Un espace de couleurs est un espace de dimension 3 o`u chaque point d´efini une cou- leur en fonction de la param´etrisation de chacun des trois axes. La compr´ehension de la perception de la couleur est une probl´ematique complexe, en constante ´evolution, `a la fronti`ere de plusieurs disciplines. Physiologiquement, la perception de la couleur par l’oeil humain[43] fait intervenir deux types de cellules :
– les cˆones sont des cellules de la r´etine permettant d’interpr´eter la couleur. Ils sont de trois types selon leur sensibilit´e au bleu, vert ou rouge. Leur sensibilit´e `a une de ces couleurs est due `a la pr´esence de pigments absorbant la lumi`ere selon les longueurs d’ondes courtes, moyennes ou longues. Ils sont au nombre de 5 millions environ ;
– les bˆatonnets sont sp´ecialis´es dans la vision `a faible ´eclairage. Ils ne permettent pas de vision color´ee (tous les objets paraissent gris la nuit) et sont inadapt´es `a la d´etection des contours.
La manipulation de la couleur passe tout d’abord par la d´efinition d’un espace pa- ram´etrique permettant une repr´esentation de la couleur appropri´ee. Cet espace peut s’ap- puyer sur des grandeurs physiques, physiologiques, math´ematiques [72]. L’espace RVB est, par exemple, utilis´e dans le domaine de l’informatique et du multim´edia tandis que l’es- pace CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black), compl´ementaire de l’espace RVB, est utilis´e en imprimerie pour des raisons pratiques [76]. De nombreux espaces de couleurs se basent ´egalement sur la perception de la couleur par l’oeil humain (d´evelopp´es, par exemple, par la Commission Internationale de l’Eclairage - CIE). C’est le cas de l’espace XY Z ´elabor´e en mesurant un ensemble de statistiques sur un tr`es grand nombre de personnes. Ainsi `a
chaque couleur per¸cue correspond une coordonn´ee dans l’espace XYZ.
L’espace Lab est issu de l’espace XYZ. Il essaye de prendre en compte la r´eponse logarithmique de l’oeil. Contrairement `a l’espace XYZ o`u chaque couleur est d´efinie par une coordonn´ee (X, Y ), Z correspondant `a la profondeur donc `a la luminosit´e de chaque couleur, l’espace Lab d´efinit une couleur par sa luminosit´e L (de 0 `a 100), a pour la couleur du rouge au vert et b pour la couleur du bleu au jaune (−128 `a +128). Il est tr`es utile dans le cas de m´elanges de pigments, par exemple, pour l’industrie graphique ou du textile.
L’espace YUV est un espace colorim´etrique utilis´e dans les syst`emes de diffusion t´el´evisuelle PAL et NTSC. La composante Y correspond `a la luminance (niveau de lumi- nosit´e) tandis que les composantes U (diff´erence de rouge, ´ecart entre le niveau de rouge et la luminance) et V (diff´erence de bleu, ´ecart entre le niveau de bleu et la luminance) cor- respondent `a la chrominance (information de couleur). L’espace YDbDr, d´eriv´e de l’espace YUV est utilis´e par le syst`eme SECAM. Les composantes Db et Dr sont les diff´erences de couleur bleu et rouge. L’espace YUV est plus proche de la perception humaine que l’espace RVB mais ne la d´ecrit pas autant que l’espace TSL et ses d´eriv´es.
L’espace TSL (ou HSV en langue anglaise : Hue Saturation Value) et ses variantes (HSL (Luminance), HSI (Intensity)) sont bas´es sur la perception physiologique de la couleur par l’oeil humain, en introduisant des notions de Teinte (”Hue”), Saturation (”Saturation”) et de Luminance ou Intensit´e (”Value”). De nombreux travaux ont ´et´e men´es pour mettre au point de nouveaux espaces de repr´esentation des couleurs pour des utilisations et des contraintes bien particuli`eres, notamment dans le domaine de la vid´eo [7], de la robotique [37], de la synth`ese d’image [12] et de la reconnaissance d’objets [31]. Les espaces RVB et TSL, fr´equemment utilis´es dans la manipulation des couleurs sont d´etaill´es dans les deux sections suivantes.
4.3.1
L’espace RVB
Le mod`ele RVB demeure l’espace color´e le plus r´epandu. En effet, il est utilis´e dans la plupart des outils mat´eriels de visualisation (´ecran, vid´eoprojection...). Dans cet es- pace, chaque couleur est d´efinie par trois composantes : Rouge, Vert et Bleu `a valeurs `a l’int´erieur d’un cube unit´e (fig. 4.1.a). Cet espace a ´et´e d´evelopp´e en fonction des connais- sances li´ees `a la vision humaine, les cˆones de la r´etine humaine ´etant plus sensibles `a ces trois couleurs. Le mod`ele RVB est un mod`ele additif, i.e., chaque couleur est d´eduite `a partir du noir (R = V = B = 0) en ajoutant plus ou moins certaines composantes(fig. 4.1.b). Son compl´ementaire (l’espace CMYK) est un mod`ele soustractif dans lequel les couleurs sont d´efinies `a partir du blanc. Il est principalement utilis´e dans les travaux d’imprimerie (imprimerie quadrichromique). Ainsi, l’obtention d’une couleur dans l’es- pace CMYK s’effectue par la soustraction des composantes C, M et Y (on parle alors de synth`ese soustractive, contrairement `a la synth`ese additive de l’espace RVB). La compo- sante K (noire) est utilis´ee pour obtenir les couleurs grises, difficiles `a synth´etiser `a l’aide des trois composantes primaires CMY. L’ajout du noir permet aussi de mieux contraster les images et de produire des textes plus nets. Le noir ´etant une couleur moins coˆuteuse `a fabriquer que les autres teintes, son utilit´e est non seulement d’ordre esth´etique mais ´egalement ´economique. Le principal inconv´enient de l’espace RVB r´eside dans la mani- pulation quelque fois complexe des couleurs. En effet, l’augmentation de la luminosit´e
(a) (b)
Fig. 4.1 – (a) : Cube RVB. (b) : Composition additive des couleurs
d’une couleur s’effectue en variant proportionnellement les trois composantes. Les trois canaux R, V et B sont donc fortement corr´el´es. Cette contrainte majeure de manipula- tion rend l’espace RVB inappropri´e pour la visualisation que nous souhaitons r´ealiser. Par ailleurs, les r`egles d’interpr´etations de m´elanges color´es (i.e., vert=jaune+ bleu) h´erit´ees des conventions artistiques ne s’appliquent pas directement dans l’espace RVB, d’o`u une difficult´e d’interpr´etation. Il s’av`ere donc pr´ef´erable pour nos op´erations sur les obser- vations astronomiques multibandes, d’utiliser le mod`ele psychovisuel TSL bas´e sur la perception de la couleur par l’oeil.
4.3.2
L’espace TSL
L’espace colorim´etrique TSL (Teinte, Saturation, Luminance) a ´et´e d´evelopp´e pour offrir une manipulation intuitive des couleurs et permettre une s´election manuelle facile dans les applications interactives de type PAO. Il permet de d´ecomposer une couleur en trois crit`eres physiologiques :
– la teinte qui correspond `a la perception de la couleur, 0≤ T ≤ 360 ;
– la saturation qui correspond `a la puret´e de la couleur (vif ou terne), 0≤ S ≤ 1 ;
– la luminance correspondant `a la quantit´e de lumi`ere de la couleur (clair ou sombre), 0≤ L ≤ 1.
Ces trois composantes d´efinissent un cˆone repr´esent´e dans la fig. 4.2.a o`u l’ensemble des couleurs repr´esentables est ´egalement synth´etis´e (fig. 4.2.b). Chaque composante ´etant reli´ee `a une perception physiologique intuitive, la manipulation des couleurs dans l’espace TSL est intuitive et souple puisque contrairement au mod`ele RVB o`u les composantes sont corr´el´ees, par exemple, l’augmentation de la luminosit´e d’une couleur se fait uniquement en incr´ementant la valeur sur l’axe de la luminosit´e et sa saturation d´epend de la distance `a l’axe central du cˆone. Ce sont des propri´et´es essentielles pour le maniement de la couleur. L’espace de repr´esentation des couleurs TSL a donc ´et´e retenu dans nos m´ethodes de visualisation d’images astronomiques multispectrales.
Les deux m´ethodes de visualisation propos´ees ci-apr`es utilisent une analyse factorielle discriminante afin de param´etrer certains canaux de l’espace TSL ainsi qu’une ´etape pr´eliminaire de r´eduction bas´ee sur une analyse en composantes principales si le nombre
(a) (b)
Fig. 4.2 – (a) : Cˆone TSL. (b) : Ensemble des couleurs de l’espace TSL
de bandes de l’observation est sup´erieur `a 10. Ces deux m´ethodes sont d´etaill´ees dans la partie suivante.