Gamme de couleurs

Dans la reproduction des couleurs, y compris l’infographie et la photographie, la gamme, ou gamme de couleurs / ɡæmət /, est un certain sous-ensemble complet de couleurs. L’utilisation la plus courante fait référence au sous-ensemble de couleurs qui peut être représenté avec précision dans une circonstance donnée, comme dans un espace de couleur donné ou par un certain dispositif de sortie.

Un autre sens, moins fréquemment utilisé mais toujours correct, fait référence à l’ensemble complet de couleurs trouvées dans une image à un moment donné. Dans ce contexte, la numérisation d’une photographie, la conversion d’une image numérisée en un espace colorimétrique différent ou la sortie vers un support donné à l’aide d’un périphérique de sortie spécifique modifie généralement sa gamme, dans le sens où certaines couleurs sont perdues. processus.

introduction
Le terme «gamme» a été adopté dans le domaine de la musique, où il désigne l’ensemble des hauteurs dont sont composées les mélodies musicales; L’utilisation du terme par Shakespeare dans La Mégère apprivoisée est parfois attribuée à l’auteur / musicien Thomas Morley. Dans les années 1850, le terme a été appliqué à une gamme de couleurs ou de teintes, par exemple par Thomas De Quincey, qui a écrit « Porphyre, j’ai entendu, traverse une gamme de teintes aussi large que le marbre. »

En théorie des couleurs, la gamme d’un dispositif ou d’un processus est la partie de l’espace chromatique qui peut être représentée ou reproduite. Généralement, la gamme de couleurs est spécifiée dans le plan de teinte-saturation, car un système peut généralement produire des couleurs sur une large plage d’intensité dans sa gamme de couleurs; Pour un système de couleurs soustractif (tel qu’utilisé dans l’impression), la gamme d’intensité disponible dans le système est pour la plupart insignifiante sans tenir compte des propriétés spécifiques au système (telles que l’illumination de l’encre).

Lorsque certaines couleurs ne peuvent pas être exprimées dans un modèle de couleur particulier, ces couleurs sont dites hors gamme. Par exemple, alors que le rouge pur peut être exprimé dans l’espace colorimétrique RVB, il ne peut pas être exprimé dans l’espace colorimétrique CMJN; le rouge pur est hors de la gamme dans l’espace colorimétrique CMJN.

Un dispositif capable de reproduire l’intégralité de l’espace colorimétrique visible est un objectif non réalisé dans l’ingénierie des affichages couleur et des processus d’impression. Les techniques modernes permettent des approximations de plus en plus bonnes, mais la complexité de ces systèmes les rend souvent impraticables.

Lors du traitement d’une image numérique, le modèle de couleur le plus pratique est le modèle RVB. L’impression de l’image nécessite la transformation de l’image de l’espace colorimétrique RVB d’origine vers l’espace colorimétrique CMJN de l’imprimante. Au cours de ce processus, les couleurs de la gamme RVB qui sont hors gamme doivent être converties en valeurs approximatives dans la gamme d’espace CMJN. Simplement couper seulement les couleurs qui sont hors de la gamme aux couleurs les plus proches dans l’espace de destination brûlerait l’image. Il y a plusieurs algorithmes qui approchent cette transformation, mais aucun d’entre eux ne peut être vraiment parfait, puisque ces couleurs sont tout simplement hors des capacités du dispositif cible. C’est pourquoi l’identification des couleurs d’une image qui sont hors de la gamme dans l’espace colorimétrique cible dès que possible pendant le traitement est critique pour la qualité du produit final.

Représentation des gammes
Les gammes sont généralement représentées en tant que zones dans le diagramme de chromaticité CIE 1931 comme indiqué à droite, avec le bord incurvé représentant les couleurs monochromatiques (longueur d’onde unique) ou spectrales.

La gamme accessible dépend de la luminosité; une gamme complète doit donc être représentée dans l’espace 3D, comme ci-dessous:

Les images à gauche montrent les gammes d’espace colorimétrique RVB (en haut), comme sur les écrans d’ordinateur, et de couleurs réfléchissantes dans la nature. Le cône dessiné en gris correspond grossièrement au diagramme CIE à droite, avec la dimension supplémentaire de luminosité.

Les axes de ces diagrammes sont les réponses des cônes de longueur d’onde courte (S), de longueur d’onde moyenne (M) et de longueur d’onde (L) dans l’œil humain. Les autres lettres indiquent les couleurs noire (Blk), rouge (R), verte (G), bleue (B), cyan (C), magenta (M), jaune (Y) et blanche (W).

Le diagramme en haut à gauche montre que la forme de la gamme RVB est un triangle entre le rouge, le vert et le bleu aux luminosités inférieures; un triangle entre le cyan, le magenta et le jaune aux luminosités plus élevées, et un seul point blanc à la luminosité maximale. Les positions exactes des sommets dépendent des spectres d’émission des luminophores dans le moniteur d’ordinateur et du rapport entre les luminosités maximales des trois luminophores (c’est-à-dire l’équilibre des couleurs).

La gamme de l’espace colorimétrique CMJN est, idéalement, à peu près la même que celle de RVB, avec des sommets légèrement différents, selon les propriétés exactes des colorants et de la source lumineuse. En pratique, en raison de la façon dont les couleurs imprimées en mode raster interagissent les unes avec les autres et avec le papier et en raison de leurs spectres d’absorption non idéaux, la gamme est plus petite et présente des coins arrondis.

La gamme des couleurs réfléchissantes dans la nature a une forme similaire, bien que plus arrondie. Un objet qui ne reflète qu’une bande étroite de longueurs d’onde aura une couleur proche du bord du diagramme CIE, mais il aura une très faible luminosité en même temps. Aux luminosités plus élevées, la zone accessible dans le diagramme CIE devient de plus en plus petite, jusqu’à un seul point de blanc, où toutes les longueurs d’onde sont réfléchies exactement à 100%; les coordonnées exactes du blanc sont déterminées par la couleur de la source lumineuse.

Limites de la représentation des couleurs

Surfaces
Au début du 20ème siècle, les demandes industrielles pour une façon contrôlable de décrire les couleurs et la nouvelle possibilité de mesurer les spectres de lumière ont initié une recherche intense sur les descriptions mathématiques des couleurs.

L’idée de couleurs optimales a été introduite par le chimiste allemand balte Wilhelm Ostwald. Erwin Schrödinger a montré dans son article de 1919 Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft (La théorie des pigments avec la plus haute luminosité) que les couleurs les plus saturées qui peuvent être créées avec une réflectivité totale donnée sont générées par des surfaces ayant une réflectance nulle ou totale à une longueur d’onde donnée et le spectre de réflectivité doit avoir au plus deux transitions entre zéro et plein. Ainsi, deux types de spectres de « couleurs optimales » sont possibles: Soit la transition va de zéro aux deux extrémités du spectre à un au milieu, comme le montre l’image de droite, soit elle va de zéro aux extrémités à zéro dans le milieu. Le premier type produit des couleurs qui sont similaires aux couleurs spectrales et suivent à peu près la partie en forme de fer à cheval du diagramme de chromaticité CIE xy, mais sont généralement moins saturées. Le second type produit des couleurs semblables à (mais généralement moins saturées que) les couleurs de la ligne droite dans le diagramme de chromaticité CIE xy, conduisant à des couleurs de type magenta. Le travail de Schrödinger a été développé par David MacAdam et Siegfried Rösch. MacAdam a été la première personne à calculer des coordonnées précises de points sélectionnés sur la limite de la couleur optimale dans l’espace colorimétrique CIE 1931 pour des niveaux de luminosité de Y = 10 à 95 par pas de 10 unités. Cela lui a permis de dessiner la couleur optimale à un degré de précision acceptable. En raison de sa réussite, la limite de la couleur optimale optimale s’appelle la limite MacAdam. Sur les ordinateurs modernes, il est possible de calculer une couleur optimale avec une grande précision en secondes ou en minutes. La limite MacAdam, sur laquelle résident les couleurs les plus saturées (ou « optimales »), montre que les couleurs proches des couleurs monochromes ne peuvent être obtenues qu’à des niveaux de luminance très faibles, sauf pour les jaunes, car un mélange des longueurs d’onde Une partie du locus spectral entre le vert et le rouge se combinera pour donner une couleur très proche d’un jaune monochrome.

Sources lumineuses
Les sources lumineuses utilisées comme primaires dans un système de reproduction de couleur additive doivent être brillantes, de sorte qu’elles ne sont généralement pas proches du monochromatique. C’est-à-dire que la gamme de couleurs de la plupart des sources de lumière de couleur variable peut être comprise comme le résultat de difficultés à produire une lumière monochromatique pure (longueur d’onde unique). La meilleure source technologique de lumière monochromatique est le laser, qui peut être plutôt coûteux et peu pratique pour de nombreux systèmes. Cependant, à mesure que la technologie optoélectronique arrive à maturité, les lasers à diode à mode longitudinal unique deviennent moins coûteux, et de nombreuses applications peuvent déjà en tirer profit; tels que la spectroscopie Raman, l’holographie, la recherche biomédicale, la fluorescence, la reprographie, l’interférométrie, l’inspection de semi-conducteurs, la télédétection, le stockage de données optiques, l’enregistrement d’images, l’analyse spectrale, l’impression, les communications point à point.

Les systèmes qui utilisent des processus de couleur additive ont généralement une gamme de couleurs qui est à peu près un polygone convexe dans le plan de saturation de teinte. Les sommets du polygone sont les couleurs les plus saturées que le système peut produire. Dans les systèmes de couleurs soustractifs, la gamme de couleurs est le plus souvent une région irrégulière.

Comparaison de divers systèmes
Vous trouverez ci-dessous une liste de systèmes de couleurs représentatifs plus ou moins ordonnés de grande à petite gamme de couleurs:

Le vidéoprojecteur laser utilise 3 lasers pour produire la gamme la plus large disponible dans l’équipement d’affichage pratique aujourd’hui, dérivé du fait que les lasers produisent des primaires vraiment monochromatiques. Les systèmes fonctionnent soit en balayant l’image entière un point à la fois et en modulant le laser directement à haute fréquence, tout comme les faisceaux d’électrons dans un tube cathodique, soit en étalant puis en modulant le laser et en balayant une ligne à la fois. ligne elle-même étant modulée de la même manière que dans un projecteur DLP. Les lasers peuvent également être utilisés comme source de lumière pour un projecteur DLP. Plus de 3 lasers peuvent être combinés pour augmenter la gamme de gamme, une technique parfois utilisée en holographie.
La technologie Digital Light Processing ou DLP est une technologie de marque déposée de Texas Instruments. La puce DLP contient un réseau rectangulaire de jusqu’à 2 millions de miroirs microscopiques montés sur charnières. Chacun des micromiroirs mesure moins d’un cinquième de la largeur d’un cheveu humain. Le micromiroir d’une puce DLP s’incline soit vers la source lumineuse dans un système de projection DLP (ON), soit loin de celle-ci (OFF). Cela crée un pixel clair ou sombre sur la surface de projection. Les projecteurs DLP actuels utilisent une roue à rotation rapide avec des « tranches de tarte » colorées transparentes pour présenter successivement chaque trame de couleur. Une rotation montre l’image complète.
Le film photographique peut reproduire une gamme de couleurs plus étendue que les systèmes de télévision, d’ordinateur ou de vidéo domestique habituels.
Le CRT et les écrans vidéo similaires ont une gamme de couleurs à peu près triangulaire qui couvre une partie significative de l’espace de couleur visible. Dans les CRT, les limitations sont dues aux phosphores de l’écran qui produisent de la lumière rouge, verte et bleue.
Les écrans à cristaux liquides (LCD) filtrent la lumière émise par un rétroéclairage. La gamme d’un écran LCD est donc limitée au spectre émis du rétroéclairage. Les écrans LCD typiques utilisent des ampoules fluorescentes à cathode froide (CCFL) pour les rétro-éclairages. Les écrans LCD avec certaines rétroéclairages CCFL à LED ou à large gamut offrent une gamme plus complète que les écrans CRT. Cependant, certaines technologies LCD varient la couleur présentée par l’angle de vue. Dans le mode Plane Switching ou Patterned, les écrans d’alignement vertical ont une plage de couleurs plus étendue que Twisted Nematic.
La télévision utilise normalement un écran CRT, LCD ou plasma, mais ne tire pas pleinement parti de ses propriétés d’affichage couleur, en raison des limitations de la diffusion. La TVHD est moins restrictive, mais reste un peu moins que, par exemple, les écrans d’ordinateur utilisant la même technologie d’affichage.
Le mélange de peinture, à la fois artistique et commercial, permet d’obtenir une gamme de couleurs raisonnablement étendue en commençant par une palette plus large que le rouge, le vert et le bleu des CRT ou cyan, magenta et jaune de l’impression. Paint peut reproduire certaines couleurs fortement saturées qui ne peuvent pas être reproduites correctement par les CRT (en particulier le violet), mais dans l’ensemble la gamme de couleurs est plus petite.
L’impression utilise généralement l’espace colorimétrique CMJN (cyan, magenta, jaune et noir). Très peu de procédés d’impression n’incluent pas le noir; cependant, ces procédés (à l’exception des imprimantes à sublimation thermique) sont médiocres à représenter des couleurs à faible saturation et à faible intensité. Des efforts ont été faits pour élargir la gamme du processus d’impression en ajoutant des encres de couleurs non primaires; ceux-ci sont typiquement orange et vert (voir Hexachrome) ou cyan clair et magenta clair (voir le modèle de couleur CcMmYK). Des encres colorées ponctuelles d’une couleur très spécifique sont également parfois utilisées.
La gamme de couleurs d’un affichage monochrome est une courbe unidimensionnelle dans l’espace colorimétrique.

Large gamme de couleurs
L’Ultra HD Forum définit la gamme de couleurs étendue (WCG) comme une gamme de couleurs plus large que Rec. 709. WCG inclurait DCI-P3 et Rec. 2020.