Les éléments de base de la mesure de couleur

1. Conditions normalisées pour l'évaluation visuelle

Le jaune miel, le rouge framboise, le bleu saphir ou le vert mousse sont des noms de couleurs très attrayants et expressifs. Mais êtes-vous sûr que chaque personne entend par là la même couleur ? Habituellement non. Comment décrire clairement une couleur et garantir la même couleur dans le temps ?
Notre perception des couleurs dépend de notre "goût" individuel, qui est influencé par notre humeur, notre sexe, notre âge, mais aussi la source lumineuse utilisée, l'environnement de visionnement qu’il soit clair ou sombre, neutre ou coloré ainsi que notre incapacité à nous souvenir exactement et communiquer une couleur spécifique.
Pour une évaluation visuelle et instrumentale contrôlée, il faut définir la source lumineuse, l'environnement et l'observateur. Les couleurs peuvent correspondre sous une source lumineuse (lumière du jour), mais pas sous une autre (lumière fluorescente). Cet effet est connu sous le nom de métamérisme et constitue une exigence de qualité cruciale pour les produits multi composants. Par conséquent, la correspondance doit être vérifiée avec la source lumineuse susceptible d'être utilisée.
 

2. Source lumineuse et illuminant

La couleur change avec la source lumineuse. Par conséquent, des illuminants standards doivent être convenus et utilisés. La condition préalable pour qu'une source lumineuse puisse être utilisée pour l'évaluation des couleurs est d'émettre en continu de l'énergie dans tout le spectre visible (400 à 700 nm) (Fig. 1).

La CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) a normalisé les sources lumineuses par la quantité d'énergie émise à chaque longueur d'onde (= distribution relative de puissance spectrale). En pratique, les illuminants importants sont :

Norme CIE Illuminant D65 (Fig. 2)
D65 est destiné à représenter la lumière du jour moyenne, à une température de couleur corrélée d'environ 6504 K. D65 correspond à peu près à la lumière moyenne de midi en Europe occidentale / Europe du Nord, comprenant à la fois la lumière directe du soleil et la lumière diffusée par un ciel clair.

Norme CIE Illuminant C
Une approximation de la lumière du jour moyenne ayant une température de couleur corrélée d’environ 6670K ; se rapproche de la lumière du jour par temps clair à midi.

Norme CIE Illuminant A (Fig. 2)
Lampe à filament de tungstène fonctionnant à une température de couleur corrélée d'environ 2856 K. L'illuminant A présente un pic dans la zone rouge du spectre. En conséquence, c'est une lumière plus rougeâtre avec une atmosphère chaleureuse. 

Norme CIE Illuminant F2 (Fig. 2)
Lampe fluorescente composée de deux émissions semi-large bande.
Anciennement connue sous le nom de : CWF (Cool White Fluorescent)

Norme CIE Illuminant F11
Lampe fluorescente composée de trois émissions à bande étroite.
Anciennement connue sous le nom de : TL84 (Phillips Ultralume 40)
 

Image 1 La lumière blanche du jour dispersée dans la couleur spectrale (arc-en-ciel)

Image 2 CIE Standard Illuminants

3. Normes des Observateurs

La lumière réfléchie par un objet coloré pénètre dans l'œil humain à travers la lentille et frappe la rétine. La rétine est constituée de trois différents types de récepteurs sensibles à la lumière : un qui réagit à la lumière rouge, un autre à la lumière verte et un troisième à la lumière bleue.

Ensemble, ils stimulent le cerveau pour produire l'impression de couleur. Pour déterminer la sensibilité des récepteurs, des tests visuels systématiques ont été effectués par la CIE en 1931 et 1964. Sur la base des résultats (Fig. 3), l'observateur de 2° et 10° a été standardisé, représentant respectivement un petit et un grand champ de vision.

L'observateur pour le contrôle de la couleur instrumentale a été standardisé avec deux champs de vision (Fig. 4) : 2° observateur standard et 10° observateur standard. L'observateur standard de 2° doit être utilisé pour des angles de vision de 1° à 4°, l'observateur standard de 10° doit être utilisé pour des angles de vision supérieurs à 4°. Aujourd'hui, les fonctions d'observation à 10° sont principalement utilisées car l'œil s'intègre sur une plus grande surface.
 

Image 3 Réponse spectrale correspondant à lœil humain

Image 4 2° Norme Observateur CIE 1931 et 10° Norme Observateur CIE 1964

4. Environnement pour la mesure des couleurs

Les normes ISO et ASTM définissent l'environnement comme une partie du champ visuel entourant immédiatement les spécimens ainsi que le champ visuel ambiant, lorsque l'observateur regarde loin du spécimen, comme les surfaces intérieures de la cabine lumineuse. Il doit avoir la couleur avec la notation Munsell N5-N7 et une brillance à 60° ne dépassant pas 15 UB. L'observateur chargé de l'évaluation visuelle doit avoir une vision normale des couleurs et être formé à l'observation et à la classification des couleurs. Des tests visuels sont recommandés pour vérifier périodiquement la vision des couleurs d'un observateur car elle peut changer avec le temps (voir le guide ASTM E1499).

5. Courbes spectrales des objets

La source lumineuse et l'observateur sont définis par la CIE et leurs fonctions spectrales sont stockées dans des instruments de couleur. Les propriétés optiques d'un objet sont les seules variables qui doivent être mesurées. Les instruments de couleur modernes mesurent la quantité de lumière réfléchie par un échantillon coloré. Cela se fait à chaque longueur d'onde et s'appelle les données spectrales. Par exemple, un objet noir ne réfléchit aucune lumière sur l'ensemble du spectre (0 % de réflexion), alors qu'un spécimen blanc idéal réfléchit presque toute la lumière (100 % de réflexion). Toutes les autres couleurs reflètent la lumière uniquement dans certaines parties du spectre. Par conséquent, ils ont des formes de courbes ou des empreintes digitales spécifiques, qui représentent leurs courbes spectrales (Fig. 5). 
Dans les graphiques suivants, des courbes spectrales typiques pour un échantillon rouge, bleu et vert sont présentées.
 

Image 5 Courbes spectrales

6. Résumé

La combinaison de données d'illuminant normalisé, d'observateur normalisé et de données de réflexion spectrale est nécessaire pour calculer des systèmes de couleurs normalisés au niveau international, comme le système CIELab largement utilisé. Maintenant, une couleur peut être décrite avec les termes de luminosité, de teinte et de saturation. Ainsi, la communication des couleurs devient objective, c'est-à-dire indépendante des circonstances extérieures et du jugement personnel.