Teinte saturation lumière

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Le cylindre Teinte, saturation, lumière

Teinte, saturation, lumière (ou luminosité ou valeur) désigne des modèles de description des couleurs utilisés en graphisme informatique et en infographie. Teinte, saturation et luminosité sont les trois paramètres de description d'une couleur dans une approche psychologique de cette perception.

On désigne parfois ces systèmes par les sigles TSL ou TLS, ou, en référence aux termes anglais pour Hue, Saturation, Lightness, HSL ou HLS.

De nombreux logiciels de retouche et de création graphiques matricielle offrent une interface de description des couleurs Teinte, Saturation, Luminosité. Dans ce cas, les couleurs sont toujours enregistrées comme composantes trichromes (rouge, vert, bleu).

Dans les logiciels d'édition d'image vectorielle, les paramètres de Teinte, saturation, luminosité peuvent servir de définition de la couleur et être enregistrés. Le W3C a adopté cette description perceptuelle, avec les descriptions trichromes, pour définir les couleurs, au format texte, dans les feuilles de style en cascade et les dessins vectoriels SVG.

Systèmes de codage informatique des couleurs[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Codage informatique des couleurs.

Les systèmes de codage informatique des couleurs les représentent par un triplet de valeurs se rapportant à chacune des couleurs primaires de la synthèse additive (rouge, vert, bleu) de l'écran.

Le plus souvent, ces valeurs sont des nombres entiers entre 0 et 255, qu'on peut coder sur un octet. On peut créer de la sorte plus de 16 millions de codes de couleur, ce qui est plus que suffisant, si l'on considère qu'en prenant comme référence le seuil de distinction des couleurs dans les meilleures conditions d'examen, on arrive à un demi-million de couleurs[1]. Même en tenant compte du fait qu'une fois affectées à un canal rouge, vert ou bleu, les valeurs sont multipliées, sans intervention de l'utilisateur, par un premier coeffient qui permet au blanc, défini comme la valeur maximale pour les trois canaux, d'être reproduit en blanc sur l'écran, et par un autre coefficient qui dépend du réglage du contraste et du gamma, deux codes qui ne diffèrent que de 1 sur les 255 valeurs possibles de chaque canal doivent donner une couleur parfaitement indistincte.

Le codage direct de la couleur par les valeurs (rouge, vert, bleu), s'il a l'avantage de la simplicité, demande des calculs pour les manipulations de couleurs les plus simples. Pour rendre une nuance plus lumineuse, il faut multiplier les valeurs des trois composantes par le même nombre. Pour laver de blanc une teinte trop vive, il faut ajouter la même quantité au trois paramètres ; mais ce faisant, on l'éclaircit. Pour la faire virer vers une des deux primaires les plus proches, il faut ajouter une quantité à cette primaire, puis compenser l'éclaircissement. Les paramètres utilisés par les psychologues de la couleur, teinte, saturation, luminosité donnent un accès plus direct à ces modifications[2].

Système HSV ou TSV[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Teinte Saturation Valeur.

Au début des années 1970, l'utilisation d'interfaces graphiques pour les programmes informatiques en est à ses balbutiements. Alvy Ray Smith travaille avec Richard Shoup au Xerox PARC sur le logiciel SuperPaint[3], qui permet la création d'images pour la télévision couleur qui commence à se répandre. Il nomme ses paramètres « Hue/Saturation/Value », selon les termes utilisés en psychologie de la couleur. Ils seront largement repris sous les noms « Hue/Saturation/Brightness ». Brightness est le nom du potentiomètre réglant la luminosité sur les télévision en couleurs, qui augmente toutes les valeurs d'une quantité uniforme. Dans l'univers du logiciel libre, la plupart ont repris l'appellation d'origine traduite en français par « Teinte Saturation Valeur ».

Il rend ce système public lors de l'édition 1978 du SIGGRAPH[4].

Ce modèle est toujours utilisé actuellement pour les outils de sélection de couleur de MacOS et de logiciels comme ceux d'Adobe[5], CorelDRAW, QuarkXPress, OpenOffice/LibreOffice, Gimp et Blender.

Système HSL ou TSL[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Teinte Saturation Luminosité.

Lors de la même édition du SIGGRAPH, George H. Joblove et Donald Greenberg présentent d'autres modèles basés sur un cercle chromatique[6] qu'ils nomment « Hue/Relative chroma/Intensity » qui sera largement diffusé en tant que « Hue/Saturation/Lightness » ou parfois « Hue/Saturation/Luminance ». Il sera, comme HSV, popularisé en français sous les termes de « Teinte/Saturation/Luminosité » avec quelques exceptions (CorelDraw et AutoCAD, par exemple) qui traduisent le paramètre L par « Luminance » bien que les deux termes n'aient pas exactement le même sens.

On le retrouve actuellement dans les outils de sélection de couleur de Microsoft[5], CorelDRAW, AutoCAD, Paint Shop Pro, Inkscape, etc.

Le W3C a normalisé la description textuelle HSL des couleurs, concuramment avec les autres descriptions de couleur pour les Feuilles de style en cascade et les dessins vectoriels[7].

Paramètres[modifier | modifier le code]

Teinte, saturation et luminosité décrivent une couleur dans une approche psychologique de cette perception[8] Les paramètres perceptifs de la description des couleurs sont homologues à des grandeurs de la colorimétrie, sans qu'on puisse toujours passer des uns aux autres par un calcul.

Paramètres de description des couleurs
  Usage courant Colorimétrie Psychologie
T Ton et teinte, noms et adjectifs de couleur Longueur d'onde dominante Teinte, tonalité ((en) hue)
S Coloration, Pur s'oppose à lavé de blanc ; vivacité : une couleur est vive si elle est à la fois suffisamment lumineuse et pure. Puretés colorimétrique et d'excitation Saturation
L lumière Éclat, luminosité, intense s'oppose à faible Luminance Luminance[n 1]
objet Brillance, clarté ; clair s'oppose à foncé ; Facteur de luminance

L'espace colorimétrique CIE LUV, conçu pour la mesure de couleur de lumières, possède une représentation en teinte, saturation, luminosité, dans laquelle ces paramètres se déduisent rigoureusement de l'analyse spectrale colorimétrique trichrome des lumières réfléchies par ces objets[9]. Les paramètres des systèmes de description de couleurs informatiques ne permettent pas cette correspondance. Ils s'attachent à créer une représentation utile des couleurs qui n'exige pas une charge de calcul importante. À l'époque de leur création, l'utilité de cette correspondance n'apparaissait pas avec évidence. Le profil ICC des terminaux, qu'ils soient écrans ou imprimantes, permet cette conversion. La restriction des paramètre au gamut accessible par les terminaux simplifie substanciellement le problème de la définition des couleurs[10].

Teinte[modifier | modifier le code]

Article détaillé : disque chromatique.
Teintes du cercle chromatique

La teinte est la forme pure d'une couleur en ce qu'elle s'oppose au blanc, au noir et au gris.

Le disque chromatique permet d'ajouter une quantité à n'importe quelle valeur de teinte, puis, en la soustrayant, de retrouver la valeur d'origine, ce qui serait impossible avec une échelle du minimum au maximum[n 2]. La valeur de la teinte se calcule donc modulo celle du tour (360 degrés d'angle).

Teintes du disque chromatique

Les deux systèmes, TSV (Smith 1978) et TSL (Joblove et Greenberg 1978) définissent identiquement la couleur. Les positions des couleurs se construisent avec des règles simples :

Par conséquent le cyan se trouve à un demi-tour (180°). Comme, en synthèse additive, le cyan est fait de parts égales des primaires verte et bleue, celles-ci doivent être disposées symétriquement, au tiers de tour (respectivement 120° et 240°) pour respecter la condition d'interchangeabilité des primaires.

On a ainsi défini les postions des trois primaires et de leurs complémentaires, tous les 60°. Les valeurs des autres couleurs s'obtiennent par interpolation[11].

L'angle de teinte se trouve à partir des valeurs des primaires (rouge, vert, bleu). Le procédé de calcul s'inspire d'un résultat de la colorimétrie de base, selon lequel toute couleur peut s'obtenir en ajoutant une couleur pure et de la lumière blanche. Dans les système TSL, la lumière blanche (ou grise) a ses trois composantes trichromes égales. On peut donc retirer de chacune des composantes trichromes de la couleur dont on recherche la teinte la plus petite des trois valeurs, sans affecter la teinte. Il reste deux composantes non nulles. La primaire de la plus grande donne l'angle de départ, (0 pour rouge, 120° pour vert ou 240° pour bleu). On obtient le décalage par rapport à cette valeur en multipliant 60° par le rapport entre la plus petite et la plus grande des valeurs restantes. Si en ajoutant 120° à l'angle de départ, on obtient l'angle de la seconde primaire (modulo 360°), on ajoute cette quantité ; dans le cas contraire, on le soustrait, et si l'angle est inférieur à 0, on ajoute 360°.

Les deux systèmes, TSL et TSV suivent les mêmes règles pour déterminer la teinte. Celle-ci n'a pas de rapport avec une grandeur colorimétrique, mais exige peu de calculs, et donne une représentation suffisamment familière pour l'utilisateur.

Lumière/Luminosité[modifier | modifier le code]

Luminosité croissante vers le haut

La composante luminosité exprime l'impression de clarté, de brillance de la couleur.

En colorimétrie de base, on considère que la luminosité est une perception indépendante (orthogonale) de la chromaticité. Les modèles colorimétrique perceptuels CIE L*a*b* (pour les objets) et CIE LUV (pour les écrans) déterminent la clarté d'une façon plus complexe, qui représente mieux la vision humaine. Les modèles informatiques TSL recherchent plus la simplicité que la représentation des perceptions lumineuses.

La luminosité, dans un système de reproduction de couleurs, se situe entre le minimum et le maximum que le système peut produire. On peut commodément la représenter par un nombre entre 0 et 1 (ou 0 et 100%).

Les différents systèmes ne s'accordent pas sur le calcul de la luminosité.

Le système TSV opte pour la plus grande simplicité. Il prend comme valeur de lumière celle de la composante trichromatique la plus forte. Dans ce cas, l'échelle des luminosités est correcte et intuitive si les deux autres paramètres, teinte et saturation, sont identiques ; mais le bleu primaire au maximum a le même paramètre « luminosité » que le blanc, ce qui ne correspond pas à l'impression visuelle.

Le système TSL accepte un calcul supplémentaire, et prend pour valeur de la luminosité la moyenne entre les composantes trichromatiques maximale et minimale. Le blanc a donc une valeur de luminosité supérieure à celle du jaune le plus lumineux.

Ces options vont avoir des conséquences sur le calcul de la saturation.

Saturation[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Saturation (couleurs).
Saturées maximale (= 1) en haut, minimale (= 0) en bas

En théorie de la perception des couleurs, la chromaticité[12] est l'intensité de la coloration, en ce qu'elle se distingue du gris, dit aussi achromatique.

Une couleur vive a une luminosité moyenne ou forte, et une chromaticité élevée. Une couleur pâle a une luminosité moyenne ou forte, et une chromaticité faible. Une couleur intense a une luminosité moyenne, voire faible, mais une chromaticité élevée.

Les teintes sombres sont toujours vues moins colorées que les teintes lumineuses. La saturation, c'est-à-dire le niveau de chromaticité par rapport au maximum possible, se définit comme le quotient de la chromaticité par la luminosité[13]. Le modèle colorimétrique perceptuel CIE L*a*b* définit identiquement la chromaticité et la saturation ; mais les grandeurs des systèmes informatiques sont liées au matériel, et non aux courbes de l'observateur de référence de la CIE[14].

La saturation s'évalue sur une échelle allant de 0 (pas de sensation colorée) à 1 (l'impression colorée est au maximum permis par le système de reproduction des couleurs et le niveau de luminosité). Cette grandeur s'exprime en pourcentage.

Dans les systèmes TSV et TSL, si les trois composantes trichromes sont de même valeur, la saturation est nulle et la saturation est de 100% quand une des composantes est nulle.

Les deux systèmes définissent une chromaticité, comme la différence entre la plus forte et la plus faible des valeurs des composantes trichromes,max-minmin est la plus faible des valeurs des composantes trichromatiques et max la plus forte. Cette valeur est rarement utilisée telle quelle, mais elle sert pour le calcul de la saturation.

Les valeurs intermédiaires de la saturation se calculent différemment. Dans le système TSV, l'option de simplicité prévaut, comme pour la luminosité. La valeur de saturation est \scriptstyle 1 - \frac{chroma}{valeur}, soit \scriptstyle 1 - \frac{min}{max}, puisque la valeur est dans ce système égale à max.

Le système TSL recherche une meilleure correspondance avec les jugements visuels. Le système définit. Si la luminosité luma (c'est-à-dire, dans ce système, la moyenne entre la plus forte composante trichromatique et la plus faible) est inférieure à 0,5, la valeur de la saturation est \scriptstyle \frac{max-min}{max+min}, soit \scriptstyle \frac{chroma}{2 \times luma} dans le cas contraire, la saturation est \scriptstyle \frac{max-min}{1-(max+min)}, soit \scriptstyle \frac{chroma}{1 - 2 \times luma} (max et min ont le même sens que précédemment).

Caractéristiques communes aux deux systèmes[modifier | modifier le code]

Les composantes du TSL permettent une conservation des valeurs originelles même si elles n'apparaissent pas. On les qualifie donc de « conservatives ».

Ainsi, un gris neutre a une teinte, qui n'apparaît pas, parce que sa saturation est nulle. Si on prend une couleur, et qu'on réduit sa saturation à zéro, puis qu'on l'augmente à nouveau, on peut retrouver la couleur d'origine, tant que le logiciel n'a pas transformé les triplets (teinte, saturation, luminosité) en triplet (rouge, vert, bleu).

Un noir, dont la luminosité est à 0, conserve tout-de-même une teinte et une saturation, qu'on peut retrouver tant que le logiciel n'a pas converti les valeurs.

Représentation géométrique[modifier | modifier le code]

Avec trois dimensions, la représentation géométrique d'un système Teinte, saturation, lumière de description des couleurs est un volume. Deux des valeurs forment un système de coordonnées polaires, avec la teinte en angle et la saturation, comprise entre 0 et 1, en module. Le système se représente donc comme un cylindre[15].

On peut aussi utilement se représenter les systèmes de couleur avec la chroma, au lieu de la saturation. On obtient alors un cône avec TSV, un double cône avec TSL. Cette forme est celle du système de description des couleurs de Wilhelm Ostwald[16] ; elle se déduit des valeurs possibles pour les paramètres. Les systèmes de description des couleurs plus exactement basés sur la perception aboutissent à des enveloppes différentes, une sphère pour le nuancier de Munsell, une forme non géométrique pour CIE L*a*b* et CIE LUV. Dans tous ces systèmes, les surfaces d'égale saturation sont des cylindres.

Applications[modifier | modifier le code]

Deux types d'applications se rencontrent : celles, comme SVG, où les paramètres TSL font partie du format de fichier, et celles où ils servent uniquement à faciliter le travail de l'utilisateur, comme dans les logiciels d'édition d'image matricielle. Dans ce cas, les paramètres peuvent servir soit à définir des couleurs nouvelles pour les outils de peinture, soit à modifier des couleurs existantes.

La définition des couleurs par teinte, saturation, luminosité peut transformer considérablement le calcul d'un dégradé de couleur. Une interpolation linéaire des valeurs rouge, vert, bleu entre deux couleurs éloignées donne des résultats radicalement différents d'une interpolation des valeurs (t,s,l). Des logiciels d'édition d'image proposent les deux options[17].

Les inventeurs des premiers procédés citent, parmi les applications, la création de perspective atmosphérique et de reflets sur des surfaces colorées[18].

La segmentation d'image, c'est-à-dire la sélection d'un objet par la différence de sa couleur avec le fond, se fait très difficilement sans recourir à la teinte et à la chroma. La segmentation est utilisée pour l'incrustation en traitement d'images, et dans le cas d'un objet mobile sur un fond fixe, peut concourir à une importante réduction de débit dans les applications de diffusion vidéo. Dans ces applications en temps réel, les considérations de charge de calcul équilibrent celles de précision des résultats[19].

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.
  • (en) George H. Joblove et Donald Greenberg, « Color spaces for computer graphics », SIGGRAPH communications,‎ 1978 (lire en ligne) (ACM Digital Library)
  • Sébastien Lefèvre et Nicole Vincent, « Apport de l'espace Teinte-Saturation-Luminance pour la segmentation spatiale et temporelle », traitement du signal, vol. 23, no 1,‎ 2006 (lire en ligne)
  • (en) Gary W. Meyer et Donald P. Greenberg, « Perceptual color spaces for computer graphics », SIGGRAPH communications,‎ 1980, p. 254-261 (lire en ligne) (ACM Digital Library)
  • (en) Alvin Ray Smith, « Color Gamut Transform Pairs », Computer Graphics, vol. 12, no 3,‎ août 1978, p. 12-19 ; (SIGGRAPH 78 Conference Proceedings)(ACM Digital Library) . Repris dans (en) John C. Beatty et Kellogg S. Booth (ed.), Tutorial: Computer Graphics, Silver Spring, MD, IEEE Computer Society Press,‎ 1982, p. 376-383
  • (en) William Thompson et al., « Color », dans Visual Perception from a Computer Graphics Perspective, CRC Press,‎ 2011 (lire en ligne) (avec Roland Fleming,Sarah Creem-Regehr,Jeanine Kelly Stefanucci)
  • Alain Trémeau, Christine Fernandez-Maloigne et Pierre Bonton, Image numérique couleur : De l'acquisition au traitement, Paris, Dunod,‎ 2004

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Luminance, terme préféré par la section américaine de la Commission internationale de l'éclairage, s'est imposé sur Phanie pour les lumières et Leucie pour les objets, proposés en 1940 afin d'avoir des noms différents pour chaque paramètre de la couleur en colorimétrie et en psychologie (Durup 1949 ; Déribéré 2014, p. 12 ; Henri Piéron, « La terminologie visuelle », L'année psychologique, vol. 41-42,‎ 1940, p. 248-251 (lire en ligne)).
  2. Cette propriété est uniquement psychologique et perceptuelle ; il n'y a pas moyen de trouver quoi que ce soit de semblable avec les longueurs d'onde dominantes des lumières qui induisent la perception colorée.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Sève 2009, p. 229 ; Smith 1978, p. 2.
  2. Joblove et Greenberg 1978, p. 21, 25.
  3. The SuperPaint System (1973-1979)
  4. Color Gamut Transform Pairs ; Smith 1978.
  5. a et b GUIdebook > Screenshots > Colour selector
  6. Joblove et Greenberg 1978
  7. W3C CSS Color Module Level 3, 2011.
  8. 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.
  9. Robert Sève, Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs, Marseille, Chalagam,‎ 2009, p. 143-146 ; voir aussi CIE L*a*b.
  10. Smith 1978, p. 1.
  11. Joblove et Greenberg 1978, p. 22.
  12. chroma, défini par Albert H. Munsell, Meyer et Greenberg 1980, p. 256
  13. Joblove et Greenberg 1978, p. 22-23.
  14. Sève 2009, p. 143-144.
  15. Meyer et Greenberg 1980, p. 256
  16. Déribéré 2014, p. 113.
  17. GIMP : L'outil dégradé.
  18. Joblove et Greenberg 1978, p. 25.
  19. Lefèvre et Vincent 2006.