CHAPITRE II Présentation des appareils et comparaison des
II. 3 3 Comparaison des L*a*b* (comparaison des couleurs) en photographie et
Les coordonnées CIELab sont, comme on l’a expliqué au I.4.1.3, une méthode pour classer les couleurs, qui permet d’objectivement comparer deux teintes dans des conditions d’observation données : la coordonnée L* étant celle de la clarté (comprise entre 0 et 100), la coordonnée a* étant l’axe vert-rouge et la coordonnée b* l’axe bleu-jaune. Les conditions d’observation généralement utilisées sont l’illuminant standard D65 (équivalent à la lumière du jour), et l’observateur
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standard 2° (qui correspond bien à la distance d’observation des œuvres dans les musées).
Les coordonnées L*a*b* peuvent être calculées à partir d’un spectre visible pour un illuminant et un observateur standards donnés, par une transformation mathématique non linéaire (voir II.2.3.). Elles peuvent également être calculées par des logiciels comme Adobe Photoshop à partir des photographies en couleur RVB (à l’aide de l’outil « Pipette »). Enfin, nous avons développé un programme qui permet de calculer, pour une zone d’une photographie sélectionnée, les coordonnées L*, a*, b* sous Matlab. Dans cette section, nous souhaitons comparer les valeurs des coordonnées L*a*b* générées par les 3 méthodes. Le profil choisi est le profil HasselbladRGB sur Photoshop ; la matrice de conversion en XYZ peut être celle de l’espace de travail sRGB ou Adobe RGB au choix.
Pour avoir une vision de l’ensemble des couleurs du spectre optique, la comparaison des coordonnées Lab se fait ici sur une charte de référence, la charte des couleurs ColorChecker DC de la marque GretagMacbeth (Figure II-46).
Figure II-46 - Charte Macbeth ColorChecker DC
Cette charte de référence utilisée en photographie est composée de 240 carrés de couleur calibrés dont les coordonnées L*a*b* sont connues et disponibles. Les couleurs sont réparties sur la totalité du spectre visible, et sont donc utiles pour notre étude comparative qui nécessite une calibration.
Si l’on reporte les coordonnées de couleur de l’ensemble des carrés de la charte sur un diagramme (a*,b*), on obtient le graphique suivant (Figure II-47) :
Figure II-47 - Coordonnées théoriques des 240 carrés de couleur de la charte (b* en fonction de a*)
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Pour comparer les coordonnées CIELab données par les différentes méthodes, on sélectionne les carrés de couleurs les plus saturés pour délimiter les « bords » des coordonnées (a*, b*). On sélectionne pour cela 37 carrés délimitant le nuage de point de la figure précédente, visibles sur la Figure II-48 (points rouges). Ce choix de points est bien entendu subjectif ; on considère cependant qu’une quarantaine de points suffit à représenter l’ensemble des couleurs du spectre visible, et qu’un choix de points différemment dispersés sur les extrémités du nuage donnerait un résultat équivalent.
Figure II-48 - Points théoriques (b* en fontction de a*) avec en rouge les points formant le contour des couleurs de la charte Macbeth
Les points sélectionnés forment un « contour » où l’ensemble des points de la charte est compris (Figure II-49).
Figure II-49 – Tracé du contour des couleurs théorique de la charte Macbeth
On mesure à la pipette sur le logiciel Adobe Photoshop les valeurs des coordonnées CIELab des 37 carrés de couleur sélectionnés. La taille de pipette utilisée est de
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101*101 pixels, et le profil utilisé est le profil HasselbladRGB.icc, qui correspond au profil utilisé par les photographes (qui est un profil de travail, intermédiaire).
Par ailleurs, on fait passer chaque carré par le programme Matlab qui transforme les coordonnées RVB en coordonnées CIELab (par la conversion sRGB puis Adobe RGB).
On trace les trois contours résultants sur le même graphique : le contour des données théoriques, celui des données issues du programme Matlab (espace de couleurs sRGB) et celui des données issues des mesures à l’outil Pipette de Photoshop (Figure II-50).
Figure II-50 - Comparaison des contours (b* en fonction de a*) pour les différentes méthodes de mesure des coordonnées L*a*b*
La première chose que l’on observe est la réduction du contour des couleurs lorsque la mesure est effectuée avec la pipette de Photoshop, et la relative similarité entre le contour théorique et celui issu des mesures avec Matlab.
Pour avoir une idée de comment évolue un point particulier, on a mis en évidence dans la figure suivante (Figure II-51) l’évolution de quelques points (les flèches matérialisent l’évolution entre la valeur théorique de (a*,b*) et la valeur expérimentale mesurée par Matlab et par la pipette).
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Figure II-51 - Comparaison des contours des couleurs avec aperçu des évolutions de certains carrés de la charte (S5, G8, S4, N10, F11, I4, O5)
L’évolution des points est irrégulière. On ne peut conclure à une transformation (simple) de l’espace des couleurs.
Le changement de la matrice de conversion de sRGB en Adobe RGB implique des petites variations pour les données calculées par Matlab, mais la différence est faible et la cartographie est très ressemblante avec celle donnée en figure II-50. Quant au changement de profil ICC, nous avons testé le changement d’HasselbladRGB (profil de travail intermédiaire) en Adobe RGB (profil de sortie des images finales) et la modification des résultats est encore une fois très faible.
Cette expérience nous permet tout de même de nous rendre compte que les mesures des coordonnées CIELab avec des outils différents ne sont pas tous proches de la réalité (ou de la théorie), et que certaines mesures, comme l’utilisation de la pipette sous Photoshop (dans les conditions de notre expérience seulement), peuvent donner des résultats très différents. Cette conclusion est partielle et nécessiterait plus d’investigations, que nous n’avons pas pu faire dans les temps impartis, notamment travailler sur les profils ICC. Il s’agirait notamment d’étudier de plus près le profil ICC utilisé par Photoshop (HasselbladRGB .icc) pour générer les valeurs CIELab, et éventuellement de trouver une méthode pour convertir les valeurs données par Photoshop en valeurs réelles. Enfin, les mesures Matlab nécessitent elles aussi d’autres investigations avec l’étude précise des variations des coordonnées L*a*b* avec le choix de la matrice de conversion RGB->XYZ.
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Conclusion du chapitre II
L’étude comparative des appareils permettant de mesurer les données liées à la couleur (spectre, image, coordonnées colorimétriques) nous apporte différentes informations selon la donnée concernée, informations qui sont importantes dans la recherche sur les objets du patrimoine car cette recherche est basée sur l’utilisation combinée de plusieurs techniques d’analyse. En effet, pour analyser une peinture, on pourra utiliser la fluorescence X, mais elle ne donnera pas toutes les informations que l’on cherche ; il faudra en complément utiliser d’autres méthodes (spectrophotométrie, diffraction X, radiographie,...) pour résoudre les diverses questions que l’on se pose sur l’œuvre. L’idée est de savoir, dans un cadre d’études pluridisciplinaires comme celles-ci, si :
- Deux appareils donnant la même donnée optique sont cohérents entre eux - Une technologie peut en remplacer une autre.
Pour répondre à ces questions, nous avons comparé entre eux les différents appareils qui permettent d’obtenir un spectre, une image et des coordonnées CIELab. En effet, il est possible lorsque l’on veut mesurer un spectre visible d’avoir le choix entre différents appareils à utiliser. Sont-ils rigoureusement équivalents ? Peut-on considérer qu’un spectre tiré d’une image hyperspectrale (cette technologie étant assez récente) est fiable comme un spectre mesuré par un spectrophotomètre ? Nous avons tenté de répondre à ces questions, en comparant les résultats de 4 spectrophotomètres à mesure ponctuelle, et de 3 caméras hyperspectrales, opérant dans le domaine visible et/ou infrarouge. Nous avons déduit de nos expérimentations que globalement les différents appareils donnent des spectres très proches, de même « forme », à quelques pourcents de réflectance près. Les différences plus importantes (mais tout de même inférieures à 10% d’écart) que l’on peut observer sur la céramique rouge sont probablement dues à la forte intensité du rouge aux grandes longueurs d’onde à laquelle est sensible le capteur. Pour des signaux à forte intensité, on peut donc suggérer d’utiliser le même appareil pour mesurer des variations.
Concernant la donnée optique de l’image, il n’a pas été obtenu d’équivalent à la photographie traditionnelle à partir de plusieurs protocoles proposés basés sur les images hyperspectrales. Mais nous n’avons testé que 3 possibilités de traitement de l’image, que ce soit pour la lumière directe ou l’IRFC, dans le temps de cette thèse,
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et émis pour cela de nombreuses hypothèses restrictives, notamment sur le post- traitement, les sensibilités des capteurs de l’imagerie hyperspectale, etc... Il serait intéressant de poursuivre cette démarche pour trouver la bonne combinaison de bandes qui permet de se rapprocher au mieux, si c’est possible, de la photographie traditionnelle. Dans le cas où cela serait possible, il faudrait également mettre dans la balance la comparaison du coût (en temps d’acquisition et en données générées à stocker) de l’acquisition d’une image hyperspectrale comparé à celui de la photographie traditionnelle. Malgré le fait que nous n’ayons pu étudier le processus complet de photographie pour comprendre pourquoi nous n’arrivons pas à le reproduire en imagerie hyperspectrale, nous avons décidé de développer les possibilités uniques de l’imagerie hyperspectrale qui permettent de choisir une image par longueur d’onde pour générer des images fausses couleurs plus pertinentes pour la détection des pigments dans le chapitre IV.
Enfin, les différentes méthodes permettant de calculer les coordonnées CIELab à partir d’une image ne sont pas équivalentes : par notre programme Matlab, le passage des coordonnées RVB en XYZ puis en L*a*b* donne de meilleurs résultats que par Photoshop et son outil automatique Pipette (dans les conditions évoquées ci-dessus). Le champ des couleurs paraît déformé et réduit dans le second cas. D’autres investigations sont nécessaires pour en savoir plus sur le fonctionnement de cet outil, et également en approfondissant la recherche quant au profil utilisé (HasselbladRGB ou Adobe RGB), et elles pourront être menées après cette étude. L’information fondamentale que nous a apprise cette analyse est qu’il faut se montrer prudent face aux coordonnées colorimétriques données automatiquement par les logiciels de traitement comme Adobe Photoshop.
Après avoir testé et comparé les différents appareils générant des données optiques, nous sommes en mesure de les utiliser pour analyser les pigments sur les peintures de chevalet en intégrant les informations suivantes :
- Les spectres générés par le spectrophotomètre RUBY et le spectromètre ASD peuvent être utilisés (les autres spectrophotomètres n’étant pas fiables aux longues et aux courtes longueurs d’onde à cause du problème du logiciel Spectrasuite) ;
- La mesure des coordonnées CIELab par Photoshop et Matlab doit être pratiquée avec précaution.
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- La photographie traditionnelle ne peut pour le moment être remplacée par l’imagerie hyperspectrale.
Après avoir caractérisé en détail chacune des techniques dans ce chapitre, nous évaluerons dans le chapitre suivant les techniques de spectrophotométrie, de spectrométrie infrarouge et de photographie en fausses couleurs traditionnelle pour la caractérisation des pigments sur des échantillons de peinture afin de mesurer leur efficacité pour cette application là.