1 - Modèle CIE 1931 :
une histoire passionnante

Vers le nouveau modèle CIE-1931

Cette première page est un résumé sans entrer dans les détails techniques, de la construction du modèle CIE-XYZ 1931.


Bref résumé historique

Au début du XXe siècle, la demande d'un système de couleur performant se fait de plus en plus pressante. La réponse sera apportée par la Commission Internationale de l'Eclairage ( CIE ) [1] et son modèle CIE-XYZ approuvé en 1931. C'est un modèle colorimétrique dont l'ambition est de décrire l'ensemble des couleurs visible par l'œil humain.  

1 - Un modèle qui reflète la vision humaine


La recherche pour trouver un modèle colorimétrique idéal a été marquée par une succession de découvertes. Après les avancées d'Isaac Newton, de Thomas Young, de James Clerk Maxwell et Hermann von Helmholtz, on sait décrire la couleur de façon précise sur certains aspects, mais on ne sait pas encore la décrire dans sa globalité.

Dès la fin du XIXe siècle, la plupart des éléments nécessaires à la construite d'un modèle moderne sont en place, notamment avec le fameux triangle de Maxwell qui relativise la luminosité et la forme mathématique de la couleur apportée par Grassmann.

Fig. 1 - Les proportions sont relevées et on les place dans le tableau des fonctions colorimétriques.

Les scientifiques Wright et Guild vont mener chacun de leur côté des expériences basées sur la comparaison de deux couleurs, l’une étant une couleur spectrale pure que l'on cherche à décrire et l’autre est une couleur produite par un système RVB qui doit essayer d'imiter la première. Les résultats sont collectés sur un tableau en fonction des longueurs d'onde.


Fig. 2 - La courbe des spectrales dans le cube transmet peu clairement les informations. Les couleurs spectrales semblent à l'intérieur du cube alors qu'elles sont toutes à l'extérieur, sauf les trois primaires. Le graphique des fonctions colorimétriques correspondant est aussi difficile à lire pour un non-spécialiste. 


Fig. 3 - Une fois les couleurs spectrales projetées dans le plan du triangle de Maxwell, les choses deviennent plus claires. On voit bien que les couleurs vertes s'éloignent du triangle. La couleur jaune 570 de la figure 1 s'exprime plus clairement dans le tableau des coordonnées.


2 - Une intuition géniale


Quelques années avant la construction du modèle CIE-RGB, Erwin Schrödinger dévoile une intuition remarquable sur sa vision du système colorimétrique idéal : les ondes électromagnétiques invisibles décrites dans la photométrie et l'absence de luminosité correspondant au noir en colorimétrie doivent être unifiées dans un concept unique. Il propose que la, lumière visible apparaisse depuis un plan de luminance nulle à la manière  d'une fonction V(λ) appelée à cette époque facteur de visibilité.
Il donne également le mode d'emploi pour intégrer ce concept.

Fig. 4 - Pour simuler la luminance de la fonction d'efficacité lumineuse, il faudra introduite des correctifs sur la luminosité RGB sous forme de coefficients de luminance, ce qui correspond à introduire un plan de luminance nulle.


Ce nouveau concept va bouleverser les travaux en cours. Il se traduit par la présence d'un plan de luminance nulle qui va d'abord susciter incompréhension et réticences dans la communauté scientifique, pour ensuite finir par s'imposer. [1]

3 - De nouvelles notions décisives

Les espaces de couleurs spectrales définis par Wright et Guild avec des primaires réelles seront ensuite convertis vers d'autres primaires afin d'accueillir plus facilement de nouveaux concepts à venir. Ce nouvel espace conçu par Judd est connu aujourd'hui sous le nom de CIE-RGB. C'est un modèle RGB où volontairement les primaires rouge et bleue sont placées proches de la zone limite de visibilité afin d'élargir au maximum le gamut  de cet espace colorimétrique composé de couleurs spectrales les plus saturées.

La CIE fait le choix de ne pas définir l'espace colorimétrique des couleurs spectrales en tenant compte de la puissance des primaires RGB comme on le faisait toujours jusqu'alors. La CIE va définir cet espace uniquement par des composantes relatives qui prennent ici le nom de fonctions colorimétriques.

Enfin, pour remplacer la luminosité du système RGB par celui de la fonction d'efficacité lumineuse spectrale relative, on attribue à toutes les couleurs spectrales une source énergétique unique.

4 - Eviter les données négatives


Mais le modèle CIE-RGB n'est qu'une étape dans le projet CIE 1931, car celui-ci n'est pas construit pour une utilisation concrète, mais il est pensé comme un tremplin vers CIE-XYZ. Il a le défaut de contenir des couleurs aux valeurs négatives c'est-à-dire des couleurs en dehors du triangle de Maxwell, (voir Fig. 3). La dernière étape sera donc de définir un triangle de Maxwell suffisamment grand pour contenir toutes les couleurs, c'est-à-dire donner à toutes les couleurs des valeurs positives. Les sommets de ce triangle sont nommés X,Y et Z.

Fig. 5 - Le cube est assis sur le plan de luminance nulle. Le gamut des couleurs spectrales est entièrement à l'intérieur du cube.


On obtient un bien étrange modèle colorimétrique avec des primaires X,Y et Z virtuelles car en dehors du champ des couleurs visibles, et dont deux d'entre elles, X et Z, sont "éteintes", car sans luminance pour laisser la troisième primaire Y porter à elle seule toute la luminance. Pourtant c'est un modèle qui fonctionne très bien, car 90 ans plus tard, il est toujours à la base de la colorimétrie moderne.

Les pages suivantes décrivent en détail chaque aspect de la construction de ce modèle CIE 1931, sans simplifications ou lacunes. Toutefois la présentation est rendue plus accessible en compartimentant chaque problématique dans une étape distincte pour plus de clarté.

Notes :

[1] A cette époque la langue française était la langue officielle dans les milieux scientifiques. Aujourd'hui c'est le terme anglais " International Commission on Illumination" qui est devenu générique. Toutefois le sigle CIE est conservé.

[2] En 1929, Deane Judd lui-même doute encore de la pertinence des propositions de Schrödinger. Reduction of data on mixture of color stimuli - p. 545 - note 80.

4 commentaires :

  1. J'ai l'impression que le modèle CIE 1931 chercher à faire correspondre un couleur monochromatique à un triplet RBG. Mais est-ce qu'une expérience prouve que le RBG + les couleurs monochromatique couvre l'ensemble des couleurs visible.
    Le violet par exemple n'existe pas en monochromatique, mais on peut le reproduire grâce au RGB. Mais peut-être qu'un espace complètement différent ferait apparaître d'autres couleurs qui comme le violet n'existe pas en monochromatique mais sont visible par l'œil.

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    1. Très intéressante question,en forme de doûte,et qui nous encourage à la réforme continue de nos connaissances.
      Merci à vous Mr. Delorme & salutations.

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  2. Bonjour et merci pour votre blog !
    Savez vous s'il existe des sources sures pour télécharger les diagrammes de chromacité officiels (en haute définition ce serai parfait pour voir les deltas des espaces colorimétriques) ?

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  3. Bonjour, les diagrammes présentés ici sont fiables car décrit selon les tables correspondantes avec 4 chiffres après la virgule.

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