Gamme

En reproduction des couleurs et en colorimétrie , une gamme , ou gamme de couleurs /ˈɡæmət / , est un ensemble convexe contenant les couleurs qui peuvent être représentées avec précision, c'est-à-dire reproduites par un périphérique de sortie ( par exemple une imprimante ou un écran) ou mesurées par un périphérique d'entrée (par exemple un appareil photo ou un système visuel ). Les périphériques avec une gamme plus large peuvent représenter plus de couleurs. De même, la gamme peut également faire référence aux couleurs dans un espace colorimétrique défini , qui n'est pas lié à un périphérique spécifique. Une gamme trichromatique est souvent visualisée comme un triangle de couleurs . Une utilisation moins courante définit la gamme comme le sous-ensemble de couleurs contenues dans une image, une scène ou une vidéo.

Le terme gamut a été adopté dans le domaine de la musique, où l'expression latine médiévale « gamma ut » signifiait le ton le plus bas de l'échelle de sol et, avec le temps, en est venue à impliquer toute la gamme de notes musicales 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 « Le porphyre , j'ai entendu dire, traverse une gamme de teintes aussi large que le marbre. »

La gamme de couleurs d'un appareil ou d'un processus est la partie de l' espace colorimétrique qui peut être représentée ou reproduite. En général, la gamme de couleurs est spécifiée dans le plan teinte - saturation , car un système peut généralement produire des couleurs sur une large plage d'intensité au sein de sa gamme de couleurs. Pour un système de couleurs soustractif (tel que celui utilisé en imprimerie ), la plage d'intensité disponible dans le système est pour la plupart dénuée de sens sans tenir compte des propriétés spécifiques au système (telles que l' éclairage de l'encre).

Les gammes de couleurs des appareils doivent utiliser des couleurs primaires réelles (celles qui peuvent être représentées par une distribution de puissance spectrale physique ) et sont donc toujours incomplètes (plus petites que la gamme visuelle humaine). Aucune gamme définie par un nombre fini de couleurs primaires ne peut représenter la gamme visuelle humaine entière. Trois couleurs primaires sont nécessaires pour représenter une approximation de la gamme visuelle humaine. Davantage de couleurs primaires peuvent être utilisées pour augmenter la taille de la gamme. Par exemple, alors que la peinture avec des pigments rouges, jaunes et bleus est suffisante pour modéliser la vision des couleurs, l'ajout de pigments supplémentaires (par exemple orange ou vert) peut augmenter la taille de la gamme, permettant la reproduction de couleurs plus saturées.

Lors du traitement d'une image numérique, le modèle de couleur le plus pratique est le modèle RVB. L'impression de l'image nécessite de transformer l'image du modèle de couleurs RVB d'origine au modèle de couleurs CMJN de l'imprimante . Au cours de ce processus, les couleurs du modèle RVB qui sont hors gamme doivent être converties d'une manière ou d'une autre en valeurs approximatives au sein du modèle CMJN. Le simple fait de couper uniquement les couleurs qui sont hors gamme aux couleurs les plus proches dans l'espace de destination brûlerait l'image. Il existe plusieurs algorithmes qui approximent cette transformation, mais aucun d'entre eux ne peut être vraiment parfait, car ces couleurs sont tout simplement hors des capacités de l'appareil cible. C'est pourquoi il est essentiel d'identifier les couleurs d'une image qui sont hors gamme dans l'espace colorimétrique cible dès que possible pendant le traitement pour la qualité du produit final. Il est également important de se rappeler qu'il existe des couleurs dans la gamme CMJN qui sont en dehors des espaces colorimétriques RVB les plus couramment utilisés, tels que sRGB et Adobe RGB .

La gestion des couleurs est le processus qui permet de garantir la cohérence et la précision des couleurs sur les différents appareils dotés de gammes de couleurs. La gestion des couleurs gère les transformations entre les gammes de couleurs et les espaces colorimétriques canoniques afin de garantir que les couleurs sont représentées de manière égale sur les différents appareils. La gamme de couleurs d'un appareil est définie par un profil de couleurs, généralement le profil ICC , qui relie la gamme à un espace colorimétrique standardisé et permet l'étalonnage de l'appareil. La transformation d'une gamme de couleurs vers une gamme plus petite entraîne une perte d'informations, car les couleurs hors gamme sont projetées sur la gamme plus petite et la transformation vers la gamme plus grande ne récupère pas ces informations perdues.

La colorimétrie est la mesure de la couleur, généralement d'une manière qui imite la perception humaine des couleurs . Les périphériques d'entrée tels que les appareils photo numériques ou les scanners sont conçus pour imiter la perception trichromatique des couleurs humaines et sont basés sur trois éléments de capteurs avec des sensibilités spectrales différentes, idéalement alignées approximativement avec les sensibilités spectrales des photopsines humaines . En ce sens, ils ont une gamme similaire à celle du système visuel humain. Cependant, la plupart de ces appareils violent la condition de Luther et ne sont pas destinés à être véritablement colorimétriques, à l'exception des colorimètres tristimulus . Les périphériques d'entrée de dimension supérieure, tels que les imageurs multispectraux , les imageurs hyperspectraux ou les spectromètres , capturent la couleur dans une gamme beaucoup plus large, dimensionnellement, que la gamme visuelle humaine. Pour être perçues par les humains, les images doivent d'abord être réduites en dimension et traitées avec de fausses couleurs .

L'étendue des couleurs détectables par un humain moyen, estimée par l' observateur standard , est la gamme visuelle humaine . La gamme visuelle est généralement visualisée dans le diagramme de chromaticité CIE 1931 , où le lieu spectral (bord incurvé) représente les couleurs monochromatiques (longueur d'onde unique) ou spectrales . Comme l'appareil que vous utilisez pour visualiser le diagramme a une gamme plus petite que la gamme visuelle, les couleurs qui sont hors gamme sont reproduites comme des couleurs à l'intérieur de la gamme de l'écran. Les gammes des appareils sont généralement représentées en référence à la gamme visuelle. L'observateur standard représente un humain typique, mais le daltonisme conduit à une gamme visuelle réduite.

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

Au début du 20e siècle, les demandes industrielles pour une manière contrôlable de décrire les couleurs et la nouvelle possibilité de mesurer les spectres lumineux ont initié des recherches intenses sur les descriptions mathématiques des couleurs.

L'idée de couleurs optimales a été introduite par le chimiste germano-balte Wilhelm Ostwald . Erwin Schrödinger a montré dans son article de 1919 Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft (Théorie des pigments à 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 réflectivité nulle ou totale à une longueur d'onde donnée, et le spectre de réflectivité doit avoir au plus deux transitions entre zéro et pleine.

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 un aux extrémités à zéro au milieu. Le premier type produit des couleurs qui sont similaires aux couleurs spectrales et suivent approximativement la partie en forme de fer à cheval du diagramme de chromaticité CIE xy , mais sont généralement moins saturées. Le deuxième type produit des couleurs qui sont similaires (mais généralement moins saturées que) aux couleurs sur la ligne droite du diagramme de chromaticité CIE xy, ce qui conduit à des couleurs de type magenta.

Les travaux de Schrödinger ont été développés par David MacAdam et Siegfried Rösch . MacAdam a été le premier à calculer les coordonnées précises de points sélectionnés sur la limite du solide de couleur optimal 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 le solide de couleur optimal avec un degré de précision acceptable. En raison de son exploit, la limite du solide de couleur optimal est appelée la limite de MacAdam (1935).

En 1980, Michael R. Pointer a publié une gamme maximale pour les surfaces réelles avec réflexion diffuse en utilisant 4089 échantillons (les surfaces avec réflexion spéculaire (« brillantes ») peuvent se trouver en dehors de cette gamme). Appelées à l'origine « cascade de couleurs Munsell », les limites sont plus communément appelées gamme de Pointer d'après son travail. Cette gamme reste importante comme référence pour la reproduction des couleurs, ayant été mise à jour par de nouvelles méthodes dans l'annexe B de la norme ISO 12640-3.

Sur les ordinateurs modernes, il est possible de calculer un solide de couleur optimal avec une grande précision en quelques secondes. La limite de MacAdam, sur laquelle se trouvent les couleurs les plus saturées (ou « optimales »), montre que les couleurs proches des couleurs monochromatiques ne peuvent être obtenues qu'à des niveaux de luminance très faibles, à l'exception des jaunes, car un mélange des longueurs d'onde de la longue portion en ligne droite du lieu spectral entre le vert et le rouge se combinera pour produire une couleur très proche d'un jaune monochromatique.

Les sources lumineuses utilisées comme primaires dans un système de reproduction additive des couleurs doivent être brillantes, elles ne sont donc généralement pas proches du monochromatisme. En d'autres termes, la gamme de couleurs de la plupart des sources lumineuses à couleurs variables peut être comprise comme le résultat des difficultés à produire une lumière monochromatique pure ( longueur d'onde unique ). La meilleure source technologique de lumière monochromatique est le laser , qui peut être assez coûteux et peu pratique pour de nombreux systèmes. Cependant, à mesure que la technologie optoélectronique mûrit, les lasers à diode monomode longitudinal deviennent moins chers, et de nombreuses applications peuvent déjà en profiter ; comme la spectroscopie Raman, l'holographie, la recherche biomédicale, la fluorescence, la reprographie, l'interférométrie, l'inspection des semi-conducteurs, la détection à distance, le stockage de données optiques, l'enregistrement d'images, l'analyse spectrale, l'impression, les communications point à point en espace libre et les communications par fibre optique.

Les systèmes qui utilisent des processus de couleurs additives ont généralement une gamme de couleurs qui est approximativement un polygone convexe dans le plan teinte-saturation. Les sommets du polygone sont les couleurs les plus saturées que le système peut produire. Dans les systèmes de couleurs soustractives, la gamme de couleurs est plus souvent une région irrégulière.

Voici une liste de systèmes de couleurs représentatifs, plus ou moins classés du plus grand au plus petit gamut de couleurs :

• Un vidéoprojecteur laser utilise trois lasers pour produire la gamme de couleurs la plus large disponible dans les équipements d'affichage pratiques actuels, dérivée du fait que les lasers produisent des couleurs primaires véritablement monochromatiques. Les systèmes fonctionnent soit en balayant l'image entière un point à la fois et en modulant le laser directement à haute fréquence, un peu comme les faisceaux d'électrons dans un tube cathodique (CRT), soit en étalant optiquement puis en modulant le laser et en balayant une ligne à la fois, la ligne elle-même étant modulée de la même manière que dans un projecteur DLP . Les lasers peuvent également être utilisés comme source lumineuse pour un projecteur DLP. Plus de trois lasers peuvent être combinés pour augmenter la gamme de couleurs, une technique parfois utilisée en holographie .
• La technologie DLP ( Digital Light Processing ) est une marque déposée de Texas Instruments. La puce DLP contient un réseau rectangulaire de 2 millions de miroirs microscopiques montés sur charnière. 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 d'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 chaque image de couleur successivement. Une rotation montre l'image complète.
• Le film photographique peut reproduire une gamme de couleurs plus large que celle des téléviseurs, des ordinateurs ou des systèmes vidéo domestiques classiques .
• Les écrans cathodiques et autres écrans vidéo similaires ont une gamme de couleurs à peu près triangulaire qui couvre une partie importante de l'espace colorimétrique visible. Dans les écrans cathodiques, les limitations sont dues aux phosphores présents dans l'écran qui produisent une lumière rouge, verte et bleue.
• Les écrans à cristaux liquides (LCD) filtrent la lumière émise par un rétroéclairage . La gamme de couleurs d'un écran LCD est donc limitée au spectre émis par le rétroéclairage. Les écrans LCD classiques utilisent des ampoules fluorescentes à cathode froide ( CCFL ) pour le rétroéclairage. Les écrans LCD dotés de certains rétroéclairages LED ou CCFL à large gamme de couleurs offrent une gamme de couleurs plus complète que les écrans cathodiques. Cependant, certaines technologies LCD font varier la couleur présentée en fonction de l'angle de vue. Dans les écrans à commutation de plan ou à alignement vertical à motifs, la gamme de couleurs est plus large que celle des écrans Twisted Nematic .
• La télévision utilise généralement un écran cathodique, LCD, LED ou plasma , mais ne tire pas pleinement parti de ses propriétés d'affichage des couleurs, en raison des limitations de la diffusion . Le profil de couleur commun pour la télévision est basé sur la norme ITU Rec. 601. La TVHD est moins restrictive et utilise un profil de couleur légèrement amélioré basé sur la norme ITU Rec. 709. C'est toujours un peu moins que, par exemple, les écrans d'ordinateur utilisant la même technologie d'affichage. Cela est dû à l'utilisation d'un sous-ensemble limité de RVB dans la diffusion (valeurs de 16 à 235), par rapport au RVB complet dans les écrans d'ordinateur, où tous les bits de 0 à 255 sont utilisés.
• Le mélange de peinture , à la fois artistique et commercial, permet d'obtenir une gamme de couleurs relativement large en commençant par une palette plus large que le rouge, le vert et le bleu des écrans cathodiques ou le cyan, le magenta et le jaune de l'impression. La peinture peut reproduire certaines couleurs très saturées qui ne peuvent pas être bien reproduites par les écrans cathodiques (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 ) ne parviennent pas à représenter les couleurs à faible saturation et à faible intensité. Des efforts ont été faits pour étendre la gamme du processus d'impression en ajoutant des encres de couleurs non primaires ; il s'agit généralement de l'orange et du vert (voir Hexachrome ) ou du cyan clair et du magenta clair (voir le modèle de couleur CcMmYK ). Des encres de couleur d'accompagnement d'une couleur très spécifique sont également parfois utilisées.
• La gamme de couleurs d' un écran monochrome est une courbe unidimensionnelle dans l'espace colorimétrique.

L' Ultra HD Forum définit une large gamme de couleurs (WCG) comme une gamme de couleurs plus large que celle de BT.709 ( Rec. 709 ). Les espaces colorimétriques avec WCG incluent :

• Rec. 2020 – Recommandation UIT-R pour la TVUHD
• Rec. 2100 – Recommandation UIT-R pour la télévision HDR (même chromaticité des couleurs primaires et du point blanc que Rec. 2020 )
• DCI-P3
• Espace colorimétrique Adobe RVB
• DxO Wide Gamut

La gamme d'impression obtenue en utilisant des encres cyan, magenta, jaune et noire est parfois une limitation, par exemple lors de l'impression des couleurs des logos d'entreprise. Par conséquent, certaines méthodes d'impression couleur utilisent des couleurs d'encre supplémentaires pour obtenir une gamme plus large. Par exemple, certains utilisent des encres vertes, orange et violettes pour augmenter la saturation réalisable des teintes proches de celles-ci. Ces méthodes sont appelées impression couleur heptatone, impression à gamme étendue et impression 7 couleurs, etc.