Les espaces couleurs

La notion d'espaces couleurs - ou espaces colorimétriques - est très importante en gestion des couleurs. Le fameux espace de travail de Photoshop est un espace colorimétrique qu'il ne faut pas choisir au hasard car les conséquences seraient importantes en terme de bonne gestion des couleurs. Voyons cela maintenant...

Les modèles colorimétriques

Un espace couleurs représente donc un ensemble de couleurs visible par un être humain ou un appareil. Cet ensemble est également appelé gamut. Il existe plusieurs modèles colorimétriques : RVB, CMJN, Lab ou CIE xyz. On dit de certains modèles qu'ils dépendent des périphériques et d'autres qu'ils sont indépendants. Enfin, certains sont appelés espaces de travail. Pourquoi ? Lequel choisir dans les logiciels de retouche photo ? A partir duquel peut-on se représenter numériquement une seule couleur, celle perçue par un oeil humain standard, pour répondre aux questions posées ci-dessus ?

L'espace CIE xyz & l'espace Lab

Les couleurs se nuancent en environ huit millions de nuances différentes pour un œil "moyen" (mais performant !). La CIE et les mathématiciens ont eu besoin de les représenter mathématiquement sur un graphique à trois dimensions (donc en volume) dont deux apparaissent sur la figure ci-dessous, qui vous est peut-être familière : le diagramme de chromacité et l'espace Lab. Ils représentent les couleurs visibles et vont donc servir tout le temps par la suite.

Voici deux façons différentes de représenter la même chose : les couleurs qu'est capable de voir un être humain. Remarque : sur le diagramme de gauche, la représentation est plus fidèle à la "façon" dont l'oeil voit les couleurs car la surface verte est deux fois plus importante que la rouge et la bleue comme on l'a vu page précédente.

Mais pourquoi en avoir représenté plusieurs ? Parce que parfois, on change les valeurs RVB en d'autres valeurs R'V'B' lorsque l'on fait une conversion et selon l'opération mathématique qu'il faut réaliser pour, par exemple, changer la valeur d'une couleur qui va être convertie, les mathématiciens des couleurs ne vont pas utiliser le même modèle colorimétrique (qui est un modèle mathématique complexe). L'espace CIE XYZ est donc un espace colorimétrique comme l'espace Lab mais n'ayant pas les mêmes implications du seul point de vue mathématique, ce qui sort totalement du cadre de ce guide qui ce veut une initiation à la gestion de la couleur mais est important. Pour nous photographes, un seul aurait suffit mais pour les mathématiciens, il en fallait plusieurs.

Remarque : dans le diagramme de chromacité, le vert est sur-représenté par rapport au rouge et au bleu mais dans la réalité, l'oeil est deux fois plus sensible à cette couleur. C'est un modèle plus fidèle à l'oeil humain. Dans l'espace Lab, une couleur est égale à un point.

Ces espaces sont les plus grands espaces colorimétriques puisqu'ils représentent l'ensemble des couleurs que l'on est capable de voir. Comme ils ne dépendent pas d'un périphérique mais bien de la modélisation de l'oeil humain, on dit qu'ils sont indépendants.

Dans l'espace CIE xyz, chaque couleur y est représentée par trois coordonnées : XYZ (Z pour la profondeur donc la luminosité de chaque couleur) comme le montre la figure ci-dessus.

L'espace L*a*b* est un espace colorimétrique absolu comme l'espace CIE XYZ mais représenté différemment. C'est d'ailleurs cet espace couleurs absolu qui est utilisé par Photoshop comme plaque tournante de toute la gestion des couleurs dans ce logiciel. C'est l'équivalent du bureau de change pour faire une analogie avec les différentes monnaies de tous les pays. C'est la même chose que pour la monnaie : on convertit des euros en dollars grâce à un intermédiaire, le taux de change afin de garder dans la poche la même valeur absolue en argent. Même si vous aviez 100 quelques choses dans un pays pour acheter du pain, vous en aurez 30 dans un autre mais vous pourrez également acheter le même morceau de pain. 100 ≠ 30 en valeur numérique mais entre ces deux pays, cela a la même valeur en pain. Ici le pain serait la valeur Lab et 100 et 30 des valeurs RVB.
Au lieu de décrire une couleur avec des valeurs XYZ, l'espace Lab les décrit avec des valeurs L, a et b. L pour le niveau de luminosité (de 0 à 100), a pour la couleur du rouge au vert et b pour la couleur du bleu au jaune (-128 à +127). Derniers points, ces espaces sont neutres car ils ont été calculés par la main de l'homme.

D'autres espaces : les espaces RVB / CMJN

Comme vous l'avez sûrement remarqué, à aucun moment il n'a été fait cas de valeurs RVB ou CMJN avec ces deux espaces couleurs. Or, nous autres photographes ne travaillons pratiquement qu'avec cela, comme notre oeil. Les espaces Lab et CIEXYZ n'étant pas assez pratiques lorsque l'on travaille, par exemple, dans Photoshop, ont donc été inventés des espaces couleurs basés sur des modèles colorimétriques RVB ou CMJN. Les couleurs y sont représentées par des valeurs RVB et non par des ésotériques valeurs XYZ ou Lab, peu parlantes ! Les espaces Adobe 98, sRGB, Don RGB, ECI RGB ou encore Prophoto sont des espaces couleurs RVB. Mais un point fondamental distingue ces espaces couleurs de l'espace Lab : ils sont plus ou moins grands MAIS tous plus petits que l'espace Lab comme le montre la figure ci-dessous. En effet et pour faire court, aucun appareil photo, écran ou imprimante n'est aujourd'hui capable de reproduire autant de couleurs que l'être humain ne peut en voir. Il ne sert donc à rien de travailler avec huit millions de couleurs... Et cela était d'autant plus vrai en 1998 quand la gestion des couleurs a vraiment démarré pour le grand public.

On voit très clairement que même le large DonRGB est beaucoup plus petit que le Lab. Il correspond aujourd'hui sensiblement au gamut d'une imprimante jet d'encre sur papier brillant.

Pour des raisons que nous venons d'évoquer, ces espaces couleurs ont donc été calculés plus petits que le Lab, mais comme lui, sont neutres. Dans ces trois espaces, pour une valeur RVB identique, on aura un gris neutre. Donc eux aussi sont dits indépendants des périphériques. Mais qu'en est-il des espaces couleurs d'appareil photo numérique, de scanners, d'écrans ou encore d'imprimantes ?

Dépendant / indépendant d'un périphérique ?

Tout serait parfait dans le monde de la gestion de la couleur si tous les écrans et les imprimantes pouvaient reproduire ou afficher toutes les couleurs qu'un être humain peut distinguer et en plus sans introduire de défauts ! Mais ce n'est malheureusement techniquement pas possible ou coûterait fort cher...

L'ensemble des couleurs qu'un périphérique peut reproduire - son espace couleurs également appelé gamut - est toujours plus petit que l'espace Lab à cause des limitations techniques et quand on lui donne à voir, à afficher, à imprimer, une couleur précise on ne sait pas, tant qu'il n'a pas été calibré et caractérisé (donc comparé avec un appareil spécial à un étalon et donc tant qu'il ne possède pas de profil ICC), ce qu'il a réellement perçu, ce qu'il peut réellement afficher ou imprimer. C'est très important là aussi. Les limites de chaque espace de périphérique que l'on ne peut connaître que grâce à son calibrage sont représentées sur la figure ci-dessous, et sont la conséquence de :

• Pour les écrans : la luminosité mini/maxi & la saturation maximum de chaque pixel (donc de la qualité du filtre RVB utilisé);
• Pour les imprimantes : la profondeur du noir / blancheur du papier & la saturation des colorants ou des pigments des encres;

Sur la figure ci-contre, l'espace L*a*b* est représenté par le carré coloré et les limites des autres espaces par des traits continus de différentes couleurs. En vert représente le gamut d'une imprimante sur papier brillant et en rouge le gamut d'un écran Art Graphique. Tous les deux sont nettement plus petits que l'espace Lab et on voit clairement que l'imprimante est capable d'imprimer des cyans/verts que l'écran est incapable d'afficher ! En surface ils sont environ quatre fois plus petits que l'espace Lab ce qui donne très rapidement deux millions de couleurs. Ma foi, pour nombre d'êtres humains c'est déjà amplement suffisant.
Mais il est une autre caractéristique des espaces couleurs de périphériques qui ne se voit pas ici : leurs défauts.

Ainsi, sur le papier, il n'y aucune différence entre un espace couleurs d'un périphérique ou les Don RGB, sRGB, Adobe 1998 et pourtant les espaces couleurs des périphériques sont dits dépendants.

Les espaces couleurs dépendants d'un périphérique

L'espace couleur qui dépend d'un périphérique décrit :

• Toutes les couleurs que celui-ci peut acquérir (scanner, appareil photo numérique...), afficher ( moniteur, écran), ou reproduire (imprimante) par rapport aux couleurs Lab. Son espace couleur s'appelle également son GAMUT.
• Tous ses "défauts" ou ses caractéristiques colorimétriques plus exactement. Durant le processus de calibrage et de caractérisation d'une imprimante par exemple, l'appareil de calibrage mesure toutes les couleurs qu'il est capable de d'imprimer mais aussi comment il le fait. Ce sont ses caractéristiques. Dit autrement, est-ce que l'imprimante imprime correctement les couleurs !

On lui donne à imprimer des couleurs de références - une mire parfaitement étalonnée et mesurée avec un spectrophotomètre qui mesure la longueur de la couleur - et il va en imprimer bien d'autres ! Ces informations - différences entre la couleur à imprimer et la couleur imprimée - sont placées dans un fichier spécial : son profil ICC. D'ailleurs, pas plus qu'aucune imprimante n'est parfaite, aucun appareil de calibrage ne l'est non plus. Même si elles sont minimes, les erreurs dans le profil ICC seront réelles. Ainsi deux appareils de mesure ne donneront pas exactement le même profil ICC pour cette imprimante qui pourtant imprime, elle, tout le temps les couleurs de la même manière (hormis quand on change d'encre ou de papier !). Concrètement et dans tous les cas, pour cette imprimante et ce profil ICC, un même pourcentage de RVB ne donnera pas un gris neutre parfait. Selon la qualité du profil ICC donc de la mire utilisée, du logiciel de création de profils ICC et d'appareil de mesure, le gris sera plus ou moins neutre mais pas parfait. Avec du bon matériel il est évident qu'on s'en approche tellement que l'on peut considérer sans peine que les couleurs sont parfaitement corrigées et neutralisées.

Les espaces couleurs indépendants

Dans un espace indépendant d'un périphérique, l'espace couleur résulte d'un calcul et non d'une mesure. Il est donc plus ou moins grand mais neutre. Un même pourcentage de RVB donnera bien un gris parfaitement neutre. C'est le cas, je le répète du L*a*b* mais aussi du sRGB, Adobe 1998, DonRGB, Prophoto... L'espace sRGB a par exemple été créé pour servir de plus petit dénominateur commun en informatique et en imagerie numérique dans le monde. Comme il contient peu de couleurs dans l'absolu, tous les appareils récents savent les gérer. Nous verrons lors du chapitre sur la conversion d'une image pourquoi il est important que les espaces couleurs RVB soient notablement plus petits que l'espace Lab et pourquoi, donc, on a créé des espaces colorimétriques plus petits que l'espace Lab.

Conclusion provisoire

Une des "missions" de la gestion des couleurs est donc de faire retranscrire les mêmes couleurs d'un point de vue perceptif, c'est-à-dire telles que vues par un œil normal - on parle alors de couleur Lab - par des appareils qui possèdent un espace plus ou moins grand et des "défauts". Si je prends l'exemple d'une imprimante, la difficulté sera d'imprimer toutes les couleurs de mon image affichées à l'écran et vues par mon APN alors que normalement celle-ci ne sait pas le faire avec ses encres CMJN. C'est pourquoi il existe des outils appelés outils de conversion ou CMM et des profils ICC comme nous allons le voir maintenant.

La gestion des couleurs sert :

A déterminer à quelles couleurs Lab - les "vraies" couleurs perçues par un œil moyen - correspondent les valeurs RVB ou CMJN d'un périphérique. Et bien sûr à conserver cette couleur perçue d'un périphérique à un autre - qu'il puisse ou pas reproduire cette couleur a priori - Le tirage final doit ressembler au niveau des sensations visuelles à la scène photographiée ou à l'original. Les outils de la gestion des couleurs "savent" donc convertir les valeurs RVB d'un périphérique en d'autres valeurs RVB -correspondant à la même couleur Lab- mais pour un autre périphérique (en corrigeant au passage ses défauts). Quand le périphérique de destination ne sait pas le faire, ces mêmes outils savent s'en rapprocher au maximum afin que l'impression visuelle soit la plus proche possible de l'original.

Puisque l'on en parle beaucoup dans cette page, il est temps maintenant de parler des profils ICC