formule de différences de couleur pour se rapprocher au plus près de la vision humaine. Cette formule s’appelle delta E*2000 (delta E*00). De nombreuses études visant à atteindre une forte corrélation entre les valeurs calculées et la perception de l’œil humain ont permis de normaliser l’utilisation du delta E*00 qui est devenu le standard international en la matière, préconisé pour tous les travaux de recherche scientifique.

Comme nous l’avons vu dans les formules ci-dessus, deux ensembles de valeurs L*a*b* sont nécessaires. Pour juger de la précision d’une couleur donnée, il faut recueillir un ensemble de valeurs L*a*b* mesurées et un ensemble de valeurs L*a*b* définies. Les valeurs mesurées peuvent être obtenues à l’aide des instruments mentionnés plus tôt, mais comment obtient-on des valeurs « définies » ou encore « standard » ? Les valeurs « définies » ou « standard » peuvent être obtenues en utilisant des nuanciers (Figure 6). Ces nuanciers, parfois appelés « chartes de couleur », sont soigneusement conçus afin de respecter les critères de tolérance et possèdent des valeurs L*a*b* définies pour chacune des couleurs qu’ils contiennent. Les nuanciers peuvent donc être utilisés comme point de référence puisque les valeurs qu’ils contiennent resteront inchangées.

Le delta E*00 est souvent utilisé pour juger de la précision d’une couleur. Quand le delta E*00 est inférieur à 1, les experts estiment qu’il n’existe aucune différence perceptible lorsque l’on compare les deux couleurs côte à côte. Un delta E*00 inférieur à 3 signifie qu’il n’existe aucune différence apparente pour une personne lambda. (Par « experts », nous entendons tout professionnel de la science des couleurs ou tout photographe, concepteur ou professionnel de l’image expérimenté.)

En résumé, nous avons découvert comment et pourquoi utiliser des valeurs numériques pour définir les couleurs. Nous avons également identifié les principales différences entre certains espaces de couleur, comme XYZ et L*a*b*. Finalement, nous avons étudié différentes façons de mesurer la couleur et comment définir les différences de couleur. En utilisant les valeurs delta E*00, nous pouvons déterminer si une couleur est ou non précise.

Figure 6-1: X-rite Classic ColorChecker Chart

Figure 6-2: X-rite Digital ColorChecker SG Chart

Figure 6-1 : nuancier Classic ColorChecker de X-rite

Figure 6-2 : nuancier SG Digital ColorChecker de X-rite

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