Teinte saturation lumière

Au début des années 1970, l'utilisation d'interfaces graphiques pour les programmes informatiques en est à ses balbutiements. Alvy Ray Smith travaille avec Richard Shoup au Xerox PARC sur le logiciel SuperPaint[4], qui permet la création d'images pour la télévision couleur qui commence à se répandre. Il nomme ses paramètres « Hue/Saturation/Value », selon les termes utilisés en psychologie de la couleur. Ils seront largement repris sous les noms « Hue/Saturation/Brightness ». Brightness est le nom du potentiomètre réglant la luminosité sur les télévisions en couleurs, qui augmente toutes les valeurs d'une quantité uniforme. Dans l'univers du logiciel libre, la plupart ont repris l'appellation d'origine traduite en français par « Teinte Saturation Valeur ».

Il rend ce système public lors de l'édition 1978 du SIGGRAPH[5].

Ce modèle est toujours utilisé actuellement pour les outils de sélection de couleur de MacOS et de logiciels comme ceux d'Adobe[6], CorelDRAW, QuarkXPress, OpenOffice/LibreOffice, Gimp et Blender.

Lors de la même édition du SIGGRAPH, George H. Joblove et Donald Greenberg présentent d'autres modèles basés sur un cercle chromatique[7] qu'ils nomment « Hue/Relative chroma/Intensity » qui sera largement diffusé en tant que « Hue/Saturation/Lightness » ou parfois « Hue/Saturation/Luminance ». Il sera, comme HSV, popularisé en français sous les termes de « Teinte/Saturation/Luminosité » avec quelques exceptions (CorelDraw et AutoCAD, par exemple) qui traduisent le paramètre L par « Luminance » bien que les deux termes n'aient pas exactement le même sens.

On le retrouve actuellement dans les outils de sélection de couleur de Microsoft[6], CorelDRAW, AutoCAD, Paint Shop Pro, Inkscape, etc.

Le W3C a normalisé la description textuelle HSL des couleurs, concuramment avec les autres descriptions de couleur pour les Feuilles de style en cascade et les dessins vectoriels[8].

Teintes du disque chromatique TSL ou TSV

La teinte est la forme pure d'une couleur en ce qu'elle s'oppose au blanc, au noir et au gris.

Un disque chromatique permet d'ajouter une quantité à n'importe quelle valeur de teinte, puis, en la soustrayant, de retrouver la valeur d'origine, ce qui serait impossible avec une échelle du minimum au maximum[n 2]. La valeur de la teinte se calcule donc modulo celle du tour (360 degrés d'angle).

Les deux systèmes, TSV (Smith 1978) et TSL (Joblove et Greenberg 1978) définissent identiquement la couleur. Les positions des couleurs se construisent avec des règles simples :

• les trois couleurs primaires sont interchangeables dans les formules ;
• les couleurs complémentaires se trouvent à l'opposé sur le même diamètre (180°) ;
• les couleurs de l'arc-en-ciel suivent dans le sens des valeurs croissantes.
• La couleur primaire rouge se trouve au point de teinte 0.

Par conséquent le cyan se trouve à un demi-tour (180°). Comme, en synthèse additive, le cyan est fait de parts égales des primaires verte et bleue, celles-ci doivent être disposées symétriquement, au tiers de tour (respectivement 120° et 240°) pour respecter la condition d'interchangeabilité des primaires.

On a ainsi défini les positions des trois primaires et de leurs complémentaires, tous les 60°. Les valeurs des autres couleurs s'obtiennent par interpolation[14].

L'angle de teinte se trouve à partir des valeurs des primaires (rouge, vert, bleu). Le procédé de calcul s'inspire d'un résultat de la colorimétrie de base, selon lequel toute couleur peut s'obtenir en ajoutant une couleur pure et de la lumière blanche. Dans les systèmes TSL, la lumière blanche (ou grise) a ses trois composantes trichromes égales. On peut donc retirer de chacune des composantes trichromes de la couleur dont on recherche la teinte la plus petite des trois valeurs, sans affecter la teinte. Il reste deux composantes non nulles. La primaire de la plus grande donne l'angle de départ, (0 pour rouge, 120° pour vert ou 240° pour bleu). On obtient le décalage par rapport à cette valeur en multipliant 60° par le rapport entre la plus petite et la plus grande des valeurs restantes. Si en ajoutant 120° à l'angle de départ, on obtient l'angle de la seconde primaire (modulo 360°), on ajoute cette quantité ; dans le cas contraire, on le soustrait, et si l'angle est inférieur à 0, on ajoute 360°.

Les deux systèmes, TSL et TSV suivent les mêmes règles pour déterminer la teinte. Celle-ci n'a pas de rapport avec une grandeur colorimétrique, mais exige peu de calculs, et donne une représentation suffisamment familière pour l'utilisateur.

Luminosité croissante vers le haut

La composante luminosité exprime l'impression de clarté, de brillance de la couleur.

En colorimétrie de base, on considère que la luminosité est une perception indépendante (orthogonale) de la chromaticité. Les modèles colorimétriques perceptuels CIE L*a*b* (pour les objets) et CIE LUV (pour les écrans) déterminent la clarté d'une façon plus complexe, qui représente mieux la vision humaine. Les modèles informatiques TSL recherchent plus la simplicité que la représentation des perceptions lumineuses.

La luminosité, dans un système de reproduction de couleurs, se situe entre le minimum et le maximum que le système peut produire. On peut commodément la représenter par un nombre entre 0 et 1 (ou 0 et 100 %).

Les différents systèmes ne s'accordent pas sur le calcul de la luminosité.

Le système TSV opte pour la plus grande simplicité. Il prend comme valeur de lumière celle de la composante trichromatique la plus forte. Dans ce cas, l'échelle des luminosités est correcte et intuitive si les deux autres paramètres, teinte et saturation, sont identiques ; mais le bleu primaire au maximum a le même paramètre « luminosité » que le blanc, ce qui ne correspond pas à l'impression visuelle.

Le système TSL accepte un calcul supplémentaire, et prend pour valeur de la luminosité la moyenne entre les composantes trichromatiques maximale et minimale. Le blanc a donc une valeur de luminosité supérieure à celle du jaune le plus lumineux.

Ces options vont avoir des conséquences sur le calcul de la saturation.

Saturées maximale (= 1) en haut, minimale (= 0) en bas

En théorie de la perception des couleurs, la chromaticité[15] est l'intensité de la coloration, en ce qu'elle se distingue du gris, dit aussi achromatique.

Une couleur vive a une luminosité moyenne ou forte, et une chromaticité élevée. Une couleur pâle a une luminosité moyenne ou forte, et une chromaticité faible. Une couleur intense a une luminosité moyenne, voire faible, mais une chromaticité élevée.

Les teintes sombres sont toujours vues moins colorées que les teintes lumineuses. La saturation, c'est-à-dire le niveau de chromaticité par rapport au maximum possible, se définit comme le quotient de la chromaticité par la luminosité[16]. Le modèle colorimétrique perceptuel CIE L*a*b* définit identiquement la chromaticité et la saturation ; mais les grandeurs des systèmes informatiques sont liées au matériel, et non aux courbes de l'observateur de référence de la CIE[17].

La saturation s'évalue sur une échelle allant de 0 (pas de sensation colorée) à 1 (l'impression colorée est au maximum permis par le système de reproduction des couleurs et le niveau de luminosité). Cette grandeur s'exprime en pourcentage.

Dans les systèmes TSV et TSL, si les trois composantes trichromes sont de même valeur, la saturation est nulle et la saturation est de 100 % quand une des composantes est nulle.

Les deux systèmes définissent une chromaticité, comme la différence entre la plus forte et la plus faible des valeurs des composantes trichromes,max-min où min est la plus faible des valeurs des composantes trichromatiques et max la plus forte. Cette valeur est rarement utilisée telle quelle, mais elle sert pour le calcul de la saturation.

Les valeurs intermédiaires de la saturation se calculent différemment. Dans le système TSV, l'option de simplicité prévaut, comme pour la luminosité. La valeur de saturation est ${\displaystyle \scriptstyle {\frac {chroma}{valeur}}}$, soit ${\displaystyle \scriptstyle 1-{\frac {min}{max}}}$, puisque la valeur est dans ce système égale à max.

Le système TSL recherche une meilleure correspondance avec les jugements visuels. Si la luminosité luma (c'est-à-dire, dans ce système, la moyenne entre la plus forte composante trichromatique et la plus faible) est inférieure à 0,5, la valeur de la saturation est ${\displaystyle \scriptstyle {\frac {max-min}{max+min}}}$, soit ${\displaystyle \scriptstyle {\frac {chroma}{2\times luma}}}$ dans le cas contraire, la saturation est ${\displaystyle \scriptstyle {\frac {max-min}{2-(max+min)}}}$, soit ${\displaystyle \scriptstyle {\frac {chroma}{2-2\times luma}}}$ (max et min ont le même sens que précédemment).

Les composantes du TSL permettent une conservation des valeurs originelles même si elles n'apparaissent pas. On les qualifie donc de « conservatives ».

Ainsi, un gris neutre a une teinte, qui n'apparaît pas, parce que sa saturation est nulle. Si on prend une couleur, et qu'on réduit sa saturation à zéro, puis qu'on l'augmente à nouveau, on peut retrouver la couleur d'origine, tant que le logiciel n'a pas transformé les triplets (teinte, saturation, luminosité) en triplet (rouge, vert, bleu).

Un noir, dont la luminosité est à 0, conserve tout de même une teinte et une saturation, qu'on peut retrouver tant que le logiciel n'a pas converti les valeurs.

Avec trois dimensions, la représentation géométrique d'un système Teinte, saturation, lumière de description des couleurs est un volume. Deux des valeurs forment un système de coordonnées polaires, avec la teinte en angle et la saturation, comprise entre 0 et 1, en module. Le système se représente donc comme un cylindre[18].

• 
  Cylindre TSV des couleurs
• 
  Cylindre TSL des couleurs

On peut aussi utilement se représenter les systèmes de couleur avec la chroma, au lieu de la saturation. On obtient alors un cône avec TSV, un double cône avec TSL. Cette forme est celle du système de description des couleurs de Wilhelm Ostwald[19] ; elle se déduit des valeurs possibles pour les paramètres. Les systèmes de description des couleurs plus exactement basés sur la perception aboutissent à des enveloppes différentes, une sphère pour le nuancier de Munsell, une forme non géométrique pour CIE L*a*b* et CIE LUV. Dans tous ces systèmes, les surfaces d'égale saturation sont des cylindres.

• 
  Cône TSV des couleurs
• 
  Double-cône TSL des couleurs

Les codages Teinte saturation luminosité sont destinés aux humains. Mais ils doivent interagir avec le codage Rouge Vert Bleu qui commande directement les écrans.

Dans le codage Rouge Vert Bleu, les valeurs de luminosité de chaque couleur primaire s'expriment par un nombre entier. En général, ce nombre est codé sur un octet, de 0 à 255, exprimant ainsi la luminosité relative du canal. Les formats de fichier d'image matricielle sont susceptibles d'enregistrer les valeurs de couleur primaire sous cette forme.

Il est souhaitable qu'une suite de conversions RVB vers TSL, puis TSL vers RVB, retrouve dans tous les cas, la valeur d'origine. Pour que ce soit possible, les valeurs de teinte, saturation et lumière sont des nombres de type virgule flottante.

Les fichiers CSS et SVG peuvent enregistrer directement au format texte les valeurs de Teinte Saturation Luminosité. Ces valeurs s'écrivent en nombres décimaux. Les logiciels agents utilisateurs effectuent le typage des valeurs[8].

• Maurice Déribéré, La couleur, Paris, PUF, coll. « Que Sais-Je » (n^o 220), 2014, 12^e éd. (1^re éd. 1964), p. 105.
• (en) George H. Joblove et Donald Greenberg, « Color spaces for computer graphics », SIGGRAPH communications,‎ 1978 (lire en ligne) (ACM Digital Library)
• Sébastien Lefèvre et Nicole Vincent, « Apport de l'espace Teinte-Saturation-Luminance pour la segmentation spatiale et temporelle », traitement du signal, vol. 23, n^o 1,‎ 2006 (lire en ligne)
• (en) Gary W. Meyer et Donald P. Greenberg, « Perceptual color spaces for computer graphics », SIGGRAPH communications,‎ 1980, p. 254-261 (lire en ligne) (ACM Digital Library)
• (en) Alvin Ray Smith, « Color Gamut Transform Pairs », Computer Graphics, vol. 12, n^o 3,‎ août 1978, p. 12-19 ; (SIGGRAPH 78 Conference Proceedings)(ACM Digital Library) . Repris dans (en) John C. Beatty (ed.) et Kellogg S. Booth (ed.), Tutorial : Computer Graphics, Silver Spring, MD, IEEE Computer Society Press, 1982, 2^e éd., p. 376-383
• (en) William Thompson et al., « Color », dans Visual Perception from a Computer Graphics Perspective, CRC Press, 2011 (lire en ligne) (avec Roland Fleming, Sarah Creem-Regehr, Jeanine Kelly Stefanucci)
• Alain Trémeau, Christine Fernandez-Maloigne et Pierre Bonton, Image numérique couleur : De l'acquisition au traitement, Paris, Dunod, coll. « Sciences Sup », 2004
• Robert Sève, Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs, Marseille, Chalagam, 2009, p. 230-245 « Collections organisées de couleurs ».

• Couleur
• Système ordonné de couleurs
• Espace de couleur
• Cercle chromatique
• Nuancier de Munsell

• Narciso Silvestrini et Ernst Peter Fischer (de), colorsystem — Systèmes de couleurs dans l'art et les sciences