Modèle d’apparence de couleur

Un modèle d’apparence de couleur (abréviation CAM ) est un modèle mathématique qui cherche à décrire les aspects perceptuels de la vision des couleurs humaines, c.-à-d. les conditions de vision sous lesquelles l’apparence d’une couleur ne correspond pas à la mesure physique correspondante de la source de stimulus. (En revanche, un modèle de couleur définit un espace de coordonnées pour décrire les couleurs, tels que les modèles de couleurs RVB et CMJN.)

Apparence de la couleur
La couleur provient de l’esprit de l’observateur. “Objectivement”, il n’y a que la distribution du pouvoir spectral de la lumière qui rencontre l’œil. En ce sens, toute perception de couleur est subjective. Cependant, des tentatives réussies ont été faites pour cartographier la distribution de puissance spectrale de la lumière à la réponse sensorielle humaine d’une manière quantifiable. En 1931, en utilisant des mesures psychophysiques, la Commission Internationale sur l’Illumination (CIE) a créé l’espace colorimétrique XYZ qui modélise avec succès la vision des couleurs humaines sur ce niveau sensoriel de base.

Cependant, le modèle chromatique XYZ suppose des conditions d’observation spécifiques (telles que le lieu de stimulation rétinienne, le niveau de luminance de la lumière qui rencontre l’œil, le fond derrière l’objet observé et le niveau de luminance de la lumière environnante). Ce n’est que si toutes ces conditions restent constantes que deux stimuli identiques avec des valeurs tristimulus XYZ identiques créent un aspect de couleur identique pour un observateur humain. Si certaines conditions changent dans un cas, deux stimuli identiques avec des valeurs tristimulus XYZ identiques créeront des apparences de couleur différentes (et vice versa: deux stimuli différents avec des valeurs tristimulus XYZ différentes peuvent créer une apparence de couleur identique).

Par conséquent, si les conditions de visualisation varient, le modèle de couleurs XYZ n’est pas suffisant et un modèle d’apparence de couleur est requis pour modéliser la perception des couleurs humaines.

Paramètres d’apparence de la couleur
Le défi fondamental pour tout modèle d’apparence de couleur est que la perception de la couleur humaine ne fonctionne pas en termes de valeurs tristimulus XYZ, mais en termes de paramètres d’apparence (teinte, luminosité, luminosité, chrominance, coloration et saturation). Ainsi, tout modèle d’apparence de couleur doit fournir des transformations (qui tiennent compte des conditions de visualisation) des valeurs tristimulus XYZ à ces paramètres d’apparence (au moins la teinte, la luminosité et la saturation).

Phénomènes d’apparence de couleur
Cette section décrit certains des phénomènes d’apparence de couleur que les modèles d’apparence de couleur tentent de traiter.

Adaptation chromatique
L’adaptation chromatique décrit la capacité de la perception des couleurs humaines à abstraire du point blanc (ou de la température de couleur) de la source lumineuse éclairante lors de l’observation d’un objet réfléchissant. Pour l’œil humain, un morceau de papier blanc semble blanc, peu importe que l’éclairage soit bleuâtre ou jaunâtre. C’est le plus fondamental et le plus important de tous les phénomènes d’apparence de couleur, et donc une transformation d’adaptation chromatique (CAT) qui tente d’émuler ce comportement est une composante centrale de tout modèle d’apparence de couleur.

Cela permet une distinction facile entre les modèles de couleurs simples basés sur les tristimulus et les modèles d’apparence des couleurs. Un simple modèle de couleur basé sur un tristimulus ignore le point blanc de l’illuminant lorsqu’il décrit la couleur de surface d’un objet illuminé; si le point blanc de l’illuminant change, la couleur de la surface change également selon le modèle de couleur simple basé sur le tristimulus. En revanche, un modèle d’apparence de couleur prend en compte le point blanc de l’illuminant (c’est pourquoi un modèle d’apparence de couleur nécessite cette valeur pour ses calculs); Si le point blanc de l’illuminant change, la couleur de la surface signalée par le modèle d’apparence de couleur reste la même.

L’adaptation chromatique est un excellent exemple dans le cas où deux stimuli différents avec des valeurs tristimulus XYZ différentes créent un aspect de couleur identique. Si la température de couleur de la source lumineuse d’éclairage change, la répartition spectrale de la puissance ainsi que les valeurs tristimulus XYZ de la lumière réfléchie par le papier blanc sont également modifiées; l’aspect de la couleur reste cependant le même (blanc).

Teinte apparence
Plusieurs effets modifient la perception de la teinte par un observateur humain:

Bezold-Brücke hue shift: La teinte de la lumière monochromatique change avec la luminance.
Effet Abney: La teinte de la lumière monochromatique change avec l’ajout de lumière blanche (qui devrait être neutre en termes de couleur).

Apparence de contraste
Plusieurs effets modifient la perception du contraste par un observateur humain:

Effet Stevens: le contraste augmente avec la luminance.
Effet Bartleson-Breneman: Le contraste de l’image (des images émissives telles que les images sur un écran LCD) augmente avec la luminance de l’éclairage ambiophonique.

Apparence de la coloration
Il y a un effet qui change la perception de la couleur par un observateur humain:

Effet de chasse: La luminosité augmente avec la luminance.

Apparence de luminosité
Il y a un effet qui change la perception de la luminosité par un observateur humain:

Effet Helmholtz-Kohlrausch: La luminosité augmente avec la saturation.

Phénomènes spatiaux
Les phénomènes spatiaux affectent uniquement les couleurs à un emplacement spécifique d’une image, car le cerveau humain interprète cet emplacement de manière contextuelle spécifique (par exemple, en tant qu’ombre au lieu de couleur grise). Ces phénomènes sont également connus comme des illusions d’optique. En raison de leur contextualité, ils sont particulièrement difficiles à modéliser; Les modèles d’apparence de couleur qui tentent de le faire sont appelés modèles d’apparence de couleur d’image (iCAM).

Modèles d’apparence de couleur
Puisque les paramètres d’apparence des couleurs et les phénomènes d’apparence des couleurs sont nombreux et que la tâche est complexe, aucun modèle d’apparence de couleur unique n’est universellement appliqué; à la place, divers modèles sont utilisés.

Cette section répertorie certains des modèles d’apparence de couleur utilisés. Les transformations d’adaptation chromatique pour certains de ces modèles sont listées dans l’espace colorimétrique LMS.

CIELAB
En 1976, la CIE a entrepris de remplacer les nombreux modèles de différences de couleurs existants et incompatibles par un nouveau modèle universel de différence de couleur. Ils ont essayé d’atteindre cet objectif en créant un espace de couleur perceptuellement uniforme, c’est-à-dire un espace de couleur où une distance spatiale identique entre deux couleurs équivaut à la même quantité de différence de couleur perçue. Bien qu’ils n’aient réussi que partiellement, ils ont créé l’espace de couleur CIELAB (“L * a * b *”) qui avait toutes les caractéristiques nécessaires pour devenir le premier modèle d’apparence de couleur. Alors que CIELAB est un modèle d’apparence de couleur très rudimentaire, il est l’un des plus utilisés car il est devenu l’un des éléments constitutifs de la gestion des couleurs avec les profils ICC. Par conséquent, il est fondamentalement omniprésent en imagerie numérique.

L’une des limitations de CIELAB est qu’il n’offre pas une adaptation chromatique à part entière dans la mesure où il exécute la méthode de transformation von Kries directement dans l’espace chromatique XYZ (souvent appelé “mauvaise transformation de von Kries”), au lieu de se transformer en l’espace colorimétrique LMS avant pour des résultats plus précis. Les profils ICC permettent de contourner cette lacune en utilisant Bradford matrice de transformation à l’espace colorimétrique LMS (qui était apparu pour la première fois dans le modèle d’apparence de couleur LLAB) en conjonction avec CIELAB.

Nayatani et al. modèle
Le Nayatani et al. modèle d’apparence de couleur se concentre sur l’ingénierie de l’éclairage et les propriétés de rendu des couleurs des sources de lumière.

Modèle de chasse
Le modèle d’apparence des couleurs de Hunt se concentre sur la reproduction d’images en couleur (son créateur a travaillé dans les Laboratoires de recherche Kodak). Le développement a déjà commencé dans les années 1980 et en 1995, le modèle est devenu très complexe (y compris des caractéristiques qu’aucun autre modèle d’apparence de couleur n’offre, comme l’incorporation de réponses de bâtonnets) et a permis de prédire un large éventail de phénomènes visuels. Il a eu un impact très significatif sur CIECAM02, mais en raison de sa complexité, le modèle Hunt lui-même est difficile à utiliser.

RLAB
RLAB essaie d’améliorer les limitations importantes de CIELAB en mettant l’accent sur la reproduction d’image. Il fonctionne bien pour cette tâche et est simple à utiliser, mais pas assez complet pour d’autres applications.

LLAB
LLAB est similaire à RLAB, essaye aussi de rester simple, mais essaye en plus d’être plus complet que RLAB. En fin de compte, il a échangé une certaine simplicité pour l’exhaustivité, mais n’était pas encore complètement complet. Depuis que le CIECAM97 a été publié peu de temps après, le LLAB n’a jamais été largement utilisé.

CIECAM97s
Après avoir commencé l’évolution des modèles d’apparence couleur avec CIELAB, en 1997, le CIE a voulu se donner un modèle complet d’apparence des couleurs. Le résultat a été CIECAM97s, qui était complet, mais aussi complexe et en partie difficile à utiliser. Il a gagné l’acceptation répandue en tant que modèle standard d’apparence de couleur jusqu’à ce que CIECAM02 ait été publié.

IPT
Ebner et Fairchild ont abordé la question des lignes de teinte non constantes dans leur espace colorimétrique appelé IPT. L’espace couleur IPT convertit les données XYZ adaptées à D65 (XD65, YD65, ZD65) en données de réponse cône long-moyen-court (LMS) en utilisant une forme adaptée de la matrice Hunt-Pointer-Estevez (MHPE (D65)).

Le modèle d’apparence couleur IPT excelle à fournir une formulation pour la teinte où une valeur de teinte constante est égale à une teinte perçue constante indépendamment des valeurs de luminosité et de chrominance (idéal général pour tout modèle d’apparence de couleur, mais difficile à réaliser). Il est donc bien adapté aux implémentations de mappage de gamme.

ICtCp
L’UIT-R BT.2100 comprend un espace colorimétrique appelé ICtCp, qui améliore l’IPT original en explorant une plage dynamique plus élevée et des gammes de couleurs plus larges.

CIECAM02
Après le succès des CIECAM97, la CIE a développé CIECAM02 en tant que successeur et l’a publié en 2002. Il fonctionne mieux et est plus simple en même temps. En dehors du modèle rudimentaire CIELAB, CIECAM02 se rapproche le plus d’un «standard» internationalement accepté pour un modèle d’apparence de couleur (complet).

iCAM06
iCAM06 est un modèle d’apparence de couleur d’image. En tant que tel, il ne traite pas chaque pixel d’une image indépendamment, mais dans le contexte de l’image complète. Cela lui permet d’incorporer des paramètres d’apparence de couleur spatiale comme le contraste, ce qui le rend bien adapté aux images HDR. C’est aussi une première étape pour traiter les phénomènes d’apparence spatiale.