Charge de cours en Image Calculee a IPT Universite Paris 8 [ Proprietaire du cours ].
( Pour etudiants de deug en Arts Plastiques, etc ... )
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COLORIMETRIE

( Notion de colorimétrie pour Image Calculée )




  1. LUMIERE ET COULEUR .

    Newton a émis la théorie corpusculaire de la lumière, Huygens a créé une théorie ondulatoire de la lumière, Maxwell a lui construit une théorie électromagnetique. Enfin, Louis de Broglie a proposé la mécanique ondulatoire en réussissant à concilier la dualité onde-corpuscule.

    La lumière resulte de la sensation produite par les ondes électromagnetiques dans un domaine spectral allant de 380 nanometres à 780 nanometres. Cette bande est appelée "spectre visible".


    Chaque longueur d'onde correspond à une sensation perceptive appelée "couleur". Dans l'ordre des longueurs d'ondes décroissantes, les dénominations sont :
    rouge, jaune, vert, cyan, bleu, violet




    La couleur est provoquée par la lumière que captent nos yeux, mais elle nait -et ne nait que- dans notre cerveau .

    La couleur blanche est composée des couleurs du spectre. La couleur d'un objet correspond a la longueur d'onde que cet objet réfléchie ou transmise; car les autres rayons de la lumière blanche sont absorbés.





    Comment fait-on une couleur en image calculée ( image informatique ) ?


  2. PRINCIPE DE DEFINITION .

    Pour faire de la couleur en image calculée, il faut 2 facteurs :
    - Il faut avoir une base.
    - Il faut faire une quantification.

    1. Premier facteur : UNE BASE .

      Définition :
      Une base est un ensemble fini d'élements qui ont les propriétés suivantes :
      1. Toutes les couleurs sont une combinaison des éléments de la base.
      2. Aucun éleément de la base ne puisse être une combinaison des autres éléments de la base (independance).


      Il existe 2 sortes de base :
      - une base composée de couleurs.
      - une base composée de attributs psychovisuels.

      a°)_ une base de 3 couleurs (trichromie) :

      1. base additive (synthèse additive) :
        < Rouge, Vert, Bleu > ou ( R V B )
      2. base soustractive (syntheses soustractive) :
        < Cyan, Magenta, Jaune > ou ( C M J )


      - Quadrichromie : base soustractive particulière (deuxieme propriété de la base non vérifiée) :
      < cyan, magenta, jaune, noir > ou ( C M J K ) .
      Quant on melange 3 produits chimiques, en proportion égale, de couleurs : cyan, magenta et jaune. On obtient une couleur grise au lieu de noire; ceci est du aux propriétés physico-chimiques des produits. C'est pourquoi on ajoute le noir.

      Remarque :
      Mélange soustractive : on soustrait de la lumiere blanche (RVB) la couleur complémentaire de la couleur du filtre.

      Application :
      • R V B----------------> moniteur, scanner, shooting, video-projecteur.
      • C M J ---------------> imprimante, tireuse.
      • Quadrichromie ---> imprimante, flasheuse.


      b°)_ une base de 3 attributs psychovisuels :

      < Teinte, Saturation, Luminosite > ou ( T S L )

      1. La teinte est un attribut qui décrit immediatement une couleur pure, comme le rouge pure, le bleu pure, etc. La teinte définit la couleur elle-meme.
      2. La saturation est un attribut qui décrit l'alteration d'une couleur pure avec le blanc ou un niveau de gris. Elle mesure la proportion de couleur pure par rapport au blanc. Elle représente le facteur de pureté de la couleur. Cette notion permet de distinguer le rose du rouge.
      3. La luminosité (intensité, nuance) est un attribut qui qualifie la luminosité d'une couleur. La luminosité détermine l'intensité lumineuse émise par la couleur (couleur claire ou foncee).



    2. Deuxieme facteur : LA QUANTIFICATION :

      Système de mesure des éléments de la base. Cette mesure dépend de la représentation des éléments.
      En générale, on utilise un octet pour coder cette mesure, ainsi elle varis de 0 a 255 .
      On utilise donc un mot de 24 bits pour coder une couleur. Dans ce cas, le nombre de couleurs possibles est :
      255*255*255 = 16 777 216 . (ou bien : 224 = 16 777 216 )


      Proposition :
      Une couleur peut être exprimée par 3 valeurs numeriques.

      Soit la base additive : { Rouge Vert Bleu }
      vecteur couleur = r * Rouge + v * Vert + b * Bleu = ( r v b )
      r, v, b sont 3 nombres (scalaires).

      Exemples en trichromie :
      Rouge Vert Bleu ---- Couleur obtenue .

      000 000 000 ----------- noir
      255 255 255 ----------- blanc
      255 000 000 ----------- rouge claire
      128 000 000 ----------- rouge fonce
      255 255 000 ----------- jaune claire
      128 128 000 ----------- jaune fonce
      etc

      Proposition :
      Soit la base additive : { Rouge Vert Bleu } .
      Une couleur est exprimée par les 3 intensités des 3 couleurs de la base.



      Les couleurs de base additive, on les appelle aussi des primaires, des primitives.

      Definition :
      Deux couleurs sont "complementaires", si leur combinaison linéaire donne la couleur blanche.

      Proposition 1 :
      Le complément d'une couleur est le blanc moins cette couleur.

      Proposition 2 :
      En mélangeant 2 des 3 primitives, on obtient la couleur complémentaire de la troisième primitive.

      Proposition 3 :
      Dans le cercle chromatique.
      Deux couleurs complémentaires, si elles sont diamétralement opposées.

      Corollaire :
      Dans le cercle chromatique. On a :
      - le rouge et le cyan sont complémentaires;
      - le vert et le mangenta sont complémentaires;
      - le bleu et le jaune sont complémentaires.



  3. ESPACE DE COLORATION .

    Représentation graphique des couleurs.

    1. Espace 3D :

      - R V B et C M J (cube des couleurs) :


      - T S L (double cone ou cylindre).


    2. Espace 2D :
      Les représentations graphiques 2D sont utilisables pour choisir les couleurs.

      * R V B et C M J :

      - Cercle chromatique :



      - Le graphe de C.I.E. (Commission Internationnale de l'Eclairage).


      (graphique extrait de l'article : Introduction à la colorimetrie, de Michel HENRI)


      * T S L ( 2 tableaux ) :
      Toutes les couleurs n'y sont pas representées en meme temps sur les tableaux.


    3. LUT (Look Up Table) :
      Une table (palette) des couleurs. Couleurs indéxées.
      En général, on utilise un octet pour coder l'adresse, ainsi on aura 256 cases; comme on met une couleur par case; donc on aura 256 couleurs possibles. Par contre, le contenu, c'est-a-dire la couleur, on peut la coder avec un mot de 24 bits. On dira qu'on a 256 couleurs affichables sumultanement parmis plus de 16 millions.

    4. Nuanciers (Pantone).
      Une catalogue d'échantillon des couleurs prédéfinies. Echantillonnages des couleurs imprimées, identifiees par une référence chiffrée.




  4. FICHIERS IMAGES ET CODES COULEURS .

    La définition d'une image, c'est le nombre de lignes par nombre de colonnes. La définition se mesure en nombre de points sur la surface totale de l'image.

    La résolution de l'image est le nombre de points (pixels) par unité de longueur (pouce).

    La lineature, mesuree en lignes de points par pouce.

    Pixel (Picture Element), le point élémentaire constituant l'image.

    dpi (dot per inch) = nombre de points pouvant être juxtaposés sur un pouce (2.54 cm).


    La taille (le poid) de l'image est fonction de sa définition (dimension), de sa résolution (le carre), de sa nature (code couleur).

    Plus on veut de couleur et de finesse (trame), et plus la résolution doit être élevée.

    Le contraste exprime la répartition des tons claires, moyens et foncés.



  5. CHANGEMENT DE BASE .

    • R V B et T S L

      - 1e formulation :

      T = arcsin [ ( 3/2 )1/2 * ( V - R ) / S ]
      S = ( R2 + V2 + B2 - R * V - B * R - V * B ) 1/2
      L = ( R + V + B ) / 3

      R = 1 - ( 1 / 3 ) * S * cos( T ) - ( 1 / 31/2) * S * sin( T )
      V = 1 + ( 2 / 3 ) * cos( T )
      B = 1 - 1 / 3 * S * cos( T ) + 1 / 31/2 * S * sin( T )

      - 2e formulation :

      T = ( 1 / 360 ) * { 90 - Arctan [ ( 2 * R - V - B ) / ( 31/2 * ( V - B ) ) ] + x }

      avec : x = 0 si V > B
      avec : x = 180 si V < B

      S = 1 - { ( 1 / I ) * [ min (R , V , B ) ] }

      ou bien

      S = ( R2 + V2 + B2 - R * V - R * B - B * V )1 / 2

      I = ( 1 / 3 ) * ( R + V + B )

      - 3e formulation de Nicolas Holzschuch :

      max = max (R, G, B)
      min = min (R, G, B)
      V = max
      S = ( max - min ) / max
      delta = max - min
      Si max = R Alors H = ( G - B ) / delta
      Sinon Si max = G Alors H = 2 + ( B - R ) / delta
      Sinon Si max = B Alors H = 4 + ( R - G ) / delta
      H = H * 60
      Si H < 0 Alors H = H + 360

      - 4e formulation a "telesun.insa-lyon.fr" :

      Pour passer de la représentation initiale (RVB) à cette représentation, on opère de la manière suivante:
      A = U1*(a log(R) + b log(V) + c log(B))
      C1 = U2 (log(R) - log(V))
      C2 = U3 (log(B) - 0.5 log(R) - 0.5 log(V))
      U1, U2 et U3 sont des facteurs de normalisation.
      (a,b,c) depend des auteurs. Assez courant : (a,b,c) =(0.612,0.369,0.019)
      Puis passage de AC1C2 à HLS par
      L = A
      S = (C12+C22)1/2
      H = arcos(C1/S)


    • R V B et C M J

      R = 1 - C
      V = 1 - M
      B = 1 - J

      - CMYK :
      K = min(C, M, Y)
      C = C - K
      M = M - K
      Y = Y - K

      Proposition :
      Toute image couleur peut etre convertie en une image en niveaux de gris par simple addition des couleurs fondamentales.
      La formule à employer est la suivante :
      grey =( 0.30 * rouge ) + ( 0.59 * vert ) + ( 0.11 * bleu )

      - Remarque : la formule n'est pas unique .

  6. MODELISATION DE LA LUMIERE .

    Lumière = Ambiante + Réflexion + Réfraction

    Réflexion totale = réflexion diffuse + réflexion spéculaire

Bibliographie :

- Le dossier couleur de la revue Pour la Science .
- Le site de Delphine BOURGEOIS sur la Couleur .
- Le site de Nicolas Holzschuch sur la colorimétrie .
- Le site de Jean-Christophe SEKINGER : Contribution au Traité des couleurs de Goethe .
- Le site sur les Couleurs (écho productions) .
- Bases de la colorimetrie sur le site du Ministere de la culture .
- La lumiere sur le site pyrotechnique.net . (site pyrotechnique.net) .
- Comment représenter les couleurs Universite Lyon 1 .
- Le site a ( telesun.insa-lyon.fr ) sur la colorimétrie .
- Le site de la Commission Internationale de l'Eclairage .
- Dictionnaire Chromatique .

CALLET Patrick.
Couleur-lumière, Couleur-matière.
Editions Diderot, 1998.

Les couleurs

Ma vie etait une feuille blanche sans valeur.
Le vert m'a donne la croissance,
Le rouge l'ardeur.
Le jaune m'a appris loyaute et droiture,
Le bleu la purete.
Le rose m'a offert l'espoir,
Le gris leger la tristesse.
Pour terminer cette aquarelle,
Le noir m'imposera la mort.

Depuis,
J'adore ma vie
Parce que j'adore ses couleurs.







Pour voir les autres tableaux de l'image ci-dessous .
Cliquer à gauche (droite) de l'image pour la faire tourner vers la droite (gauche) .
Si on maintient le cliquage, on fait tourner rapidement .



Un petit click sur l'image ci-dessous, puis bouger le curseur pour voir l'image se déplacer.
Maintenir le clickase, c'est un zoom .

Click to zoom in
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Press & hold mouse button to zoom little by little
Shift & hold mouse button to zoom out little by little
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press 'f' to get full size 1 to 1 image
press 'w' to fit to applet width
press 'h' to fit to applet height
press 'c' to center the image 





 Dans cette page, il y a 2 parties :
     -  Traitement Numérique des Images .
     -  Reconnaissances des Formes .

Traitement Numérique des Images .

Le tableau a été numérisé au Laboratoire Image de ENST en 256 niveaux de gris. Mais à l'époque dans notre centre de calcul, nous n'avons que 16 niveaux de gris; on a donc fait une transformation de la dynamique en utilisant l'algorithme du partage de la dynamique en parties équiprobables.

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Sortie d'image sur imprimante alphanumérique.



Sortie d'image sur moniteur couleur. (4096 teintes).

Image gauche: Augmentation de contraste par étalement d'histogramme.
Image droite: image originale. (16 niveaux de gris).


Image gauche: Détection des contours par l'operateur de Sobel.
Image droite : Transformation numérique.
Puis pseudo-couleur.

Transformation numérique.

Montage d'image.
Mapping.
Ombre portée.





Reconnaissances des Formes
des figures géométriques élémentaires.


Les figures géométriques élémentaires sont formées par une suite de points dont on saisie les coordonnées. Après, le programme doit trouver la nature de la figure.

Exemples : soit une suite de points de coordonnées :

X: 01 01 01 01 01 02 03 04 05 06 07 08 07 06 05 04 03 02 01 01 01
Y: 05 04 03 02 01 01 01 01 01 01 01 01 02 03 04 05 06 07 08 07 06


X: 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01
Y: 01 02 03 04 05 06 07 07 07 07 07 06 05 04 03 02 01 01 01 01 01

X: 01 02 03 04 05 06 07 08 09
Y: 01 02 03 04 05 06 07 08 09

II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II
II

X: 01 09 03 05 02 09 06 02 09
Y: 09 07 01 06 02 08 03 06 01


Ce petit programme ne reconnait que : les triangles, les quadrilatères, le cercle, le point et la droite. Les autres figures sont considérées comme "non-élémentaire".


Les programmes je les ai écrit en Fortran 4.





Quelques liens sur des pages spéciales :


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La page couple franco-chinois : Liu-Ye et Anaïs , aussi les autres couples .
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La page philosophique : Tao de Wen-Wu ( 文武之道 ).

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Un peu de culture chinoise .

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Halloween .

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Eclipse soleil .

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