Saturation (colorimétrie)

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Dégradé de rouge : pureté, saturation, chromaticité croissent vers le haut

En colorimétrie, la pureté, la chromaticité ou chroma et la saturation sont des évaluations numériques de l'intensité de la coloration d'une couleur. Pour les luminosités moyennes à élevées, ces mesures correspondent à la vivacité ; une couleur hautement saturée est vive et intense tandis qu'une autre moins saturée paraît plus terne et grise[1]. Avec la saturation à zéro, une couleur est un gris.

La pureté s'emploie en colorimétrie de base. Toute couleur peut s'analyser en l'addition ou en la soustraction d'une lumière monochromatique à de la lumière blanche. La pureté est le rapport de la quantité de lumière monochromatique au total. Des couleurs sombres peuvent avoir une pureté élevée.

La chromaticité ou chroma est l'intensité de la coloration dans les espaces chromatiques conçus pour que l'écart entre les points représentatifs des couleurs corresponde à l'écart perçu entre les couleurs. Dans l'espace CIELUV, la saturation est définie comme le rapport du chroma à la clarté.

La saturation s'emploie dans les systèmes de synthèse des couleurs. Ces systèmes utilisent généralement trois couleurs primaires, dont les caractéristiques limitent le domaine des couleurs qu'ils peuvent reproduire. La saturation exprime alors l'intensité de la coloration par rapport au maximum possible dans le système. La saturation est l'une des coordonnées dans les systèmes de description de couleurs informatiques Teinte Saturation Luminosité (TSL).

Terminologie[modifier | modifier le code]

La colorimétrie se donne pour objectif de faire correspondre les termes descriptifs du langage avec des mesures physiques. En colorimétrie, on estime qu'on ne peut obtenir une couleur plus colorée qu'une lumière monochromatique, qu'on dit aussi couleur pure. La pureté situe la coloration entre cette lumière et la lumière blanche, achromatique (sans couleur).

Le terme saturation se réfère en général aux situations où, quoi qu'on fasse, on ne peut obtenir d'un système plus que ce qu'il fournit déjà.

En 1948, la Commission internationale de l'éclairage jugeait utile de différencier les termes des mesures des sciences de la couleur, entre la physique, indifférente aux perceptions, la colorimétrie, pondérant ces mesures avec des coefficients représentant la perception humaine, et la psychologie, basée sur l'évaluation humaine d'échantillons, sans référence à des mesures physiques. Dans cet ensemble, la radiance (grandeur physique) trouve son équivalent dans la luminance (grandeur photométrique et colorimétrique) et dans la clarté (classement psychologique) ; la chromaticité, ensemble de deux valeurs colorimétriques comprenant longueur d'onde dominante et pureté, a comme équivalent psychologique la chromie, terme proposé à cette époque et qui n'a pas eu de succès, comprenant la tonalité (plus souvent dite teinte de nos jours) et la saturation[2].

Dans le contexte du codage informatique des couleurs, la précision des définitions est moins nécessaire. La simplicité des calculs est souvent plus importante que l'exactitude visuelle de la production des couleurs. La couleur résultant d'un code dépend en tout état de cause de la technologie des écrans ou imprimantes et de leur réglage.

Le terme saturation s'utilise donc dans ce contexte de façon assez appropriée, puisque d'une part, la grandeur en question se rapporte ici au maximum de pureté colorimétrique permise par le système, et d'autre part, il s'agit principalement de donner une indication sur la perception de la couleur produite.

Colorimétrie[modifier | modifier le code]

Pureté[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Pureté d'excitation.

On montre que pour tout flux lumineux, on peut trouver un flux lumineux monochromatique et un flux de lumière blanche qui, mélangés, forment une lumière qui ne peut se distinguer celle du flux d'origine.

  • On dit que leurs couleurs sont métamères.
  • On considère qu'une lumière monochromatique a une couleur pure. Les autres sont plus ou moins lavées de blanc.
  • La longueur d'onde de la lumière monochromatique est la longueur d'onde dominante.

La colorimétrie se fonde sur la loi d'Abney, qui postule la linéarité des relations entre grandeurs physiques et perceptions colorées. De ce fait, le mélange des flux lumineux peut s'exprimer comme une addition de la grandeur qui les mesure (quelle qu'elle puisse être)[3].

Pureté colorimétrique[modifier | modifier le code]

Soit un faisceau de lumière quelconque, on trouve un flux monochromatique F_\lambda de longueur d'onde dominante λ et un flux lumineux blanc F_b, qui, mélangé, forment une couleur impossible à distinguer de celle du faisceau à évaluer.

Le rapport

p = \frac{F_\lambda}{F_\lambda + F_b}

est appelé pureté colorimétrique[4].

Pureté d'excitation[modifier | modifier le code]

Pureté d'excitation sur le diagramme de chromaticité.

Grâce au postulat de linéarité, et en considérant que la coloration est une grandeur indépendante de la luminosité, on peut représenter les couleurs, sans se soucier de leur luminosité, sur un diagramme de chromaticité où toutes les nuances de même luminosité apparaissent dans une surface limitée par la courbe des lumières monochromatiques et la droite des pourpres. Ce diagramme est à la base du sytème CIE xyY. On montre facilement que

la couleur métamère correspondant au mélange de deux lumières se trouve, dans le diagramme, sur la droite entre les deux points correspondant à ces lumières.

Par conséquent, le point correspondant à une lumière se trouve sur la ligne entre le point de blanc, déterminé par la position de l'étalon colorimétrique (conventionnel) et le point de la courbe extérieure correspondant à sa longueur d'onde dominante.

La pureté d'excitation est le rapport entre la distance du point blanc à celui représentant la couleur et la distance du point blanc au point de la courbe extérieure correspondant à sa longueur d'onde dominante.

Lorsque le segment du blanc à la couleur se prolonge vers la droite des pourpres, la longueur d'onde dominante est négative, elle s'obtient sur la ligne des lumières monochromatiques à l'opposé. La pureté colorimétrique est alors le rapport des distances entre le blanc et la couleur et entre le blanc et la ligne des pourpres[5].

Chromaticité et saturation[modifier | modifier le code]

Les modèles linéaires de la colorimétrie de base offrent l'avantage de la simplicité, mais ils ont l'inconvénient de ne pas correspondre à la perception des couleurs. En particulier, la distance entre deux points dans l'espace des couleurs n'a pas de rapport avec la différence perçue entre leurs tons. Pourtant, certains usages de la colorimétrie le requièrent. Lorsque deux parties doivent s'accorder sur la définition d'une couleur, il leur serait utile de disposer d'un espace dans lequel la distance entre deux points représentatifs d'une couleur représente un écart perceptif. Il n'est pas facile de quantifier un écart perceptif en général, mais on peut déterminer un seuil de perception de différence de couleurs, dans les trois directions de la teinte, de la pureté et de la clarté.

À partir de ces seuils, la CIE a créé les espaces CIE LUV, pour les lumières, et CIE L*a*b*, pour les surfaces colorées. Pour approcher la perception, et obtenir une longueur homogène pour tous les seuils de différence de couleur, ces modèles ont abandonné la linéarité du modèle classique. En contrepartie, sa chromaticité, c'est-à-dire l'écart entre la couleur et l'axe des gris, varie avec la clarté, et avec la teinte. La chromaticité partage ainsi des traits avec la notion commune de vivacité des couleurs. Les couleurs sombres sont moins « colorées » que les couleurs claires. Dans l'espace à trois dimensions, l'axe des luminosités L* se représente verticalement, et dans chaque plan, les couleurs de même luminosité se définissent par leurs coordonnées a* ou u’ (axe rouge-vert) et b* ou v’ (axe bleu-jaune). On peut facilement transformer ces coordonnées cartésiennes en coordonnées polaires, obtenant un module et une teinte pour la chromaticité[6].

La saturation, dans l'espace CIE LUV, est le quotient de la chromaticité par la clarté[7] :

\scriptstyle saturation = \frac{\text{chromaticité}}{\text{clarté}}

Codage informatique des couleurs[modifier | modifier le code]

Les systèmes de description des couleurs informatiques, comme Teinte Saturation Lumière, décrivent la couleur par les proportions de couleurs primaires de l'écran ou de l'imprimante. La nuance obtenue varie selon la technologie de fabrication de ceux-ci, qui détermine la position des primaires dans le diagramme de chromaticité. La saturation est, dans ce cas, une valeur relative au maximum qu'on puisse obtenir avec le gamut du système. Elle est égale à 1 quand une des composantes primaires est à zéro ; elle égale à zéro quand les trois composantes sont égales, et en général égale au quotient de la différence entre composantes la plus forte et la plus faible, par la composante la plus faible. Souvent, on code la valeur de 0 à 1 en pourcentage ou de 0 à 255 (sous-entendu, deux-cent-cinquante-cinquièmes).

Les systèmes de transmission vidéo analogique transmettent, selon les principes de la colorimétrie de base, un signal de luminance, et un signal de chrominance qui indique la différence de la couleur avec le gris. La phase de ce signal indique la teinte, et son amplitude exprime la saturation brute.

Dans le cas de l'informatique, comme dans celui du signal vidéo, la pureté colorimétrique de la couleur obtenue ne peut se déterminer simplement à partir de la valeur de la saturation. La pureté effective est entre 0 quand la saturation est nulle, et le mieux que le système puisse faire, quand la saturation est de 100 %. Entre les deux, les ajustements de contraste, de niveau de noir et de correction gamma de l'écran déterminent la courbe de correspondance entre saturation et pureté colorimétrique.

De plus, le blanc intervient dans le calcul de la saturation colorimétrique. Le blanc des systèmes informatiques est défini par une valeur égale pour les trois primaires, sans indication de l'étalon colorimétrique de référence, qui correspond rarement à cette définition. Pour toute conversion, il faut connaître la colorimétrie des primaires du matériel de reproduction des couleurs, et celle du blanc de référence.

Usages de la saturation[modifier | modifier le code]

Associations de la saturation des couleurs[modifier | modifier le code]

Les études de marketing et de publicité évaluent à quels sentiments les couleurs saturées s'attachent, de façon à adapter le style visuel de leurs annonces à un produit et un public. Certains chercheurs ont conclu que la luminosité et la saturation ont plus d'influence que le choix des teintes.

Modification de la saturation globale[modifier | modifier le code]

Différents niveaux de saturation d'une image

Les logiciels d'édition graphique, comme les systèmes de contrôle de signal vidéo, permettent généralement de manipuler le niveau de saturation de l'ensemble d'une image.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Maurice Déribéré, La couleur, Paris, PUF, coll. « Que Sais-Je » (no 220),‎ 2014, 12e éd. (1re éd. 1964), p. 105.
  • Yves Le Grand, Optique physiologique : Tome 2, Lumière et couleurs, Paris, Masson,‎ 1972 (voir l'index).
  • Robert Sève, Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs, Marseille, Chalagam,‎ 2009 (voir l'index).

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Colour: A Workshop for Artists and Designers sur Google Livres
  2. Gustave Durup, « Progrès conjoints des idées et du langage dans les sciences de la couleur », L'année psychologique, vol. 47-48,‎ 1949, p. 213-229 (lire en ligne). Ce volume est daté 1946, mais l'auteur mentionne les réunions de 1948, et apporte en 1952 des précisions à cet article « publié il y a trois ans » ; voir aussi Déribéré 2014, p. 11-12.
  3. Sève 2009, p. 84-87 ; Le Grand 1972, p. 84-87.
  4. Déribéré 2014, p. 105 ; Le Grand 1972, p. 116 ; Sève 2009, p. 88-89.
  5. Le Grand 1972, p. 116-117.
  6. Sève 2009, p. 143sq.
  7. Sève 2009, p. 144