Investigations expérimentales

Introduction

L'objectif de cette page est de vous familiariser avec les différences entre les couleurs de l'espace de travail et celles que peuvent restituer le moniteur et l'imprimante, au moyen d'expériences simples.

Fabrication d'un cercle chromatique

Nous commençons par fabriquer un «cercle chromatique», à savoir le jeu des couleurs à saturation maximale dans un espace colorimétrique donné.

Par exemple, l'image ci-dessus a été obtenue en ouvrant une nouvelle image 600x40 dans Photoshop et en la divisant en 6 rectangles consécutifs 100x40. Dans le premier rectangle, on fait un gradient de couleur du rouge pur (RVB=255,0,0) au jaune pur (RVB=255,255,0); dans le deuxième, on passe de ce jaune au vert pur (RVB=0,255,0), etc.... De cette manière, une des composantes RVB est toujours nulle, une autre à 255 et la troisième glisse continument de 0 à 255 ou de 255 à 0.

On peut ensuite associer n'importe quel espace colorimétrique (par le menu Image > Mode > Attribuer un profil) à cette construction et cela fera varier les couleurs vraies correspondant à ce cercle. Dans tous les cas, on obtient les couleurs les plus saturées possibles dans cet espace.

On ne perçoit pas correctement sur l'écran les couleurs les plus saturées

C'est une évidence, puisque le moniteur a un espace colorimétrique voisin du ColorMatch RGB, l'un des plus petits parmi les espaces de travail utilisés en pratique. Cela se constate aisément en attribuant à notre cercle les espaces WideGamut, Adobe RGB-98 puis ColorMatch RGB, de plus en plus petits (de haut en bas dans la figure ci-dessous)

Précisons comment cette image est construite. On part de notre cercle avec le profil WideGamut et on triple sa hauteur. On ouvre ensuite deux autres fenêtres contenant toutes deux notre cercle, l'une dans le profil Adobe RGB98, l'autre dans le profil ColorMatch. On colle alors ces deux autres images dans la première en prenant soin de «conserver les couleurs» dans l'importation. L'image globale a donc le profil WideGamut, mais les deux bandes inférieures donnent les couleurs des cercles chromatiques en Adobe RGB98 et en ColorMatch.

On a l'impression que les couleurs se répartissent différemment dans l'image, mais sans que ce soit plus saturé avec un profil qu'avec un autre. C'est que toutes ces couleurs (du moins pour WideGamut et Adobe RGB) sont en dehors de ce que peut rendre le moniteur et sont remplacées par la couleur la plus proche possible, donc toujours à saturation maximum.

Pour avoir une idée des rapports de saturation que ces couleurs devraient avoir entre elles, il faut passer par le menu Affichage > Format d'épreuve > RVB Moniteur. On obtient alors l'affichage suivant

qui suggère bien que les couleurs en WideGamut (en haut) sont beaucoup plus saturées que les couleurs en Adobe 98 (au milieu), elles-même très voisines des couleurs ColorMatch (en bas), mais un peu plus saturées.

Il est intéressant de préciser ce qui arrive aux «couleurs vraies» à l'écran sous l'effet de ce menu. La figure de gauche montre les gamuts en LUV des trois espaces colorimétriques (WideGamut à l'extérieur, puis Adobe 98, puis ColorMatch, par dessus le pavé des couleurs visibles. La zone foncée de ce pavé est le gamut de notre écran (légèrement plus grand que ColorMatch) et la croix correspond au blanc à 5000 K. Ces trois tracés triangulaires représentent les «couleurs vraies» de notre image.

Passez maintenant la souris par dessus l'image ci-contre. Les points sombres montrent l'effet du menu Affichage > Epreuve > Moniteur RVB, en donnant la répartition des nouvelles couleurs à l'écran dans l'espace LUV. On voit que toutes les couleurs sont «rabattues» dans l'espace des couleurs du moniteur, très proche de ColorMatch. Les points correspondant aux «petits» profils Adobe 98 et ColorMatch viennent sur deux triangles très voisins de couleurs peu saturées, sauf sur des teintes intermédiaires entre le bleu et le cyan.

Perception de couleurs moins saturées

Nous allons maintenant travailler avec la figure suivante :

On attribue ensuite divers espaces colorimétriques à cette image (c.à.d. sans modifier les composantes RVB). Les figures ci-dessous montrent ce qui se passe quand on choisit l'espace WideGamut. Nous montrons d'abord l'aspect à l'écran, puis la position des couleurs dans l'espace LUV.

En affichage normal, seule une partie de la bande désaturée à 50% pénètre à l'intérieur du gamut de notre moniteur, autour des bleus et du jaune (cf le diagramme LUV). Effectivement, les couleurs correspondantes se détachent de celles de la bande saturée à 100%. Par contre, toute la bande saturée à 25% est dans le gamut du moniteur et on la distingue bien des deux autres.

Le diagramme UV montre que les couleurs théoriques de l'image sortent largement du gamut du moniteur. Pour voir ce qui en reste sur l'écran, passez la souris ici même : en gros, tout ce qui dépasse du gamut du moniteur est coupé (mais il semble qu'il y ait quelques petits déplacements en plus)

En affichage «Format d'épreuve moniteur», Photoshop déplace toutes les couleurs vers l'intérieur du gamut du moniteur, de manière à visualiser clairement les rapports de saturation. Passez la souris ici-même pour voir ce qui se passe dans l'espace LUV.
 

En bonne logique, nous devrions maintenant présenter ce qui se passe avec Adobe RGB-98 — tout de même un espace d'une plus grande portée pratique —, mais il apparaît une difficulté inattendue que nous allons maintenant expliquer.

Conversion implicite des températures de couleurs

Fabriquons une charte de gris, par exemple :

Cette image est tout simplement une suite de rectangles remplis de gris de plus en plus clairs, obtenus en imposant R=V=B=0, 16, 32, 48...224, 240, 255. On peut lui attribuer ensuite n'importe quel espace colorimétrique.

Le point remarquable est que cette gamme est toujours composée des mêmes gris neutres sur l'écran, quelle que soit la température de couleur de l'espace colorimétrique qu'on va lui attribuer. Si on ouvre cette charte dans plusieurs fenêtres à la fois et qu'on lui attribue des profils différents, on obtient parfois des images plus ou moins claires (selon la valeur du gamma), mais sans jamais de coloration chaude ou froide.

Plus précisément, si on ouvre cette gamme dans deux fenêtres et qu'on lui attribue les profils WideGamut (T=5000 K) dans l'une et Adobe RGB98 dans l'autre (T=6600 K), on s'attendrait à ce que la deuxième prenne une coloration bleutée par rapport à la première, comme indiqué ci-dessous :
(cette figure donne précisément les rapports de couleur entre les blancs à 5000 et à 6600 K). Mais il n'en est rien, les deux chartes ont l'air strictement identiques, et il en est de même si on importe la 2ème dans la première avec conservation des vraies couleurs — ou encore si on les imprime.

Il semble donc que Photoshop fasse une conversion systématique de température de couleur avant d'afficher les images ou de les envoyer à l'impression. Nous allons maintenant voir que cette conversion se fait vers 5000 K.

Nous sommes parvenus à cette conclusion en essayant de répéter l'expérience des cercles chromatiques désaturés avec Adobe RGB-98 au lieu de WideGamut.

Tout d'abord,voici les couleurs théoriques en LUV si on attribue l'espace Adobe RGB-98 à nos cercles désaturés. On remarque tout d'abord que le diagramme n'est plus centré sur notre croix (qui indique toujours le blanc à 5000 K). Comme cet espace RGB-98 a une température de couleur de 6500 K, on peut estimer que ce décentrage vers le bleu-cyan est normal.

Cependant, passez la souris ici-même pour voir ce qu'en fait le moniteur. Tout est évidemment tronqué sur le gamut du moniteur, mais on voit surtout que les courbes non écrêtées sont recentrées autour du blanc 5000 K.

Il y a donc bien une conversion vers 5000 K avant l'affichage. Photoshop permet de suivre l'opération. En effet, on peut personnaliser l'espace Adobe RGB-98 en changeant sa température de couleur (cela se passe dans la grande boîte de dialogue des préférences de couleur). La figure ci-contre montre les nouvelles courbes par dessus les anciennes quand on passe de 6500 à 5000 K et qu'on attribue le nouveau profil à l'image.

Maintenant, passez la souris ici-même pour comparer les couleurs à l'écran de l'image originale (avec le profil Adobe RGB-98 non converti) à ces courbes théoriques converties à 5000 K. On retrouve un accord très satisfaisant ; tout au plus note-t-on le même type d'écart que ce que nous avions constaté avec WideGamut.

Pour faire bon poids, vous pouvez aussi voir l'effet du menu Affichage > Format d'épreuves > RVB Moniteur en passez la souris ici.

La conversion se fait bien vers 5000 K et non vers la température de couleur du moniteur. Si on calibre celui-ci à une autre température, notre procédure de capture des couleurs écran (expliquée dans notre introduction) ne fonctionne plus si nous attribuons le profil du moniteur à nos copies d'écran ; il faut remplacer celui-ci par un profil de moniteur standard à 5000 K, ou par ColorMatch.

Investigation des modes de rendu perceptif, relatif & cie à l'impression

Nous avons imprimé nos trois cercles chromatiques saturés à 100%, 50% et 25% sur du papier Ilford Galerie «Smooth Gloss» avec une imprimante Epson 2100 et nous avons ensuite évalué les «vraies couleurs» ainsi produites sur le papier en suivant la procédure décrite en introduction.

La figure ci-contre correspond à une image en Adobe RGB-98, en mode perceptif, avec un profil d'imprimante obtenu avec le kit Monaco EZ-Color. Le gamut correspondant se détache au milieu de l'ensemble des couleurs visibles. Les lignes polygonales sont les couleurs théoriques de notre image (après conversion du profil d'image à 5000 K, comme nous venons de l'expliquer).

On voit par dessus la distribution des couleurs de l'image imprimée. Leur aspect bruité est surprenant, mais il est très probablement dû au scanner lui-même.

A l'appui de cette hypothèse, passez la souris ici pour voir l'analyse d'échantillons de couleur homogène (plastique teinté dans la masse), qui conduit à des pâtés assez larges au lieu des points bien définis attendus.

Pour voir l'effet de l'impression dans les modes colorimétrie relative ou absolue, ou encore saturation, passez la souris sur les boutons dans la figure. Glissez d'un bouton au voisin pour comparer deux de ces modes.

Il est difficile d'interpréter les résultats, sinon qu'on constate que les couleurs sont de plus en plus saturées quand on passe du perceptif au relatif, puis à saturation. Dans ce dernier mode, il semble que les couleurs à 25% et 50% sont pile sur leur position théorique, et que les couleurs à 100% sont sur les bords du gamut de l'imprimante, faute de pouvoir aller plus loin. Par contre, je ne comprends pas les résultats en absolu.

Nous avons aussi fait l'expérience en mode perceptif avec un profil GretagMacbeth ; promenez la souris du côté de l'origine (u=v=0) dans la figure pour voir les différences par rapport au profil Monaco. Les couleurs saturées à 25% recollent nettement à leur position théorique (si tant est qu'elles doivent le faire!), mais pas les couleurs à 50%, qui avancent du côté bleu-rouge, mais reculent du côté des verts. De même, le pincement entre le points à 50 et à 100% du côté des magentas est curieux... Mais que conclure quand on ne sait pas exactement ce qu'on devrait obtenir ?

Investigation des modes d'épreuvage à l'écran

Nous nous sommes enfin intéressés au menu Affichage > Format d'épreuve, qui est censé prévisualiser à l'écran ce que l'imprimante va sortir.

La figure ci-contre correspond toujours à nos trois cercles chromatiques à 100%, 50% et 25% de saturation dans l'espace Adobe RGB-98. On a rappelé dans la figure
— les couleurs théoriques,hors de toute conversion (les traits pâles)
— les couleurs obtenues à l'impression en mode perceptif (les nuages de points)
En trait foncé, on voit les couleurs d'une copie d'écran pour une simulation en mode perceptif : on constate que ces points se placent effectivement bien par-dessus les couleurs imprimées.

Passez la souris sur les boutons pour passer aux modes relatif ou saturation, ou pour revenir en perceptif. On voit que le bon accord entre les couleurs simulées à l'écran et les couleurs imprimées se maintient, sauf, partiellement, pour le mode saturation, où les limitations du gamut de l'écran ne permettent pas de suivre l'impression dans les rouges.

Il faut 3 dimensions pour discuter sainement des couleurs

S'il vous est arrivé d'imprimer des images de test en compagnie de notre cercle chromatique, vous avez pu noter ça et là des couleurs encore plus saturées dans ces images que dans le cercle. Comment est-ce possible, puisque celui-ci correspond aux couleurs les plus saturées de l'espace colorimétrique de l'image ?

En fait, ce résultat inattendu est en germe dans notre étude de l'impression de ce cercle en mode perceptif ou en colorimétrie relative : puisque les couleurs imprimées d'inscrivent nettement à l'intérieur du gamut de l'imprimante, celle-ci doit pouvoir délivrer des couleurs plus vives. Mais aussi, pourquoi les couleurs du cercle chromatique (définitivement hors gamut) ne sont-elles pas systématiquement rabattues sur les bords du gamut, c.à.d. sur ce que l'imprimante sait faire de plus saturé ?

On y voit un peu plus clair en se rappelant que les espaces colorimétriques ont trois dimensions et que les gamuts sont en fait des volumes dans ces espaces. Toutes les figures précédentes ne sont que des projections sur le plan uv ; il faut aussi s'intéresser à la troisième dimension L. Malheureusement, ces aspects 3D sont très difficiles à expliquer quand on n'a pas sous la main un logiciel de simulation qui permet de simuler ces volumes et de les faire tourner à volonté. Je ne pourrais donc donner ici qu'une petite idée de ce qui se passe.

La figure ci-contre montre deux vues dans l'espace Luv du gamut de l'imprimante et de nos trois cercles chromatiques à 100%, 50% et 25%, avec un axe L vaguement dirigé vers le haut (l'ombrage a été rajouté pour rendre la figure plus lisible). Surprise ! Les trois cercles sont tous trois en dehors du gamut de l'imprimante ! Maintenant, passez la souris ou cliquez sur les trois liens suivants pour voir où vont se placer les couleurs en mode perceptif, colorimétrie relative, saturation (cliquez dans la figure pour réinitialiser). Les couleurs imprimées ne se situent pas à l'intérieur du gamut, mais toujours sur le bord de celui-ci, comme si on faisait une projection des couleurs hors-gamut sur les bords de celui-ci. Et comme il y a des tas de façons de faire une projection sur une surface (surtout sur une surface aussi biscornue), il n'est pas trop surprenant de se voir proposer plusieurs façons d'opérer.

Où sont les couleurs les plus saturées à l'impression ?

ColorThink permet de déterminer les couleurs les plus saturées offertes par l'imprimante. On passe ensuite par Photoshop pour réaliser un pseudo-cercle chromatique à partir de ces couleurs et enfin pour les imprimer effectivement.

On aboutit ainsi à un pseudo-cercle chromatique qui suit la «ceinture» du gamut 3D, comme indiqué dans la figure ci-dessous, à gauche :

Maintenant, vous pouvez voir où se placent les couleurs dans les trois modes
perceptif, colorimétrie relative, saturation en passant la souris ou en cliquant sur les trois liens (cliquez dans la figure pour réinitialiser). Le résultat est quelque peu inattendu : Ces couleurs se placent sur les courbes théoriques, quel que soit le mode de rendu, — du moins dans la précision limitée à laquelle notre approche peut prétendre. On n'observe rien de comparable au rétrécissement des couleurs que nous observions avec les vrais cercles chromatiques.

Sur la compression du gamut en rendu perceptif

Les expériences précédentes conduiraient donc aux conclusions suivantes :

Cette conclusion est en contradiction avec ce qu'on lit un peu partout que le mode perceptif s'accompagnerait d'une réduction générale du gamut, afin qu'il n'y ait jamais deux couleurs Lab qui s'impriment de la même façon, de manière à (essayer de) conserver les «rapports entre couleurs».

Pour en avoir le cœur net — et conforter notre conclusion —, nous allons construire deux ensembles de couleurs très nettement différents dans l'espace Adobe RGB-98 et qui vont s'imprimer de la même façon.

1. Nous aurons besoin de compenser l'éclaircissement inhérent au rendu perceptif. Pour cela, nous partons de deux copies de notre charte de gris en Adobe RGB-98. Nous convertissons les deux dans notre profil d'imprimante, mais l'une en colorimétrie relative, et l'autre en rendu perceptif, et nous les importons toutes deux dans la même image Nous appliquons ensuite un calque de réglage par courbes n'agissant que sur la moitié inférieure et nous ajustons le réglage de manière à égaliser les deux bandes (passer la souris sur l'image pour voir l'effet de ce calque)
2. Nous ouvrons ensuite deux copies de notre cercle chromatique en Adobe RGB-98.
   (i) Nous convertissons la deuxième dans le profil de l'imprimante, en rendu perceptif (l'effet est de remplacer les couleurs d'origine par les couleurs qu'on enverrait à l'imprimante dans ce mode) ;
   (ii) nous réimportons le résultat dans la première image, en plaçant les deux bandes l'une en dessous de l'autre, et, comme nous allons imprimer le tout en rendu perceptif, nous ajoutons le calque de réglage par courbes défini dans l'étape (1). (à nouveau, passez la souris sur l'image pour voir l'effet de ce calque). C'est cette image que nous allons imprimer.
3. On prévisualise l'effet de l'impression avec le menu Affichage>Format d'épreuve. Avec le profil d'imprimante, selon que l'on applique le calque de compensation ou non (passez la souris sur l'image), on obtient les résultats suivants :
   On voit que l'application du calque de compensation permet de rendre l'accord entre les deux bandes de couleurs quasi parfait.
4. Ne reste plus qu'à imprimer. On obtient bien la quasi-identité des couleurs annoncée par l'affichage d'épreuve, en dépit de la différence très nette des couleurs envoyées à l'impression :

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