Un modèle de couleur est un modèle mathématique abstrait décrivant la façon dont les couleurs peuvent être représentées sous la forme de tuples de nombres, typiquement trois ou quatre valeurs ou composantes de couleur. Lorsque ce modèle est associé à une description précise de la manière dont les composants doivent être interprétés (conditions de visualisation, etc.), l’ensemble de couleurs qui en résulte est appelé espace colorimétrique. Cette section décrit les façons dont la vision des couleurs humaines peut être modélisée.

Tristimulus espace de couleur
On peut représenter cet espace comme une région dans l’espace euclidien tridimensionnel si l’on identifie les axes x, y et z avec les stimuli de longueur d’onde (L), de longueur d’onde moyenne (M) et de longueur d’onde courte (S ) récepteurs de lumière. L’origine, (S, M, L) = (0,0,0), correspond au noir. Le blanc n’a pas de position définie dans ce diagramme; au contraire, il est défini en fonction de la température de couleur ou de la balance des blancs selon les besoins ou selon les disponibilités de l’éclairage ambiant. L’espace colorimétrique humain est un cône en forme de fer à cheval tel que montré ici (voir aussi le diagramme de chromaticité CIE ci-dessous), s’étendant de l’origine à l’infini en principe. En pratique, les récepteurs de couleur humaine seront saturés ou même endommagés à des intensités lumineuses extrêmement élevées, mais ce comportement ne fait pas partie de l’espace colorimétrique CIE et la perception de la couleur ne change pas non plus aux faibles niveaux de lumière (voir courbe de Kruithof). Les couleurs les plus saturées sont situées sur le pourtour extérieur de la région, avec des couleurs plus lumineuses plus éloignées de l’origine. En ce qui concerne les réponses des récepteurs dans l’œil, il n’y a pas de lumière « brune » ou « grise ». Les noms de ces dernières couleurs se réfèrent à la lumière orange et blanche respectivement, avec une intensité inférieure à la lumière des zones environnantes. On peut observer cela en regardant l’écran d’un rétroprojecteur lors d’une réunion: on voit des lettres noires sur un fond blanc, même si le « noir » n’est en fait pas plus sombre que l’écran blanc sur lequel il est projeté avant que le projecteur allumé. Les zones « noires » ne sont pas devenues plus sombres mais apparaissent « noires » par rapport à l’intensité plus élevée « blanche » projetée sur l’écran qui l’entoure. Voir aussi la constance des couleurs.

L’espace tristimulus humain a la propriété que le mélange additif de couleurs correspond à l’addition de vecteurs dans cet espace. Cela facilite, par exemple, la description des couleurs possibles (gamme de couleurs) pouvant être construites à partir des couleurs primaires rouge, vert et bleu sur un écran d’ordinateur.

CIE XYZ espace de couleur
L’un des premiers espaces colorimétriques définis mathématiquement est l’espace colorimétrique CIE XYZ (également appelé espace colorimétrique CIE 1931), créé par la Commission internationale de l’illumination en 1931. Ces données ont été mesurées pour des observateurs humains et un champ de vision de 2 degrés. En 1964, des données supplémentaires pour un champ de vision de 10 degrés ont été publiées.

Notez que les courbes de sensibilité tabulées ont un certain degré d’arbitraire. Les formes des courbes de sensibilité individuelles X, Y et Z peuvent être mesurées avec une précision raisonnable. Cependant, la fonction de luminosité globale (qui est en fait une somme pondérée de ces trois courbes) est subjective, puisqu’elle implique de demander à une personne testée si deux sources lumineuses ont la même luminosité, même si elles sont dans des couleurs complètement différentes. Dans le même ordre d’idées, les grandeurs relatives des courbes X, Y et Z sont choisies arbitrairement pour produire des aires égales sous les courbes. On pourrait aussi bien définir un espace de couleur valide avec une courbe de sensibilité X qui a deux fois l’amplitude. Ce nouvel espace de couleur aurait une forme différente. Les courbes de sensibilité dans l’espace colorimétrique xyz CIE 1931 et 1964 sont mises à l’échelle pour avoir des aires égales sous les courbes.

Parfois, les couleurs XYZ sont représentées par la luminance, Y et les coordonnées de chromaticité x et y, définies par:

 and  
Mathématiquement, x et y sont des coordonnées projectives et les couleurs du diagramme de chromaticité occupent une région du plan projectif réel. Parce que les courbes de sensibilité CIE ont des aires égales sous les courbes, la lumière avec un spectre d’énergie plat correspond au point (x, y) = (0,333,0,333).

Les valeurs de X, Y et Z sont obtenues en intégrant le produit du spectre d’un faisceau lumineux et les fonctions d’appariement des couleurs publiées.

Modèle de couleur RVB
Les médias qui transmettent la lumière (comme la télévision) utilisent un mélange de couleurs additives avec les couleurs primaires de rouge, vert et bleu, chacun stimulant l’un des trois types de récepteurs de couleur de l’œil avec le moins de stimulation possible des deux autres. C’est ce qu’on appelle l’espace colorimétrique « RVB ». Les mélanges de lumière de ces couleurs primaires couvrent une grande partie de l’espace chromatique humain et produisent ainsi une grande partie des expériences de couleur humaine. C’est pourquoi les téléviseurs couleur ou les moniteurs couleur ne doivent produire que des mélanges de lumière rouge, verte et bleue. Voir la couleur additive.

D’autres couleurs primaires pourraient en principe être utilisées, mais avec le rouge, le vert et le bleu, la plus grande partie de l’espace de couleur humaine peut être capturée. Malheureusement, il n’y a pas de consensus exact quant aux locus dans le diagramme de chromaticité que les couleurs rouge, vert et bleu devraient avoir, de sorte que les mêmes valeurs RVB peuvent donner des couleurs légèrement différentes sur différents écrans.

Représentations HSV et HSV
Reconnaissant que la géométrie du modèle RVB est mal alignée avec les attributs de couleur reconnus par la vision humaine, les chercheurs en infographie ont développé deux représentations alternatives du RGB, du HSV et du HSL (teinte, saturation, valeur et teinte, saturation, légèreté). la fin des années 1970. HSV et HSL améliorent la représentation du cube couleur de RVB en agençant les couleurs de chaque teinte dans une coupe radiale, autour d’un axe central de couleurs neutres allant du noir en bas au blanc en haut. Les couleurs pleinement saturées de chaque teinte se trouvent alors dans un cercle, une roue chromatique.

HSV se modèle sur le mélange de peinture, avec ses dimensions de saturation et de valeur ressemblant à des mélanges d’une peinture aux couleurs vives avec, respectivement, blanc et noir. HSL essaie de ressembler à d’autres modèles de couleurs perceptuels tels que NCS ou Munsell. Il place les couleurs pleinement saturées dans un cercle de légèreté ½, de sorte que la légèreté 1 implique toujours le blanc, et la légèreté 0 implique toujours le noir.

HSV et HSL sont tous deux largement utilisés dans l’infographie, en particulier comme sélecteurs de couleurs dans les logiciels d’édition d’images. La transformation mathématique de RGB en HSV ou HSL a pu être calculée en temps réel, même sur des ordinateurs des années 1970, et il y a une cartographie facile à comprendre entre les couleurs dans ces deux espaces et leur manifestation sur un périphérique physique RVB.

Modèle de couleur CMJN
Il est possible de réaliser une large gamme de couleurs vues par les humains en combinant des colorants / encres transparents cyan, magenta et jaune sur un substrat blanc. Ce sont les couleurs primaires soustractives. Souvent, une quatrième encre, noire, est ajoutée pour améliorer la reproduction de certaines couleurs sombres. C’est ce que l’on appelle l’espace colorimétrique « CMY » ou « CMYK ».

L’encre cyan absorbe la lumière rouge mais transmet le vert et le bleu, l’encre magenta absorbe la lumière verte mais transmet le rouge et le bleu, et l’encre jaune absorbe la lumière bleue mais transmet le rouge et le vert. Le substrat blanc réfléchit la lumière transmise à l’observateur. Parce que dans la pratique les encres CMY appropriées pour l’impression reflètent également un peu de couleur, rendant un noir profond et neutre impossible, le composant K (encre noire), habituellement imprimé en dernier, est nécessaire pour compenser leurs déficiences. L’utilisation d’une encre noire séparée est également économique lorsque l’on s’attend à beaucoup de contenu noir, par ex. dans les médias de texte, pour réduire l’utilisation simultanée des trois encres de couleur. Les colorants utilisés dans les tirages photographiques couleur traditionnels et les diapositives sont beaucoup plus parfaitement transparents, de sorte qu’un composant K n’est normalement pas nécessaire ou utilisé dans ces supports.

Systèmes de couleur
Il existe différents types de systèmes de couleurs qui classifient la couleur et analysent leurs effets. Le système de couleur américain Munsell conçu par Albert H. Munsell est une classification célèbre qui organise différentes couleurs dans une couleur solide basée sur la teinte, la saturation et la valeur. D’autres systèmes de couleurs importants comprennent le système suédois Natural Color (NCS), l’espace colorimétrique uniforme (OSA-UCS) de l’Optical Society of America et le système hongrois de coloroïdes développé par Antal Nemcsics de l’Université de technologie et d’économie de Budapest. Parmi ceux-ci, le NCS est basé sur le modèle de couleur du processus adverse, tandis que le Munsell, l’OSA-UCS et le Coloroïde tentent de modéliser l’uniformité de la couleur. L’American Pantone et les systèmes d’appariement de couleurs commerciaux RAL allemands diffèrent des précédents en ce sens que leurs espaces colorimétriques ne sont pas basés sur un modèle de couleur sous-jacent.

Autres utilisations de « modèle de couleur »

Modèles de mécanisme de vision des couleurs
Nous utilisons également le «modèle de couleur» pour indiquer un modèle ou un mécanisme de vision des couleurs pour expliquer comment les signaux de couleur sont traités à partir des cônes visuels vers les cellules ganglionnaires. Pour simplifier, nous appelons ces modèles des modèles de mécanisme de couleur. Les modèles de mécanismes de couleurs classiques sont le modèle trichromatique de Young-Helmholtz et le modèle de processus d’opposition de Hering. Bien que ces deux théories aient été initialement considérées comme contradictoires, on a compris plus tard que les mécanismes responsables de l’opposition de couleur recevaient des signaux des trois types de cônes et les traitaient à un niveau plus complexe.

Évolution des vertébrés de la vision des couleurs
Les animaux vertébrés étaient primitivement tétrachromatiques. Ils possédaient quatre types de cônes: les cônes longs, moyens et courts, et les cônes sensibles aux ultraviolets. Aujourd’hui, les poissons, les reptiles et les oiseaux sont tous tétrachromatiques. Les mammifères placentaires ont perdu les cônes de longueur d’onde moyenne et courte. Ainsi, la plupart des mammifères n’ont pas une vision des couleurs complexe – ils sont dichromatiques mais ils sont sensibles à la lumière ultraviolette, bien qu’ils ne puissent pas voir ses couleurs. La vision des couleurs trichromatiques humaines est une nouveauté évolutionnaire récente qui a d’abord évolué chez l’ancêtre commun des primates de l’Ancien Monde. Notre vision des couleurs trichromatiques a évolué par duplication de l’opsine sensible aux longues longueurs d’onde, trouvée sur le chromosome X. L’une de ces copies a évolué pour être sensible à la lumière verte et constitue notre opsine de longueur d’onde moyenne. Dans le même temps, notre opsine à courte longueur d’onde a évolué à partir de l’opsine ultraviolette de nos ancêtres vertébrés et mammifères.

Le daltonisme rouge-vert chez l’homme se produit parce que les deux copies des gènes rouge et vert de l’opsine restent à proximité immédiate du chromosome X. En raison de la recombinaison fréquente au cours de la méiose, ces paires de gènes peuvent être facilement réarrangés, créant des versions des gènes qui n’ont pas de sensibilités spectrales distinctes.