FT 10 De couleur et de teinte

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
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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
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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
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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 :
Windows
Ulead PhotoImpact
La boîte à couleurs
PhotoShop
Tmax
240
360°
100%ou 360°
100%
Smax
240
100%
100%
100%
Lmax
240
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 :
0
40
80
120
160
200
240
0°
60°
120°
180°
240°
300°
360°
Rouge
Jaune
Vert
Cyan
Bleu
Magenta
Rouge
3,23 Saturation :
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
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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 hexadécimal :
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 hexadécimal (base 16) principalement utilisé en format HTML.
Dans ce système les 0 et 1 sont regroupés par 4 pour former des nombres en base 24 = 16
Pour les représenter on utilise les chiffres de 0 à 9 puis les lettres de A à F.
en
décimal
en hexa
décimal
en
décimal
en hexa
décimal
Un gris moyen sera 80.80.80
Retenons :
0 = 00 = lumière éteinte
128 = 80 = demi lumière
255 = FF = lumière allumée
Michel BLANDIN
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0
1
2
9
10
11
15
16
17
---------
0
1
2
9
A
B
F
10
11
---------
100
64
128
80
254
255
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
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Bibliographie :
http://home.scarlet.be/okoot/imagesinformatiques/index.htm
http://www.labos.upmc.fr/lcmcp/livage/02-representation.ppt
http://www.linuxgraphic.org/grokking/node49.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur
http://pourpre.com/nuanciers/info.php
http://pourpre.com/colorbox/index.php (télécharger la boîte à couleurs)
http://www.paintcafe.com/fr/couleur/langage/vocabulaire/
http://www.commentcamarche.net/video/couleur.php3
http://couleur.net.free.fr/spip/index.php3
Michel BLANDIN
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