Les espaces couleurs et gamuts en photo et vidéo
Publié le 15 avril 2015   |  Mis à jour le 28 novembre 2024

Voici deux façons différentes de représenter "presque" la même chose : les couleurs qu'est capable de voir un être humain. Remarque : sur le diagramme de chromaticité également appelé espace CIE XYZ 1931 (à 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 humain, 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 dans mon film ! Or tout va se compliquer car ces trois appareils ne "voient" pas ou ne "montrent" pas toutes les couleurs de la même façon. Ils ont deux défauts principaux :

• Certaines couleurs - les plus saturées - leurs sont tout simplement inaccessibles techniquement,
• Leurs propres petits défauts colorimétriques,

Prenons un exemple : j'ai photographié un orange très saturé dans la vraie vie et mon appareil a pu le capter car il appartient à son gamut mais je ne peux pas l'afficher car il est hors gamut de mon écran. Ainsi, d'un appareil à un autre on peut "perdre" des couleurs mais comme on ne perd jamais une couleur, en fait, cet orange sera juste affiché un peu moins saturé sur l'écran qu'il n'a été photographié. Le plus drôle c'est qu'il pourrait être imprimable avec votre imprimante photo car appartenir à son gamut et, alors, vous le retrouverez sur votre tirage... Si vous n'avez pas commis une erreur de manipulation.

Pour communiquer la même "vraie" couleur d'un appareil à un autre, on a inventé un outil qui s'appelle la conversion. Celle-ci va être chargée de "corriger" légèrement ses valeurs RVB de l'image pour tenir compte des caractéristiques des uns et des autres et éventuellement savoir par quelle couleur un peu moins saturée on remplace telle ou telle couleur saturée d'origine quand le support de destination ne peut la reproduire à l'identique. Or derrière cette conversion se cache une formule mathématique complexe, beaucoup plus complexe qu'une simple conversion monétaire (euros vers dollars par exemple). 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).

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 chromaticité, ci-dessus à gauche, le vert est sur-représenté par rapport au rouge et au bleu (sa surface est deux fois plus importante) car dans la réalité, l'œil est deux fois plus sensible aux couleurs vertes. C'est un modèle plus fidèle à l'œil humain car on dit que la vision humaine n'est pas perceptuellement uniforme. Dans l'espace L*a*b* (celui de droite), une couleur est égale à un point mais dans ce modèle, la différence de distance pour donner une image qu'il faudrait entre deux couleurs pour que l'on ressente que ce sont deux couleurs différentes n'est pas bien représentée contrairement à la figure ci-contre. Regardez la longueur des traits noirs : selon l'endroit du spectre où ils se trouvent, ils sont plus ou moins longs et cela représente la différence réelle qu'il faut entre deux couleurs pour qu'elles soient perçues comme différentes. Ainsi, entre deux bleus, il faut peu de différence pour que l'on voit une différence contrairement aux verts. C'est particularité de l’œil humain est, par exemple, bien représenté sur le premier diagramme mais pas sur le CIE LAB.

Donc selon le "travail" mathématique à effectuer (pendant la conversion), les mathématiciens préfèrent donc utiliser un modèle couleur ou bien un autre. 

Les espaces couleurs 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 clarté de chaque couleur (la luminosité pour faire court)) comme le montre la figure ci-dessus. Ces valeurs, vous en conviendrez, ne sont pas très parlantes mais sont 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 conversions différentes comme nous venons de le voir. C'est cet espace couleur absolu qui est d'ailleurs utilisé par Photoshop ou Lightroom comme plaque tournante de toute leur gestion des couleurs. 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.

Au lieu de décrire une couleur avec des valeurs XYZ, l'espace L*a*b* les décrit avec des valeurs L, a et b. L pour le niveau de Clarté (qui dérive de la luminance d’où le L) de 0 à 100, a pour la couleur du rouge au vert et b pour la couleur du bleu au jaune (-128 à +127).

Note pratique - Derniers points, ces espaces sont neutres car ils ont été calculés par l’homme. Ils ne résultent pas d'une mesure sur un appareil.

Enfin, comme il n'est pas tout le temps pratique de travailler en L*a*b*, par exemple quand on retouche des photos, les chercheurs ont inventé des espaces couleurs basés sur des valeurs RVB, bien plus intuitives à utiliser ! Mais alors pourquoi ne pas utiliser un seul espace couleur RVB ? 

Puis d'autres espaces couleurs : les espaces RVB ou 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, sRVB, Don RGB, ECI RGB, ProPhoto  sont des espaces couleurs RVB pour les photographes. Leurs "équivalents" pour les vidéastes sont DCI-P3, Rec. 709 (très proche du sRVB) ou le Rec. 2020. 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 les PC dans les années 90, leurs puissances et notamment celles de leurs cartes graphiques, n'étaient absolument pas celles 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 ? Eh bien aucun appareil photo, écran ou imprimante n'est encore aujourd'hui (2024) 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. 

Note très importante ! Si les espaces couleurs sont plus ou moins grands, ils n'en possèdent pas moins un espace commun, le fameux sRVB en photo et 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 couleur pour un plus grand - de sRVB vers Adobe RVB par exemple pour les photographes ou 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 de notre photo ou notre vidéo (Elles seront remplacées par des couleurs légèrement moins saturées). En effet, quand on passe du sRVB au P3 on passe de 35% environ de l'espace L*a*b* à 45%. Quand on passe du sRVB à l'Adobe RVB, on passe de 35% à 52%. Mais cela veut également dire que toutes les autres sont évidemment les mêmes contrairement à une croyance tenace et contrairement à une autre croyance, le sRVB en photo ou son équivalent Rec. 709 pour la vidéo contiennent déjà de très nombreuses couleurs saturées. Voilà pourquoi nous sommes nombreux à nous en "contenter". Le gain en couleur ne se fait que sur les couleurs les plus saturées et une teinte chaire par exemple n'est pas saturée.

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 des caractéristiques de l'imprimante (ou dit plus prosaïquement de ses défauts !). Cette modification s'appelle une conversion. Or lorsque la conversion s'effectue d'un très grand espace couleur (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.