Quelques éléments de colorimétrie

Il est possible de reconstituer la totalité des nuances d'une image colorée en mélangeant dans de bonnes proportions des couleurs judicieusement choisies. Ce mélange peut se faire de 2 manières selon que l'on superpose des lumières colorées ou des colorants.

1. La synthèse soustractive

Chacun l'a expérimentée dès l'école primaire (ou maternelle). L'idée de base consiste à partir d'un support blanc (papier), d'en obscurcir certaines zones par le dépôt de colorants (peinture ou encre). Plus on mettra de colorants, plus la zone coloriée sera sombre.

Traditionnellement, on apprend qu'il faut mélanger du rouge, du jaune et du bleu. Cependant, pour obtenir des couleurs secondaires pures, il faut bien choisir la nuance de ces couleurs primaires.

Les bonnes couleurs primaires pour la synthèse soustractive sont le jaune, le magenta et le cyan. En mélangeant 2 ou 3 de ces colorants en utilisant la dose maximale pour les colorants choisis, on obtient les combinaisons suivantes :
Jaune + Magenta = Rouge
Jaune + Cyan = Vert
Magenta + Cyan = Bleu
et enfin :
Jaune + Magenta + Cyan = Noir
En modifiant les proportions des différents colorants, on obtient toutes les autres nuances. Par exemple, avec beaucoup de jaune et moitié moins de magenta, on obtiendra la couleur orange. Si l'on rajoute par dessus un peu de cyan, on aura du marron. Enfin, en mélangeant dans la même proportion un peu de jaune, de magenta et de cyan, on obtiendra un gris plus ou moins foncé.

Cette méthode de synthèse des couleurs est notamment utilisée en imprimerie ou pour la reproduction de photos (papier ou diapositives). Sur un support photographique, la lumière traverse des couches distinctes superposées, chacune contenant une image réalisée avec l'un des 3 colorants primaires. En imprimerie, les encres colorées sont mélangées. On utilise également souvent de l'encre noire pour obtenir plus facilement des teintes sombres avec des papiers qui supportent mal les grandes quantités d'encres.

2. La synthèse additive

Le principe est opposé du précédent. On part d'une surface sombre (typiquement noire) mais susceptible de réfléchir de la lumière : par exemple un écran blanc placé dans une salle obscure.

On projette sur cette surface des lumières colorées qui se superposent. En mélangeant 2 couleurs, on obtient une couleur plus claire que chacune des composantes colorées initiales.

Pour reconstituer l'ensemble de nuances colorées d'une image, il suffit de mélanger dans de bonnes proportions les 3 couleurs primaires suivantes : Rouge, Vert et Bleu.

La superposition dans des proportions identiques de 2 ou 3 de ces lumières colorées permet d'obtenir les combinaisons suivantes :
Rouge + Vert = Jaune
Rouge + Bleu = Magenta
Vert + Bleu = Cyan
et enfin :
Rouge + Vert + Bleu = Blanc
La synthèse additive des couleurs est utilisée surtout lors de la prise de vues d'images colorées, aussi bien en photographie (la pellicule contient des couches sensibles à la lumière rouge, verte et bleue) qu'en prise de vue vidéo.

Pour la restitution d'images colorées, la synthèse additive est utilisée dans certains vidéo projecteurs qui disposent de 3 objectifs alignés, chacun projetant sur l'écran une image dans l'une des 3 couleurs primaires. C'est aussi le mode de fonctionnement des écrans cathodiques. La face avant de ces derniers est constituée d'une juxtaposition de points ou de bandes de 3 matériaux luminescents, c'est à dire susceptibles de fabriquer de la lumière lorsqu'ils sont excités par des électrons. L'un de ces matériaux génère de la lumière rouge, une autre de la lumière verte, le dernier de la lumière bleue. En observant l'écran à une distance normale, on ne distinguera pas les différentes zones constituées d'une couleur primaire, mais seulement la couleur obtenu par le mélange des 3 composantes.

3. Passage en noir et blanc d'une image couleur

Une image peut également être décomposée en une série de points ou de rectangles disposés de gauche à droit et de haut en bas. Chacun de ces points appelés pixels sera suffisamment petit pour avoir une couleur uniforme. Pour définir la couleur d'un pixel, il suffira de connaître la proportion de rouge, de vert et de bleu nécessaire pour générer cette couleur en synthèse additive.

Si l'on veut transformer l'image en niveaux de gris, il faudra redéfinir la luminosité de chacun des pixels.

En examinant les différentes couleurs de ce document, on s'aperçoit que certaines des couleurs sont plus lumineuses que d'autres : le bleu est plus sombre que le rouge et le vert, le jaune plus clair que le magenta ou le cyan.

Aussi, pour obtenir des niveaux de gris réalistes, il n'est pas judicieux de mélanger les composantes R V B de la synthèse additive dans les mêmes proportions.

Les proportions : 2 / 7eme de rouge, 4 / 7eme de vert et 1 / 7eme de bleu sont plus réalistes. En télévision, on prend (aux décimales près) 30 % de rouge, 59 % de vert et 11 % de bleu.

Mais rien n'interdit de modifier ces proportions pour éclaircir certaines couleurs et en assombrir d'autres, si l'on souhaite par exemple retrouver une couleur particulière dans une image en niveaux de gris.


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