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Les espaces couleurs

 

Les espaces couleurs
Publié le 15 avril 2015 / Màj le 30 septembre 2018

 

Un espace couleur est un ensemble de couleurs appelé également gamut. Le gamut d'un écran ou d'un moniteur vidéo représente toutes les couleurs qu'ils sont capables d'afficher. Celui d'une imprimante, toutes les couleurs qu'elle est capable d'imprimer. Il existe deux types d'espaces couleurs : ceux liés à chaque appareil (et on parle alors de profil ICC) et certains inventés par des chercheurs pour qu'ils ne dépendent pas d'un appareil et dont les plus connus sont le sRVB, Adobe RVB 1998 ou encore ProPhoto dans le monde de la photo et DCI-P3 ou Rec 709 dans le monde de la vidéo. Le plus grand d'entre eux représente l'ensemble des couleurs que voit un être humain et s'appelle l'espace L*a*b*. L'espace couleurs L*a*b* est donc la plaque tournante, l'étalon "Or", de la gestion des couleurs. Tous les autres espaces sont plus petits car les limites techniques ne permettent aux différents appareils que nous utilisons de reproduire, pour le moment, autant de couleurs (saturées). Mais pourquoi en avoir inventé autant ?


La notion d'espaces couleurs - ou espaces colorimétriques - est très importante en gestion des couleurs. L'espace couleurs le plus important est celui de vos images. Le fameux espace de travail de Photoshop est souvent présenté comme étant très important également mais ne l'est réellement que dans un cas particulier : celui où votre image ne possède pas de profil ICC à l'ouverture dans Photoshop ! Voyons cela maintenant...


 

Les modèles colorimétriques

Un espace couleur représente donc un ensemble de couleurs "visibles" par un être humain ou un appareil. Cet ensemble couleur est également appelé gamut. Il existe plusieurs modèles colorimétriques ou espaces colorimétriques : RVB, CMJN, L*a*b* ou CIE xyz et en RVB, il existe plusieurs variantes englobant plus ou moins de couleurs très saturées (sRVB, Adobe RVB 98, ProPhoto en photo et DCI-P3 ou Rec 709 en vidéo, etc.) On dit de certains modèles qu'ils dépendent des périphériques et on les appelle alors des profils ICC et d'autres qu'ils sont indépendants et on les appelle des espaces couleurs. Enfin, certains sont appelés espaces de travail. Pourquoi ? Lequel choisir dans les logiciels de retouche photo ou de montage vidéo ? Dans son appareil photo ou sa caméra ? À partir duquel peut-on se représenter numériquement une seule couleur - absolue -, celle perçue par un œil humain standard, pour répondre aux questions posées ci-dessus ?

Le point de départ : l'espace CIE xyz et l'espace L*a*b*

Les couleurs se nuancent en environ huit millions de nuances différentes pour un œil "moyen" (mais performant !). La CIE (Compagnie Internationale de l'Éclairage) 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 (donc en plan). Les figures ci-dessous vous sont peut-être familières : le diagramme de chromacité (à gauche) et l'espace L*a*b* (à droite). Ils représentent les couleurs visibles par l'être humain mais de deux manières différentes et vont donc servir tout le temps par la suite.

   
  Diagramme de chromicité et espace L*a*b*
 

Voici deux façons différentes de représenter la même chose : les couleurs qu'est capable de voir un être humain. Remarque : sur le diagramme de chromacité de gauche, la représentation est plus fidèle à la "façon" dont l’œil 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 avoir représenté les couleurs de plusieurs façons ?

Le but de la gestion des couleurs est, pour faire court, de conserver les mêmes couleurs perçues par l’œil d'un périphérique à un autre : je veux voir la couleur (et sa saturation) que j'ai photographiée ou filmée d'abord sur mon écran puis sur mon tirage ou mon film ! Or tout va se compliquer car ces trois appareils ne "voient" pas les couleurs de la même façon. Ils ont tous des défauts différents ET ils ne "voient" pas tous les mêmes couleurs les plus saturées. Donc chaque appareil possède son espace couleur propre également appelé gamut intégré dans son profil ICC.
Pour communiquer la même couleur d'un appareil à un autre, il va donc falloir "corriger" légèrement les valeurs RVB de l'image pour tenir compte des caractéristiques des uns et des autres. Cette opération s'appelle une conversion. Or derrière cette conversion - comme pour des billets de banques, vous allez avoir plus ou moins d'argent en poche selon la monnaie du pays en question mais toujours la même valeur absolue, en or par exemple - se cache une formule mathématique complexe. Les mathématiciens ont donc inventé plusieurs formules mathématiques car aucune, seule et unique, ne remplissait tous les cahiers des charges complexes de la vision humaine ou bien les différents problèmes rencontrés dans le monde de la reproduction des couleurs. Dans certaines circonstances, ils en utilisent une et dans d'autres une autre. Chaque formule mathématique possède "son espace couleur" et ses caractéristiques (avantages/inconvénients).

 

Donc chaque appareil possède son espace couleur propre également appelé gamut intégré dans son profil ICC.


Notez que ces formules mathématiques n'avaient pas toutes besoins d'utiliser des valeurs RVB pourtant si pratiques pour nous photographes (ou vidéastes). 

Analyses visuelles des figures ci-dessus : dans le diagramme de chromacité, à gauche, le vert est sur-représenté par rapport au rouge et au bleu (sa surface est plus importante) mais dans la réalité, l’œil est deux fois plus sensible à cette couleur. C'est un modèle plus fidèle à l’œil humain. Dans l'espace L*a*b*, une couleur est égale à un point. Selon le "travail" mathématique à effectuer (une conversion), les mathématiciens préfèrent donc utiliser un modèle couleur ou bien un autre. 

Les espaces CIE sont les plus grands espaces colorimétriques puisqu'ils représentent l'ensemble des couleurs que l'on est capable de voir mais ils représentent les couleurs différemment. Comme ils ne dépendent pas d'un périphérique mais bien de la modélisation de l’œil 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. Ces valeurs, vous en conviendrez, ne sont pas très parlantes mais pratiques à utiliser dans une formule mathématique ! 

Important ! L'espace L*a*b*  quant à lui est un espace colorimétrique absolu comme l'espace CIE XYZ mais représenté différemment donc avec des conséquences lors des calculs mathématiques de conversion différentes. C'est d'ailleurs cet espace couleurs absolu qui est utilisé par Photoshop ou Lightroom comme plaque tournante de toute la gestion des couleurs dans ces logiciels. C'est l'équivalent du bureau de change pour faire une analogie avec les différentes monnaies de tous les pays. C'est donc 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 quelque chose dans un pays pour acheter une certaine quantité d'or, vous en aurez 30 dans un autre pays mais vous pourrez acheter la même quantité d'or. 100 ≠ 30 en valeur numérique mais entre ces deux pays, cela a la même valeur en or car leur taux de change est différent.

Ici l'or serait l'équivalent de la valeur L*a*b* alors que 100 et 30 l’équivalent des valeurs RVB. 

Au lieu de décrire une couleur avec des valeurs XYZ, l'espace L*a*b* les décrit avec des valeurs L, a et bL 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.

Enfin, comme il n'est pas pratique de travailler en L*a*b*, les chercheurs ont inventé des espaces à base de valeurs RVB, bien plus intuitives à utiliser ! Mais alors pourquoi pas un seul espace couleurs RVB ? 

Puis d'autres espaces couleurs : 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 géants. Or, nous autres photographes ou vidéastes ne travaillons pratiquement qu'avec cela, comme notre œil. Les espaces L*a*b* et CIE xyz 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 L*a*b*, peu parlantes ! Les espaces Adobe RVB 98, sRVB, Don RGB, ECI RGB, ProPhoto  sont des espaces couleurs RVB pour les photographes. Leurs équivalents pour les vidéastes sont DCI-P3 (un peu plus petit que l'Adobe RVB 98) et le REC 709 (très proche du sRVB). Là, on pourrait se poser la question : mais pourquoi ne pas avoir inventé un seul espace RVB aussi grand que le L*a*b* car selon l'adage : qui peut le plus peut le moins !  
Tout d'abord pour des raisons historiques. Lorsque la gestion des couleurs a été implémentée dans lesPC dans les années 90, leurs puissances et notamment celles de leurs cartes graphiques, n'étaient absolument pas celle d'aujourd'hui. Or traiter autant d'informations par pixel et très rapidement était aberrant avec les processeurs et cartes graphiques de l'époque !  
Deuxièmement pour des raisons techniques : en avait-on vraiment besoin, hier et aujourd'hui ? Et bien aucun appareil photo, écran ou imprimante n'est encore aujourd'hui (2018) 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 tout le temps... Donc quoiqu'il arrive, il n'y avait aucune raison d'inventer un espace RVB aussi grand que l'espace L*a*b*. Mais alors, pourquoi pas un seul, effectivement, mais plus petit ? Tout simplement pour régler de nombreux cas de figures et parce que chaque appareil possède le sien, plus ou moins grand. 

Espaces couleurs sRVB, Adobe RVB 98 et ProPhotoNote très importante ! Si les espaces couleurs sont plus ou moins grands, ils n'en possèdent pas moins un espace commun, le fameux sRVB (REC 709 pour la vidéo) puisqu'il s'agit du plus petit espace couleur commun, le fameux plus petit dénominateur commun. Donc quand on change d'espace couleurs pour un plus grand - de sRVB vers Adobe RVB 98 par exemple pour les photographes donc de REC 709 à DCI-P3 pour les vidéastes - c'est uniquement quand on risque de perdre la très grande saturation des couleurs les plus saturées. Toutes les autres sont évidemment les mêmes contrairement à une croyance tenace et contrairement à une autre croyance, le sRVB (REC 709) contient déjà de très nombreuses couleurs saturées. Voilà pourquoi nous sommes nombreux à nous en "contenter".

Un autre point est important : la conversion. Lorsque l'on envoie les valeurs RVB d'une photo à l'impression, celles-ci sont modifiées pour tenir compte de leurs caractéristiques (ou dit plus prosaïquement de leurs défauts). Cette modification s'appelle une conversion. Or lorsque la conversion s'effectue d'un très grand espace (un appareil photo par exemple) vers un espace beaucoup plus petit (celui d'une imprimante), les risques peuvent être importants de voir des cassures de tons dans le tirage final (bon, j’exagère un peu !). Il est donc préférable de travailler dans un espace RVB juste un peu plus grand que l'espace de destination. Nous verrons cela également plus loin.

   
Différents espaces couleur
   
 

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


 

 

Que veut dire "Dépendant" ou "indépendant" d'un périphérique ?

Tout serait parfait dans le meilleur des mondes 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 - est toujours plus petit que l'espace L*a*b* 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 à un étalon avec un appareil spécial 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 couleurs 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 et la saturation maximum de chaque pixel (donc de la qualité du filtre RVB utilisé);
  • Pour les imprimantes : la profondeur du noir / blancheur du papier et la saturation des colorants ou des pigments des encres; 


Espaces couleurs de périphériquesSur 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 est représenté le gamut d'une imprimante sur papier brillant (de type Glossy) et en rouge le gamut d'un écran Art Graphique proche du sRVB. Tous les deux sont nettement plus petits que l'espace L*a*b* 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 L*a*b* ce qui donne très rapidement deux millions de couleurs. 
Mais il est une autre caractéristique des espaces couleurs de périphériques qui ne se voit pas ici : leurs défauts. Si vous prenez la valeur RVB XXX, donc trois fois la même, la couleur ne sera pas représentée à la croisée des lignes -a+a/-b+b mais très légèrement en dehors. Les valeurs grises sont en fait légèrement colorées : c'est leur défaut que ces deux lignes (verte et rouge) ne montrent pas sur cette figure. Et chaque périphérique a le sien, à chaque fois légèrement différent. Notons au passage que les différences sont moins importantes en 2018 qu'en 2000.
Ainsi, sur le papier dans cette représentation, n'apparaît pas la différence liée aux défauts du périphérique par rapport aux espaces couleurs DonRGB, sRVB, Adobe RVB 1998 et pourtant les espaces couleurs des périphériques sont dits dépendants. Notez enfin qu'ils sont toujours en RVB.

Les espaces couleurs dépendants d'un périphérique (le gamut d'un profil ICC

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

  • Toutes les couleurs que celui-ci peut acquérir (scanner, appareil photo numérique, caméra...), afficher (moniteur, écran), ou reproduire (imprimante) par rapport aux couleurs L*a*b*. Son espace couleur est également appelé 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'elle est capable d'imprimer mais aussi comment elle le fait. Ce sont ses caractéristiques. Dit autrement, est-ce que l'imprimante imprime correctement les couleurs ! On lui demande par exemple d'imprimer telle couleur L*a*b* et il imprime telle autre couleur L*a*b* très légèrement différente. La différence et donc comment corriger cette erreur est contenue dans le profil ICC.

Pour ce faire, on lui donne à imprimer des couleurs de références - un fichier mire de référence - 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 que nous étudieront en détail page suivante. 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. Cependant, avec du bon matériel de calibrage 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 cette fois. C’est le cas, je le répète du L*a*b* mais aussi du sRVB, Adobe RVB 98, DonRGB, ECI-RGB, ProPhoto, Rec 709, DCI-P3... L'espace sRVB (ou son équivalent Rec 709 pour les vidéastes) a par exemple été créé pour servir de plus petit dénominateur commun en informatique et en imagerie numérique dans le monde. TOUS LES ECRANS, MONITEURS ET LES IMPRIMANTES DU MONDE SAVENT LE REPRODUIRE. Comme il ne contient pas toutes les couleurs L*a*b* les plus saturées mais seulement celles qui représentent, à la louche, 90% de nos photographies, 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 L*a*b* et pourquoi, donc, on a créé des espaces colorimétriques RVB plus petits que l'espace L*a*b* et cependant plus ou moins grands.

   
  Puisque l'on en parle beaucoup Sur cette page, il est cependant temps maintenant de parler des profils ICC - 6 / 10   Suivre
   
 
 

À retenir !


 Un espace couleur  représente un ensemble de couleur, plus ou moins grand, avec plus ou moins de défauts. Le plus grand de tous est l'espace L*a*b* (celui des couleurs que voient l'homme) et le plus connu est le sRGB, le plus petit dénominateur commun à tous les appareils du marché. 

 Le REC 709 est au vidéaste ce que le sRVB est au photographe et le DCI-P3 idem pour l'Adobe RVB 98, bien qu'un poil plus petit vers les verts.

 Il existe deux grandes catégories d'espaces couleurs :

a) Dépendants des périphériques : c'est l'ensemble des couleurs RVB qu'un appareil photo, un écran ou une imprimante est capable de voir, afficher ou imprimer. Il est donc plus petit que l'espace L*a*b* et surtout, il contient leurs défauts et limites techniques. Il y a autant d'espaces couleurs d'appareils que d'appareils. On les appelle également profils ICC.

b) et indépendants des périphériques  : ils sont virtuels, parfaits et plus ou moins grands. Ils ne dépendent pas d'un appareil et sont donc parfaits colorimétriquement parlant. De fait, il y en a beaucoup moins que de profils ICC. En revanche ils sont plus ou moins grands. Un bon espace n'est pas forcément un très grand espace couleur. Les plus connus sont : sRVB, Adobe RVB 1998 et ProPhoto en photo et Rec 709 et DCI-P3 en vidéo. Les espaces couleurs indépendants servent donc comme espace de travail dans Photoshop et surtout dans vos images.

 Un bon espace couleur est l'espace dont j'ai besoin pour ma photo ! Si je photographie, filme ou travaille avec des couleurs très saturées, par exemple avec la technique HDR, j'ai besoin d'espaces dits large gamut (plus grand que le sRVB comme le ProPhoto). Si en revanche j'aime les couleurs "normales", pas spécialement saturées, le sRVB ou le REC 709 conviendront très bien ! Si, Si, faites l'essai !

 
     
 
 
À travers ces 10 pages nous allons apprendre tout le vocabulaire lié à la gestion des couleurs : les espaces couleurs, les profils ICC, les gamuts, etc...
 
- Introduction à la gestion des couleurs
- L’œil et la perception des couleurs
- Les couleurs et l'informatique
- Le gamma
- Les espaces couleurs - 5 / 10
  - Les modèles colorimétriques
- Dépendants ou indépendants d'un périphérique
- À retenir ...

- Les profils ICC
- Attribuer un profil ICC
- Convertir une image
- Modes de conversion Relatif et Perceptif
- Qu'est-ce que le calibrage ?!

 

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