A - La gestion des couleurs, pourquoi faire ? Si lÊon ne prend pas quelques précautions, il y aura immanquablement des différences dÊaspect entre lÊaffichage sur écran dÊun cliché numérique, lÊimpression papier de ce même cliché et la scène originale. Idem entre une photo numérisée avec un scanner, son affichage, son impression :
Les disparités dÊaspect en lÊabsence de gestion des couleurs.
La gestion des couleurs a pour but d'assurer, autant que faire se peut, une uniformité dÊaspect des images numériques sur tous les équipements : • • •
Equipements de numérisation (scanner, appareil photo numérique). Logiciels de traitement. Equipements de restitution (écran, imprimante).
Pourquoi ces disparités peuvent-elles se produire ? Tous ces équipements et logiciels ne sontils pas conçus pour cela ? au point où en sont les progrès de l'électronique et de l'informatique, n'est-il pas possible de garantir partout un respect des couleurs ?
B - Les causes de disparités des couleurs Tout devrait théoriquement aller pour le mieux : notre APN est conçu pour transformer des points lumineux en valeurs RVB, notre écran pour convertir des valeurs RVB en points lumineux et notre imprimante pour convertir ces valeurs RVB en taches colorées. CÊest simple et ils devraient donc sÊacquitter de cette tâche à la perfection. A cela, il existe quatre raisons majeures, qui peuvent coexister : •
Mauvais réglage : certains équipements sont réglables ; ils peuvent donc être mal réglés. • Diversité d'interprétation des signaux numériques : certains équipements nÊinterprètent pas de la même façon les informations numériques quÊils échangent. • Limitations techniques : certaines couleurs quÊun équipement dÊentrée sait capter ne peuvent pas être reproduites par un équipement de sortie ou inversement. • Limitations théoriques : aucun équipement numérique actuel, compte tenu des principes utilisés, nÊest capable de capter ou de restituer toutes les couleurs que nos yeux perçoivent. 1 Le mauvais réglage CÊest la principale source des problèmes sur les équipements de sortie. Un moniteur comporte de nombreux réglages (luminosité, contraste, etc.) avec lesquels il est possible de faire nÊimporte quoi. De plus, le tube dÊun moniteur vieillit et son comportement varie dans le temps. A noter qu'il semble que les écrans plats n'aient pas de souci de vieillissement, mais ils en ont d'autres, qui sortent du cadre de ce document. On obtiendra en tous cas une grande variété de résultats possibles lors de lÊaffichage dÊune même image numérique avec des réglages différents ou sur des moniteurs différents. Or, lÊécran, cÊest lÊéquipement central, celui par lequel toute image transite, cÊest le centre du labo numérique ! Côté imprimante, ce nÊest guère mieux. Des réglages divers sont accessibles dans lÊinterface utilisateur. Il y en a d'ailleurs de plus en plus, à croire que les fabricants s'ingénient à transformer les pilotes d'impression en tableaux de bord d'avion. Le comportement des encres peut varier aussi si vous utilisez des sources dÊapprovisionnement alternatives. Le papier, enfin, intervient pour beaucoup dans le rendu final ; or lÊoffre en papiers est dÊune telle variété de nos jours que lÊon ne peut quÊobtenir des résultats très variables d'un papier à l'autre. 2 La mauvaise interprétation Nous avons vu que nos équipements échangent leurs images en RVB. LÊécueil, cÊest que rien ne garantit a priori quÊun pixel, transformé par notre APN (ou notre scanner) en 3 valeurs numériques de rouge, de vert et de bleu, soit reconstitué à lÊidentique par notre moniteur (ou notre imprimante) à partir de ces mêmes valeurs car ces valeurs nÊont pas forcément la même signification pour chaque équipement. Bien sûr, les fabricants se sont à peu près accordés pour assurer une certaine homogénéité.
DÊailleurs, même si un standard commun existe et même si le système de gestion des couleurs est actif, le comportement dÊun matériel particulier peut être assez éloigné du comportement moyen défini pour toute une série dÊun même modèle. 3 Les limitations techniques Le mécanisme de restitution des couleurs dÊun tube cathodique (la synthèse additive) diffère du système de synthèse soustractive des imprimantes et cela a entre autres pour conséquence que chacun ne permet de reproduire quÊune palette de couleurs qui lui est propre. De plus, lÊétendue des luminances quÊun moniteur sait produire est bien plus grande que celle du papier encré. Il y aura donc toujours des couleurs que lÊécran affichera mais que lÊimprimante ne saura pas reproduire, et vice versa. Par ailleurs chaque APN, chaque scanner, selon sa technologie, selon les subtiles modifications que son fabricant fait subir à lÊimage lors de sa numérisation, produira une image numérique qui lui est propre et avec une gamme de couleurs limitée et spécifique. Enfin, depuis le début je vous parle de rouge, de vert et de bleu : mais de quel rouge, de quel vert, de quel bleu sÊagit-il ? Plus précisément, demandera le physicien, de quelles longueurs dÊonde s'agit-il, puisque la couleur dÊune source lumineuse est définie par une ou plusieurs longueurs dÊonde ? Hélas, même le choix de ces couleurs RVB, dites primaires, diffère selon les dispositifs de capture ou de reproduction. Il nÊy a guère que les moniteurs cathodiques qui se ressemblent à peu près sur cet aspect. Ce constat est à lÊorigine de nombreuses divergences de comportement vis-à-vis des couleurs. 4 Les limitations théoriques Pour en terminer avec les causes de disparités, il faut retenir que le principe de décomposition ou de synthèse tri-chromatique ne permet pas de reproduire la totalité de toutes les nuances de couleurs visibles. Il ne sÊagit pas ici dÊune limitation technologique : cÊest une impossibilité théorique (voir en annexe lÊhistoire de la genèse de lÊespace CIELAB pour avoir un aperçu des raisons sous-jacentes) ! Un problème bien posé étant à moitié résolu, maintenant que nous avons exploré les différentes causes de dérive dÊaspect dÊune image numérique, je vous propose des solutions pour y remédier.
C - LES SOLUTIONS Les solutions que l'on met en fluvre pour répondre point par point aux causes de disparité des couleurs sont : •
Le mauvais réglage => on effectue un calibrage. • La mauvaise interprétation => on fait une caractérisation (on cré un profil) et on utilise un système de gestion des couleurs (CMS). • Les limitations technologiques => on utilise un système de gestion des couleurs et on fait des conversions. • Les limitations théoriques => gestion des couleurs et conversions.
1 Calibrage Puisque le comportement des équipements de notre laboratoire numérique peut varier, à première vue cÊest simple : il nous suffit de choisir le comportement souhaité, dÊeffectuer les réglages nécessaires, puis ne plus y toucher. Ceci sÊeffectue par une opération appelée calibrage (ou étalonnage, ou encore calibration qui est un anglicisme). Bien entendu, il va quand même me falloir expliquer ce que signifie "comportement souhaité". Calibrage du moniteur Le calibrage ou étalonnage de lÊécran est une étape fondamentale avant dÊen effectuer le profilage. QuÊil soit effectué par voie logicielle pure ou à lÊaide dÊune sonde, je pense quÊil est important que vous compreniez bien ce qui se passe lors de cette opération. CÊest la raison pour laquelle je vais quelque peu m'attarder sur la description des phénomènes qui ont lieu à ce moment. En effet, si cela ne se passe pas comme prévu, il vous sera plus facile dÊidentifier la cause de lÊerreur commise. Fidèle à ma stratégie, je resterai dans le "comment ça marche" ; pour le "comment faire", je vous renvoie vers les notices dÊutilisation de vos outils et les forums spécialisés. Tout d'abord, il faut savoir que ce que l'on va calibrer, c'est l'ensemble moniteur + carte vidéo car celle-ci est réglable aussi, en interne, par voie logicielle. Les caractéristiques qui doivent être ajustées lors du calibrage sont : • • • • •
le gain ; la luminosité ; le point blanc ; le gamma ; l'uniformité des gris.
Le gain, la luminosité et le point blanc (la "couleur du blanc") se règlent à la main, sur le moniteur, à lÊaide des commandes situées sur celui-ci.
LÊuniformité des gris et le gamma ne peuvent, quant à eux, être modifiés que par voie logicielle car, ici, cÊest le comportement de carte vidéo qui va être modifié. Par la voie logicielle, un utilitaire comme Adobe Gamma peut vous guider dans lÊobtention d'un réglage à peu près correct mais le résultat restera approximatif et tributaire de votre oeil. En tous cas, le résultat sera trop aléatoire pour se lancer sereinement, ensuite, dans l'impression en couleurs de qualité. LÊutilisation dÊune sonde de calibrage (un colorimètre ou un spectrophotomètre, plus polyvalent mais bien plus cher) permet de rendre précises et fidèles ces opérations. Le principe en est le suivant : on fixe la sonde au milieu de lÊécran, on choisit les paramètres cibles, puis le logiciel indique les premiers ajustements manuels à effectuer. Le logiciel affiche ensuite une série de pavés colorés dont la sonde tire un certain nombre de mesures. De ces mesures sont calculées les corrections à appliquer à la carte vidéo pour parvenir au gamma choisi et à une parfaite uniformité des gris.
Sonde de calibrage placée sur l'écran du moniteur.
Le gain détermine la luminance maximum lors de l'affichage du blanc. Il impacte aussi la dynamique de lÊaffichage, sensible aux conditions dÊéclairage ambiant où le moniteur est utilisé. Il conditionne sa capacité à restituer confortablement un maximum de nuances depuis le noir absolu jusquÊau blanc le plus intense. Le réglage dit de luminosité influe surtout sur la restitution des valeurs sombres. Il détermine le niveau du noir de lÊaffichage. Réglé trop bas, il entraîne une disparition des zones sombres ; trop fort, il rend le noir lumineux et ainsi les valeurs sombres perdent du contraste. Le point blanc doit être choisi dans une palette bien définie, assez étroite, et pas en dehors (le blanc ne doit pas apparaître vert ou mauve par exemple !). Une couleur qui appartient à cette palette peut être caractérisée par ce quÊon appelle sa température de couleur.
Le gamma détermine le contraste des images affichées ; cette fois cÊest un vrai réglage de contraste. Il peut en théorie être librement choisi mais il est fortement conseillé de prendre une valeur proche des caractéristiques natives du moniteur. Un gamma de 2,2 est recommandé. Les images suivantes sont une simulation de l'effet des différents réglages intervenant dans le calibrage du moniteur. Bien entendu, si l'écran sur lequel vous examinez ces images est loin d'être calibré, l'image "réglages corrects" ne montrera pas toutes les nuances de gris comme elle le devrait !
Luminosité trop faible : les gris sombres sont noirs.
Luminosité trop forte : le noir n'est pas noir.
Gain trop faible : l'image est trop sombre.
Gain trop fort (sur certains moniteurs) : inconfort.
Gamma trop faible : les gris clairs sont trop clairs.
Gamma trop fort : les gris sombres sont trop sombres.
Couleur déréglée
Réglages corrects.
colorations variées.
Qu'ils soient obtenus par réglage manuel (à l'aide d'Adobe gamma ou équivalent) ou à lÊaide dÊune sonde, les réglages de la carte vidéo sont volatils. Si on ne les enregistre pas quelque part, ils sont remis à zéro à chaque redémarrage de lÊordinateur. La solution qui a été largement adoptée est dÊinscrire ces réglages dans un fichier, le même fichier qui contiendra le profil de lÊécran, dont je vous parlerai quand nous aborderons le profilage. Un petit utilitaire, usuellement appelé loader, lancé automatiquement à chaque redémarrage de l'ordinateur, lit ces valeurs, les réinjecte dans la carte vidéo, puis se termine.
Récapitulons les opérations dans trois cas de figure types : • • •
utilisation dÊAdobe Gamma, utilisation du logiciel MonacoOptix de Monacosys avec sonde, utilisation du logiciel ProfileMaker de GretagMacbeth avec sonde.
Le moniteur avant et après calibrage.
Calibrage du scanner Le calibrage du scanner se limite en général à choisir les conditions de fonctionnement les plus neutres possibles : un petit temps dÊattente pour laisser chauffer la lampe du scanner et en stabiliser la couleur puis une désactivation de tous les automatismes au niveau de l'interface utilisateur du scanner (réglage automatique du contraste, accentuation, éventuelle gestion des couleurs intégrée si elle existe, etc). Les caractéristiques dÊun scanner sont en général fixes et dérivent peu, il nÊy a donc pas grand chose à régler de ce côté. Si les images numérisées par notre scanner semblent présenter un problème, seul un profilage pourra apporter une amélioration.
Calibrage d'une imprimante Calibrer une imprimante signifie la mettre dans des conditions de fonctionnement connues. Ceci se limite à remettre les valeurs par défaut des différents réglages proposés dans le dialogue du pilote d'impression. Une fois ces réglages vérifiés, le choix du papier et de l'encre termine l' opération de calibrage.
2 Caractérisation (ou Profilage) Généralités J'ai insisté sur le fait que la signification des valeurs numériques R,V et B dÊun pixel, en termes de couleurs, nÊest pas la même pour lÊAPN, le scanner, lÊécran, lÊimprimante. Une traduction est donc nécessaire quand ces valeurs RVB doivent passer dÊun dispositif à lÊautre. Pour traduire, un dictionnaire bilingue est indispensable. En gestion des couleurs, ce dictionnaire porte un nom : c'est le profil colorimétrique ou profil ICC du dispositif. La fabrication du dictionnaire bilingue dÊun dispositif sÊappelle la caractérisation. L'ensemble des couleurs de référence, utilisé pour toutes les conversions entre équipements, sÊappelle le CIELAB ou Espace LAB. Chaque couleur visible y est décrite par trois valeurs numériques (deux pour spécifier la couleur elle-même plus une pour sa luminance). Ces valeurs numériques sont appelées les coordonnées de cette couleur car on sÊest arrangé pour représenter les couleurs visibles dans l'espace. Les deux coordonnées qui spécifient la couleur se nomment a et b ; la coordonnée qui spécifie la luminance s'appelle L. Pour une luminance donnée on peut donc représenter toutes les couleurs visibles dans un plan.
Coordonnées Lab de deux couleurs.
Certains logiciels de retouche, comme Photoshop, permettent de travailler directement dans cet espace (travail dans le mode Lab). Les pixels de lÊimage sont alors tous codés, non pas par des valeurs R,V,B, mais par des valeurs L,a,b. Une fois tous les profils établis, ceux-ci sont utilisés par le système de gestion de couleurs qui joue le rôle de logiciel de traduction : le CMS. Ce système est capable de convertir des valeurs RVB en leurs équivalents Lab pour un dispositif donné, et de convertir des valeurs Lab en leurs équivalents RVB pour un autre dispositif.
Illustration des conversions entre espaces RVB et LAB.
Evidemment, certaines traductions seront impossibles⁄ Il faudra se contenter d'approximations. En effet, comme évoqué plus haut, chaque dispositif nÊest capable de numériser ou de reproduire quÊune certaine gamme de couleurs qui lui est propre. Caractérisation du moniteur Celle-ci ne peut sÊeffectuer quÊavec lÊaide dÊune sonde (la même qui a servi au calibrage). A partir des mesures effectuées par la sonde sur des pavés colorés que le logiciel présente à lÊécran, un profil ICC va être créé pour lÊécran. Il sÊagit maintenant de déterminer précisément les paramètres de conversion Lab / RVB du moniteur à partir des erreurs mesurées par la sonde. Le profil obtenu est matérialisé par un fichier dont lÊextension est .icc ou .icm . Le nôtre se nommera par exemple MonEcran.icc.
Interactions entre le calibrage et la caractérisation du moniteur Pour bien comprendre en quoi ces deux opérations diffèrent et comment elles se complètent, récapitulons : •
Le résultat du calibrage est obtenu grâce à des réglages manuels préliminaires figés, ainsi qu'à un ensemble de corrections qui doivent être injectées dans la carte vidéo au démarrage de l'ordinateur.
•
Le résultat du profilage est un fichier ICC qui est associé à l'écran mais qui est inactif tant qu'il n'est pas utilisé par un logiciel apte à l'exploiter. Caractérisation du scanner Le principe en est le suivant : on scanne une image étalon appelée charte colorimétrique IT 8, qui est une photographie calibrée comprenant un certain nombre de pavés de couleur. Une fois lÊimage numérisée, le fichier est analysé par le logiciel de profilage qui va comparer les valeurs R,V et B trouvées pour chaque pavé, avec les valeurs attendues qui se trouvent dans un petit fichier livré avec la charte. Ce petit fichier contient les valeurs Lab correspondant à chaque pavé de la charte. Le profil ICC généré est, de la même façon que pour lÊécran, déposé dans le répertoire dédié aux profils.
Une charte de caractérisation IT 8
Etapes du profilage d’un scanner.
Ensuite il convient de sÊassurer que ce profil est réellement utilisé. Certains logiciels de pilotage de scanner permettent de choisir le profil à utiliser. Par défaut dÊailleurs, un profil usine est proposé. Si le choix du profil nÊest pas offert au moment de la numérisation, le profil du scanner devra être associé à lÊimage numérisée dans le logiciel de traitement, puis une conversion dans le profil cible souhaité devra être effectuée.
Caractérisation de lÊimprimante LÊopération ressemble au profilage de lÊécran. On imprime une image spéciale, comportant différentes zones colorées, qui devront ensuite être mesurées une par une avec un instrument de mesure adapté à des mesures par réflexion : un spectrophotomètre. Le logiciel de profilage se charge du reste. A noter : le profil obtenu est spécifique du papier et des encres utilisées au moment de son obtention. Pour utiliser le profil, il convient, soit d'effectuer une conversion vers l'espace d'imprimante dans le logiciel où lÊimage est ouverte, si cette option existe (et désactiver la conversion au niveau du pilote d'impression) ; soit, indiquer au pilote d'impression d'utiliser le profil, auquel cas il ne faut faire aucune autre conversion avant d'imprimer. A noter qu'il est aussi possible de profiler une imprimante avec un logiciel spécial et un scanner, même si le spectrophotomètre reste l'outil de choix pour des profils de grande qualité. Le principe est assez séduisant a priori : on scanne simultanément une mire spéciale préalablement imprimée depuis l'imprimante à profiler, et une charte de profilage de scanner. Le logiciel profile ainsi correctement le scanner puis génère un profil pour l'imprimante. Le résultat reste, toutefois, aléatoire.
D - Le CMS - Système de gestion des couleurs 1 Principe Le dispositif logiciel appelé CMS ou Color Management System (système de gestion des couleurs), traduit les valeurs RVB en Lab, ou inversement, en se servant des profils ICC. Pour nos Macintosh, ce CMS sÊappelle colorsync. Le dessin ci-après illustre les flux de conversion dÊune image numérique issue dÊun scanner, par exemple, vers lÊespace RVB dÊun moniteur :
Conversion depuis un espace RVB vers un autre.
Les pixels de lÊimage issue du scanner sont donc décrits par des valeurs RVB dont les significations sont propres au scanner. Le profil du scanner va dÊabord être récupéré par le CMS. Ce profil peut avoir été intégré à lÊimage par le logiciel de pilotage du scanner (ce qui permettra dÊinterpréter lÊimage correctement quel que soit lÊordinateur où elle se retrouvera) ou sinon devra être attribué à lÊimage par lÊutilisateur. Par ailleurs, Colorsync va identifier le profil du moniteur si celui-ci lui a été correctement associé par le système dÊexploitation. Ensuite, au moment de lÊaffichage de lÊimage, Colorsync effectue une double conversion RVB vers Lab puis Lab vers RVB, de façon à envoyer au moniteur les signaux corrects.
2 Adaptation des gamuts Comme je lÊindiquais précédemment lors de lÊintroduction des profils, le gamut est l'ensemble des couleurs reproductible par un périphérique. Si la conversion depuis un espace RVB ayant un gamut large vers un autre espace ayant un gamut plus réduit est faite abruptement (RVB vers Lab puis Lab vers RVB), il va y avoir des pertes. Certaines valeurs Lab de lÊespace dÊentrée nÊont pas dÊéquivalent RVB dans lÊespace de sortie. Il va donc falloir trouver une correspondance approximative à ces couleurs orphelines. C'est encore Colorsync qui se charge dÊeffectuer les approximations nécessaires. Celles-ci peuvent se faire de différentes façons, appelées intentions de rendu. C'est vous qui choisissez l'approximation la mieux adaptée au type dÊimage à convertir.
Adaptation des gamuts lors de la conversion.
3 Utilisation des profils La bonne utilisation des profils sÊavère souvent compliquée et déroutante car elle est plutôt contre-intuitive. CÊest la raison pour laquelle je vais détailler cette partie. Entrée LorsquÊune image est récupérée dÊun périphérique dÊentrée, il convient donc de lui associer le profil de ce périphérique. Cette image peut être enregistrée dans un fichier en même temps que son profil dÊentrée, pour peu que lÊon utilise un format qui accepte lÊintégration de profils ICC (le TIFF par exemple). Les valeurs RVB des pixels de cette image restent à ce moment absolument inchangés. Espace de travail et affichage Lors de lÊouverture du fichier dans le logiciel de traitement, lÊimage est aussitôt affichée, comme je lÊexpliquais plus haut. Une conversion à la volée est faite dans le profil du moniteur de façon à obtenir un affichage correct. Mais seul le système dÊaffichage reçoit ces valeurs converties ; dans le logiciel de traitement de lÊimage (Photoshop par exemple), ce sont les valeurs RVB dÊorigine qui sont manipulées par lÊutilisateur. Celui-ci agit sur lÊimage au sein de son espace de travail qui est ici, dans notre exemple, toujours celui du périphérique dÊentrée. Impression Au moment d'imprimer une image, il conviendra d'utiliser le profil de l'imprimante, c'est-àdire d'en indiquer le nom dans les paramètres d'impression du logiciel utilisé. Une conversion aura lieu depuis l'espace de travail courant vers l'espace de l'imprimante. Cette conversion s'effectuera au choix, soit dans le logiciel de retouche, soit au niveau du pilote d'imprimante, mais pas dans les deux !
E ă En résumé ⁄ Une fois que tous les dispositifs sont calibrés, profilés et que le CMS est mis en fluvre, la cohérence des couleurs est assurée de bout en bout, moyennant certaines pertes lorsque certaines couleurs issues dÊun équipement sont hors gamut pour un autre. Le résultat le plus important est la prévisibilité du résultat des opérations.
LÊensemble des flux dans notre laboratoire numérique peut être schématisé ainsi (ici, avec scanner, moniteur et imprimante) :
Flux de conversion dans la chaîne scanner-écran-imprimante