La colorimétrie est «la science et la technologie utilisées pour quantifier et décrire physiquement la perception de la couleur humaine». Il est similaire à la spectrophotométrie, mais se distingue par son intérêt à réduire les spectres aux corrélats physiques de la perception des couleurs, le plus souvent les valeurs tristimulus de l’espace chromatique CIE 1931 XYZ et les quantités connexes.

La colorimétrie est la discipline psychophysique qui vise à mesurer la couleur. Il relie les mesures physiques faites sur la lumière aux perceptions colorées.

La lumière est un rayonnement électromagnétique qui ne peut être entièrement décrit que par son spectre; mais seulement trois quantités numériques dérivées des mesures du spectre de la lumière sont nécessaires pour identifier la couleur de sorte que des comparaisons de couleurs valables puissent être faites au sujet des lumières en question sans les voir.

La colorimétrie soutient l’examen visuel dans tous les cas où une recherche objective est souhaitable, comme dans le contrôle de la qualité des peintures, des vernis et des taches; pour résoudre les différends entre les fournisseurs et les clients, ou entre les fabricants pour les problèmes de modèle; et aussi dans le cas où une précision supérieure à celle de l’évaluation visuelle est nécessaire, comme en chimie ou, plus récemment, dans le suivi de la maturation des fruits sur l’arbre.

La colorimétrie de base, qui étudie la réaction humaine à des stimuli lumineux isolés, a été développée à partir du milieu du XIXe siècle. Les études colorimétriques se sont poursuivies avec l’étude plus complexe des différences de couleur, de l’adaptation visuelle et de l’interaction des couleurs, et des caractères visuels plus complexes tels que la transparence, le brillant et la nacre dont la perception est inséparable de la couleur.

Instruments
L’équipement colorimétrique est similaire à celui utilisé en spectrophotométrie. Certains équipements connexes sont également mentionnés pour leur exhaustivité.

Un colorimètre tristimulus mesure les valeurs tristimulus d’une couleur.
Un spectroradiomètre mesure le rayonnement spectral absolu (intensité) ou l’irradiance d’une source lumineuse.
Un spectrophotomètre mesure la réflectance spectrale, la transmittance ou l’éclairement relatif d’un échantillon de couleur.
Un spectrocolorimètre est un spectrophotomètre capable de calculer des valeurs tristimulus.
Un densitomètre mesure le degré de lumière traversant ou réfléchi par un sujet.
Un thermomètre couleur mesure la température de couleur d’un illuminant incident.

Mesure de la couleur

Spectre de LED en rouge, vert, bleu et blanc. La valence de couleur correspond à la désignation, la lumière dans le spectre est le stimulus de couleur
La couleur ici est toujours la valence de couleur, la sensation perçue par l’oeil d’un stimulus de couleur. L’objectif de mesure n’est pas le stimulus de couleur (physique, spectral) mais la valence de couleur (effective). Moins commun mais plus précis est le terme mesure de valence de couleur. La mesure est réalisée en principe selon la loi de Lambert-Beer, qui n’est remplie que dans la mesure monochromatique. Par conséquent (aussi étroit que possible) des intervalles de longueurs d’onde sont formés et mesurés.

Jusqu’à présent, seule une détection instrumentale du stimulus de couleur est possible; la représentation numérique souhaitée de la valence de couleur en tant que système de couleur nécessite donc un appareil mathématique ou un filtrage de matériau approprié. En d’autres termes, la mesure est faite de façon instrumentale en fonction de la composition spectrale de la lumière enregistrée, la transformation (Figure) sur l’absorption à trois broches est faite par calcul. La découverte de la fonction de cartographie exacte, la conception de l’espace colorimétrique, est le problème encore existant de la mesure de la valence de couleur.

Démarcation
Les trois cônes humains fournissent inévitablement trois valences de couleur à évaluer. La mesure de la couleur doit être une mesure « orientée sur les sens » de trois valences de couleurs. La détermination d’autres numéros de mesure, tels que la blancheur du papier, le nombre de couleurs de l’iode, les degrés de blanchiment ou la colorimétrie, ne sont pas compris ici comme des mesures de couleur. De même, une détection de couleur n’est pas la mesure de couleur à attribuer, puisque le résultat d’une détection de couleur résulte d’un nom de couleur ou d’un numéro de couleur – mais pas un Farbmaßzahl.

Méthodes de mesure
Il existe différentes méthodes pour mesurer la couleur (valences de couleur).

Méthode d’égalité
Dans cette méthode, l’échantillon d’examen est comparé à une série de modèles standard connus par un dispositif technique ou visuellement avec l’oeil jusqu’à ce que l’égalité soit établie de manière fiable. Il est également possible d’offrir proportionnellement les trois couleurs de base sélectionnées. Les implémentations techniques sont le gyroscope de couleur ou la vue Maxwellienne. Dans le premier cas, la résolution temporelle du dispositif de mesure (par exemple, l’oeil) est altérée par un changement rapide, dans le second cas, une distribution spatiale des couleurs primaires est amenée à une surface (apparemment) commune par une défocalisation et perçue par l’œil comme une impression de couleur uniforme. Habituellement, cette méthode utilise le jugement d’égalité de l’œil à vision normale, de sorte qu’elle est réellement subjective. Le développement de dispositifs techniques onéreux a été ajusté par une technologie informatique améliorée en faveur des deux méthodes suivantes, qui nécessitent cependant des calculs.

Méthode de luminosité (méthode tristimulus)
Le stimulus de couleur frappe un tel récepteur dont la sensibilité spectrale correspond aux valeurs spectrales de couleur primaires en connectant des filtres de couleur appropriés. L’élément de mesure (photocellule, aujourd’hui photodiodes) mesure alors une « luminosité » qui correspond (idéalement) au stimulus au niveau de la broche. La valeur mesurée correspond donc à la valence de couleur. Les plus appropriés sont les filtres selon les courbes de valeurs spectrales standard. Si les trois filtres de couleur (ou les combinaisons de filtres de couleurs) ainsi définis sont connectés l’un après l’autre, les trois valeurs de couleur standard résultent directement. La condition préalable est que la condition de Luther soit respectée. La précision de la mesure dépend de l’ajustement de la composition spectrale des filtres de couleur. Les capteurs de couleur fonctionnent selon ce principe et possèdent trois photodiodes avec trois filtres amont dans un même boîtier.

Spectral
Chaque valence de couleur est l’intégrale de toutes les valences de couleurs spectrales (monochromatiques). Le spectre (c’est-à-dire les intensités associées) de la couleur de la lumière ou de la couleur du corps à examiner est mesuré sur la gamme de longueur d’onde de la lumière visible. Pour les couleurs du corps, la lumière d’éclairage doit également être incluse. Grâce à plus d’une centaine d’années de développement d’appareils (spectrophotomètre, spectromètre) avec la technologie informatique connectée, de puissants dispositifs font de ce procédé le plus largement utilisé aujourd’hui.

Autres méthodes d’évaluation

Méthode de coordonnées de sélection
Dans cette méthode, la multiplication est omise par réévaluation des intégrales. En utilisant un ensemble de valeurs standard tabulées, la valeur spectrale mesurée est déterminée à des points de référence appropriés. Ici, les βλ ou τλ sélectionnés sont déterminés et une seule addition de ces valeurs numériques est donc nécessaire.

Distribution de rayonnement
D’autre part, la distribution du rayonnement de la source lumineuse peut également être résumée et mesurée dans cet intervalle spectral. En conséquence, les valeurs de couleur sont obtenues en mesurant les stimuli de couleur à ces intervalles.

Colorimètres
Depuis les années 1980, les colorimètres sont pour la plupart des spectrophotomètres qui enregistrent automatiquement la courbe spectrale et effectuent ensuite l’intégration nécessaire des valeurs mesurées obtenues sur la puce utilisée. Bien sûr, la sortie des valeurs mesurées peut alors prendre différentes coordonnées (correspondant à l’espace colorimétrique souhaité) ou encore une courbe spectrale. En mémorisant, les écarts de couleur entre l’original en couleur et une série de motifs peuvent être sortis. En convertissant différents types de lumière (de préférence normalisés), l’indice de métamérisme peut également être calculé d’un modèle à l’autre.

Colorimètre tristimulus
En imagerie numérique, les colorimètres sont des appareils tristimulus utilisés pour l’étalonnage des couleurs. Des profils de couleurs précis garantissent la cohérence tout au long du processus d’imagerie, de l’acquisition à la sortie.

La distribution de puissance spectrale absolue d’une source de lumière peut être mesurée à l’aide d’un spectroradiomètre qui fonctionne en recueillant optiquement la lumière, puis en la faisant passer dans un monochromateur avant de la lire en bandes étroites de longueur d’onde.

La couleur réfléchie peut être mesurée à l’aide d’un spectrophotomètre (également appelé spectroreflectomètre ou réflectomètre), qui prend des mesures dans la région visible (et un peu au-delà) d’un échantillon de couleur donné. Si la coutume de prendre des mesures à des incréments de 10 nanomètres est suivie, la plage de lumière visible de 400 à 700 nm donnera 31 lectures. Ces lectures sont généralement utilisées pour dessiner la courbe de réflectance spectrale de l’échantillon (combien elle reflète, en fonction de la longueur d’onde), les données les plus précises pouvant être fournies concernant ses caractéristiques.

Les lectures en elles-mêmes ne sont généralement pas aussi utiles que leurs valeurs tristimulus, qui peuvent être converties en coordonnées de chromaticité et manipulées par des transformations d’espace de couleur. A cet effet, un spectrocolorimètre peut être utilisé. Un spectrocolorimètre est simplement un spectrophotomètre capable d’estimer les valeurs tristimulus par intégration numérique (du produit intérieur des fonctions d’appariement des couleurs avec la distribution de puissance spectrale de l’illuminant). L’un des avantages des spectrocolorimètres par rapport aux colorimètres tristimulus est qu’ils n’ont pas de filtres optiques, qui sont sujets à la variance de fabrication, et ont une courbe de transmittance spectrale fixe jusqu’à ce qu’ils vieillissent. D’un autre côté, les colorimètres tristimulus sont spécialement conçus, moins chers et plus faciles à utiliser.

La CIE (Commission Internationale de l’Illumination) recommande d’utiliser des intervalles de mesure inférieurs à 5 nm, même pour des spectres lisses. Les mesures de Sparser ne permettent pas de caractériser avec précision les spectres d’émission épineux, tels que celui du luminophore rouge d’un écran cathodique, représenté de côté.

Indicateur de température de couleur
Les photographes et les cinématographes utilisent les informations fournies par ces compteurs pour décider de l’équilibre des couleurs qui doit être fait pour que les différentes sources lumineuses semblent avoir la même température de couleur. Si l’utilisateur entre la température de couleur de référence, le compteur peut calculer la différence entre la mesure et la référence, ce qui permet à l’utilisateur de choisir un gel de couleur corrective ou un filtre photographique avec le facteur le plus proche.

En interne, le lecteur est typiquement un colorimètre tristimulus à photodiode au silicium. La température de couleur corrélée peut être calculée à partir des valeurs tristimulus en calculant d’abord les coordonnées de chromaticité dans l’espace colorimétrique CIE 1960, puis en trouvant le point le plus proche sur le locus Planckien.