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Évaluation des capacités du dos numérique Sinar 54 H dans la reproduction des couleurs
du manuscrit LATIN 8500 conservé à la Bibliothèque nationale de France
Tome 1 / 2
Mémoire de recherche présenté par :
Marion DEVINCRE
Sous la direction de : Monsieur Patrick BRAMOULLÉ, expert en procédés numériques à la Bibliothèque nationale de France
Monsieur Alain SARLAT, professeur de sensitométrie et colorimétrie à l’ENS Louis Lumière
Membres du jury : Madame Françoise DENOYELLE Mademoiselle Véronique DURR Monsieur Patrick BRAMOULLÉ Monsieur Pascal MARTIN Monsieur Alain SARLAT
Année 2005
École Nationale Supérieure Louis Lumière
2
Sommaire
Remerciements........................................................................................................................................... 4
Résumé........................................................................................................................................................ 5
Abstract ...................................................................................................................................................... 6
Introduction................................................................................................................................................ 7
Chapitre 1 ................................................................................................................................................. 10
La couleur dans les manuscrits enluminés ............................................................................................ 10 I. La composition des enluminures........................................................................................................ 11
I.1. Les supports ............................................................................................................................... 11 I.1.a. Le papyrus .......................................................................................................................... 12 I.1.b. Le parchemin...................................................................................................................... 12 I.1.c. Le papier............................................................................................................................. 14
I.2. Les matières colorantes.............................................................................................................. 15 I.2.a. Les encres ........................................................................................................................... 16 I.2.b. Les pigments ...................................................................................................................... 17 I.2.c. Les liants ............................................................................................................................ 17
I.3. L’état de conservation................................................................................................................ 18 I.4. La présentation du manuscrit LATIN 8500 ............................................................................... 19
II. La couleur dans la reproduction ...................................................................................................... 22 II.1. La couleur : un phénomène culturel ......................................................................................... 22
II.1.a. Les exigences face à une reproduction.............................................................................. 22 II.1.b. La couleur au Moyen Age................................................................................................. 24 II.1.c. La couleur aujourd’hui...................................................................................................... 25
II.2. La colorimétrie : un outil de détermination objective de la couleur. ........................................ 26 II.2.a. La définition de la couleur ................................................................................................ 27 II.2.b. Les domaines d’utilisation ................................................................................................ 29
II.3. La détermination des différences de couleur ............................................................................ 32 II.3.a. Les représentations colorimétriques uniformes................................................................. 32 II.3.b. La notion de seuil différentiel ........................................................................................... 35 II.3.c. Les indices de différences couleur .................................................................................... 35
Chapitre 2 ................................................................................................................................................. 37
Les études spectrales................................................................................................................................ 37 I. La détermination de la palette couleur du manuscrit LATIN 8500 ................................................... 38
I.1. Les techniques de laboratoire..................................................................................................... 38 I.1.a. La spectroscopie Raman..................................................................................................... 38 I.1.b. La technique PIXE ............................................................................................................ 39 I.1.c. La diffraction par rayons X ............................................................................................... 40 I.1.d. La spectrophotométrie par réflexion .................................................................................. 41
I.2. Les données expérimentales....................................................................................................... 41
3
I.2.a. Le dispositif ........................................................................................................................ 41 I.2.b. Les plages neutres .............................................................................................................. 42 I.2.c. Le parchemin...................................................................................................................... 42 I.2.d. Les plages de couleurs........................................................................................................ 43 I.2.e. Les dorures ......................................................................................................................... 44
I.3. La carte colorimétrique .............................................................................................................. 45 II. La détermination de la réponse spectrale du système d’acquisition ................................................ 47
II.1. Les facteurs limitatifs ............................................................................................................... 48 II.1.a. La fonction de transfert ..................................................................................................... 48 II.1.b. La résolution ..................................................................................................................... 48 II.1.c. Le bruit.............................................................................................................................. 49 II.1.d. La sensibilité ..................................................................................................................... 50
II.2. La réponse du système en fonction de la luminance................................................................. 50 II.3. L’acquisition trichrome ............................................................................................................ 52
II.3.a. La recherche...................................................................................................................... 53 II.3.b. L’exploitation de la réponse spectrale des filtres RVB..................................................... 56 II.3.c. Le traitement de l’information lors de l’acquisition numérique........................................ 59
chapitre 3 .................................................................................................................................................. 62
L’acquisition numérique ......................................................................................................................... 62 I. La confrontation sujet/système d’acquisition ................................................................................... 63
I.1. Le choix de la source ................................................................................................................. 63 I.2. Quelque singularité .................................................................................................................... 65 I.3. La dynamique du sujet face à la courbe de réponse ................................................................... 66
II. Les paramètres d’acquisition ........................................................................................................... 68 II.1. La détermination de l’exposition .............................................................................................. 68
II.1.a. L'évolution colorimétrique ................................................................................................ 69 II.2. Le choix de l’espace de représentation ..................................................................................... 72
III. L’analyse colorimétrique ................................................................................................................ 74 III.1. Les écarts de couleur ............................................................................................................... 74 III.2. L’expérience visuelle .............................................................................................................. 76
IV. Vers une optimisation des résultats................................................................................................. 79 IV.1. Regard sur la charte ColorChecker ......................................................................................... 79 IV.2. Regard sur le manuscrit LATIN 8500..................................................................................... 82
IV.2.a. État des lieux des prises de vue ....................................................................................... 82 III.2.b. Les corrections apportées ................................................................................................ 84
IV.3. Discussion ............................................................................................................................... 86
Conclusion ................................................................................................................................................ 87
Bibliographie ............................................................................................................................................ 90
4
REMERCIEMENTS
Ce travail s’est réalisé grâce au soutien du corps administratif de la Bibliothèque
nationale de France.
Je tiens à remercier particulièrement Messieurs Patrick Bramoullé et Alain Sarlat pour
leur soutien et leur aide efficace, ainsi que Monsieur Bruno Baudry, directeur du
département de la reproduction de la BnF, Madame Marie-Pierre Lafitte, conservateur en
charge du fond Latin au département des manuscrits de la BnF, et tout le personnel des
ateliers de la reproduction.
5
RESUME
Depuis une récente acquisition d’appareils de prise de vue numérique, le
Département de la reproduction de la Bibliothèque nationale de France est soucieux de
connaître la pertinence de son matériel. Ainsi il peut anticiper sur la qualité de la production
afin de préserver l’intégrité des fonds de sauvegarde.
Certains manuscrits médiévaux ont déjà mis en défaut les supports photographiques
argentiques. En effet, quelques couleurs posaient d’importantes difficultés de restitution.
Ce travail veut donc étudier les performances du nouveau matériel numérique face à ce
sujet critique. Nous nous sommes penchés sur un cas particulier mais néanmoins
représentatif d’une grande partie de la collection ; le manuscrit LATIN 8500.
Les analyses spectrales du sujet et du système d’acquisition apportent une première
réponse : la plupart des couleurs mises en jeu, ici, ne présentent pas de particularités
critiques au niveau de l’acquisition de l’information. En revanche, si la réponse spectrale du
système est satisfaisante, sa pertinence en terme de traitement du signal est moindre.
Bien que parfaitement adapté à une charte de calibration fixée, le système ne prend
pas en compte toutes les subtilités du manuscrit. Ses algorithmes de mapping étant
intimement liés aux points de référence donnés par l’outil de calibration, il peut être
envisagé de réfléchir à une charte spécifique, reprenant les caractéristiques spectrales d’un
ensemble de sujets plus particuliers.
Mots clés : manuscrit LATIN 8500, dos numérique Sinar 54 H, analyse spectrale,
traitement de l’information colorée.
6
ABSTRACT
Having recently change its equipment for digital cameras, the Preservation
Department of the Bibliothèque nationale de France is willing to evaluate how relevant its
choice has been in order to anticipate on the quality of production and to preserve integrity
of the photographic archives.
Traditional films are known for not being the apt option to restitute all the colours
concerning few enluminated manuscripts. The LATIN 8500 manuscript is a rightful
illustration of the collection and allows us to test the digital cameras.
Then, spectral analysis of the manuscript and the camera bring up a first answer:
most of colours at stake are correctly captured. However, the data processing is less
satisfying.
As a conclusion, the conventional calibration chart sets the average optimum but the
camera is not able to restitute all the subtleties of the manuscript. Processing is directly
linked to calibration chart parameters. So, a specific chart could be considered.
7
INTRODUCTION
Le manuscrit enluminé apparaît à nos yeux comme objet précieux car témoin d’une
histoire, d’un passé culturel et social. Bien plus qu’un ouvrage littéraire, il est aussi le
support indéniable d’une activité artistique véritable, un outil d’expression sans équivalent
pour l’époque. A ce titre, il constitue une source énorme d’informations pour les
chercheurs spécialistes mais aussi pour tous les curieux des us et coutumes et des esprits
d’antan.
Les aléas du temps ne l’ont pas atteint comme ses voisines créations : peintures de
chevalet, fresques, tapisseries. En tant qu’ouvrage intime, car pudique de par sa forme
livresque, il a bénéficié de tout le soin et le respect accordés à une œuvre importante, tout
en étant diffusé et étudié avec attention à travers l’Europe entière. Ses textes, comme ses
illustrations, discourent, dévoilent, critiquent, amusent avec une virtuosité éclatante. Objet
de collection, de bibliothèque, il n’est divulgué que tardivement dans les musées. Pourtant
sa richesse est sans commune mesure.
« Seule la miniature, soigneusement préservée
à l’intérieur du livre, parmi ses pages, de l’humidité,
de l’air, de la lumière et de la poussière, a su faire
parvenir jusqu’à nous le coloris de la peinture
ancienne dans sa fraîcheur originelle »1.
Aujourd’hui, les couleurs éclatantes des miniatures nous sautent aux yeux. Elles sont
le fruit d’un travail strict et exigent dont la qualité est, dès la fabrication, un impératif. Par
amour puis honneur de leur métier, les moines-artistes et les « maîtres laïcs » portent une
attention toute particulière aux matières premières, préparations et finitions de leurs
ouvrages. Leur activité en dépendaient ; les commanditaires, aristocrates, bourgeois et le
clergé, ne discutaient pas en effet sur la qualité attendue.
1 VORONOVA Tamara, STERLOGOV Andrei, Manuscrits enluminés occidentaux du VIIIème au
XVIème siècles, à la bibliothèque nationale de Russie de St Petersbourg, France, Espagne, Angleterre, Allemagne, Italie, Pays-bas, Parkstone, Aurora, 1996, p.7.
8
De tels ouvrages rivalisaient pleinement avec les plus grandes œuvres d’orfèvrerie.
Tout lecteur peut prendre conscience du travail accompli et de la sueur déposée sur les
multiples feuillets réalisés.
Cher lecteur, lorsque tu tourneras ces pages
de tes doigts, veille à ne pas en abîmer l’écriture.
Personne mieux que le copiste n’a idée de ce que
représente un travail difficile. Il est aussi doux au
copiste de tracer la dernière ligne qu’au marin de
rentrer à son port natal »2.
La miniature est la peinture accompagnant le texte manuscrit. Elle tient son nom du
mot latin miniare qui signifie « de petite taille » et qui est également relatif au composant le
minium qui désigne le pigment rouge élémentaire utilisé pour les encres ou les couleurs. Le
moine qui entamait un texte par une lettrine à l’encre rouge était d’ailleurs appelé le miniator.
L’enluminure, par son « caractère spécifique, intime […] est indissolublement lié au
livre manuscrit ». Initialement destinée à l’élite des peuples, elle ne s’est pourtant pas
cantonnée à une technique rigide et unique. Bien au contraire, au regard de nombreux
historiens de l’art, elle est le « laboratoire de nouveaux procédés », « le champs
d’expérimentation de la peinture » et influence ainsi l’ensemble des arts plastiques.
La Bibliothèque nationale de France possède une très belle collection de manuscrits
enluminés, occidentaux et orientaux. Parce qu’elle est sollicitée dans le monde entier, elle
est directement confrontée aux problèmes de conservation, restauration et reproduction.
Elle doit être garante de l’intégrité de ces fonds patrimoniaux. La qualité des supports de
diffusion devient alors primordiale.
Le Département de la reproduction est chargé d’alimenter, à la fois, les fonds de
sauvegarde des diverses collections et le besoin, plus immédiat, du public. De cette double
problématique se dégage parfois des priorités antagonistes ; alors que le souci de diffusion
répond à une demande publique avec des contraintes essentiellement commerciales, le
2 VORONOVA Tamara, STERLOGOV Andrei, Manuscrits enluminés occidentaux du VIIIème au XVIème siècles, à la bibliothèque nationale de Russie de St Petersbourg, France, Espagne, Angleterre, Allemagne, Italie, Pays-bas, Parkstone, Aurora, 1996, p.10.
• Introduction
9
travail de conservation nécessite une réflexion dans le long terme afin d’assurer la qualité
des fonds de sauvegarde, soit la pérennité de notre patrimoine.
De nombreux facteurs expliquent l’arrivée de matériel numérique au sein du
Département de la reproduction. Qu’ils soient d’ordre économique, commercial ou
culturel, l’avantage supplémentaire indéniable est de fournir des documents dont la durée
de vie est nettement plus importante que celles des émulsions photographiques
traditionnelles. Pendant de nombreuses années, les supports utilisés étaient argentiques
mais force est de constater que ces derniers ont une carrière malheureusement restreinte.
Dans ce sens, l’arrivée du numérique n’est que logique et évidente. Les nouveaux appareils
d’acquisition complètent le matériel de numérisation indirecte, déjà utilisé depuis quelques
années.
Comment, alors, aborder ce bouleversement technique sans entraver la continuité de
la production ? Les ateliers de la reproduction, comme les départements des manuscrits,
sont curieux d’acquérir des méthodes et supports d’informations pour mieux appréhender
les problèmes généraux de conservation.
A la suite de quelques constatations faites sur les supports de sauvegarde argentiques,
une question se porte aujourd’hui sur les performances du numérique en matière de
reproduction des couleurs. Certains manuscrits ont, en effet, déjà posé quelques difficultés
de restitution colorée aux supports argentiques. Ainsi, l’étude veut se pencher précisément
sur cette problématique en considérant le nouveau support numérique. Quels sont alors les
moyens mis à notre disposition pour juger de la qualité de la reproduction ? L’analyse
colorée du système est-elle en adéquation avec les caractéristiques spectrales du sujet et
quelles optimisations peut-on enfin envisager ?
• Introduction
10
CHAPITRE 1
LA COULEUR DANS LES MANUSCRITS
ENLUMINES
Qu’il soit d’art roman, gothique ou datant de la Renaissance, qu’il provienne
d’Occident ou d’Orient, le manuscrit dévoile autant de particularités qu’il y eut d’artistes
doreurs et peintres.
Une brève étude de la composition chimique des miniatures renseigne quant à la
complexité d’une caractérisation unique. Elle explique le choix d’un seul manuscrit pour la
suite de l’étude. Ce travail portant sur une problématique de reproduction photographique,
une réflexion quant à la pertinence des notions et outils utilisés permet de fixer les
exigences attendues.
11
« Enluminer c’est travailler sur du velin avec
du blanc d’œuf qui détrempe les couleurs, ou de la
gomme. Puis on peint avec de l’or moulu (non pas
en feuille) et azur d’acre, c’est-à-dire le plus fin, qui
vient après l’or dans la carrière. C’est l’outremer.
On l’apporte d’Espagne ou des Indes »3
I. LA COMPOSITION DES ENLUMINURES
Les manuscrits enluminés font l’objet de nombreuses études, historiques,
histologiques, paléographiques, codicologiques qui ensemble permettent d’établir une
identification la plus exacte possible de chaque ouvrage. Ce travail phénoménal, riche et
complexe, fait appel à de nombreuses manipulations expérimentales qui, tout en
considérant les ouvrages dans leur plus grande préciosité, doivent nourrir à la fois les
réflexions des historiens et celles des conservateurs, soucieux de préserver au mieux ces
témoignages.
I.1. Les supports
Les manuscrits médiévaux se présentent sous forme de codex : forme du livre que
nous connaissons encore aujourd’hui, qui remplace heureusement le volumen, rouleau
pouvant atteindre plusieurs mètres de long. Cette première révolution est à l’origine
d’importants bouleversements dans l’appréhension des textes et de la lecture. En plus d’une
modification de la forme, c’est toute une approche intellectuelle qui s’en voit développée
car « désormais […] il est possible de copier une longue œuvre en un volume de
dimensions réduites »4. Le savoir et la culture, en son sens le plus général, deviennent
accessibles grâce à une révolution pratique qui permet non seulement de développer une
3 Louis DIMIER, L’art d’enluminure, traité du XIVème siècle traduit du latin avec des notes
tirées d’autres ouvrages anciens et des commentaires par Louis Dimier, citation de Pierre LEBRUN, Paris, Louis Rouart et fils, 1927, p. 1.
4 Jean VEZIN, Histoire de l’édition française, le livre conquérant, du Moyen Age au milieu du XVII ème
siècle, tome I, « la fabrication du manuscrit », Paris, Promodis, 1982, p. 25.
• Chapitre 1
Figure 1 : détail du folio 14a du manuscrit LATIN 8500
12
lecture individuelle et personnelle mais aussi d’être à l’origine de nouveaux moyens
d’expression de par l’illustration essentiellement.
Le papyrus, le parchemin et le papier sont trois supports qui induisent des propriétés
physiques propres, dépendantes de la nature même de leurs constituants mais également, et
de la même manière que les pigments, des techniques de fabrication.
I.1.a. Le papyrus
Le papyrus provient de l’alfa, dans la vallée du Nil. Il est constitué de bandes, issues
de la moelle de cette plante, que l’on assemble avec de la colle végétale de façon à obtenir
des rouleaux.
Le papyrus existe depuis le IIIème millénaire de notre ère. Beaucoup utilisé sous les
empires grecs et romains, il perdure jusqu’au XIIème siècle en raison de son coût avantageux
même si le parchemin le supplante dès le IVème siècle. C’est un support très fin et très
résistant mais friable et sensible aux conditions climatiques.
I.1.b. Le parchemin
« Peau d’animal épilée et effleurée ayant subi
un traitement non tannant (ou très peu tannant) puis
un séchage sous tension le [sic] rendant propre à
recevoir l’écriture sur ses deux faces »5
Le parchemin est le support majeur des manuscrits jusqu’au XVème siècle. Son
utilisation est généralisée dès le IVème siècle mais certaines études paléographiques6
montrent que ce support est connu depuis le Ier siècle.
Le parchemin provient de peaux de bêtes (moutons, vaches, chèvres) qui sont
traitées puis polies de manière à obtenir le support d’écriture souhaité. Il existe plusieurs
types de parchemins qui sous-entendent plusieurs qualités de support ; les parchemins les
plus précieux sont fabriqués à partir de peaux de veaux (velin), de chevreuils et d’agneaux
5 Denis MUZERELLE, Vocabulaire codicologique, répertoire méthodologique des termes français relatifs aux manuscrits, Paris, CEMI, p. 39.
6 Etudes paléographiques, Londres, British Library, pap. 745.
• Chapitre 1
13
morts nés. Ce sont les plus fins et les plus blancs que l’on garde pour les ouvrages de riches
commanditaires, pour les ouvrages précieux.
Traitement des peaux animales
o Lavage des peaux
o L’épilée : on enlève les poils de la peau en la plongeant dans un bain de lait de
chaux appelé le pelain.
o Séchage sur des herses ou châssis en bois 7
o L’écharnage : on racle des impuretés de la surface à l’aide d’une lame
o Séchage
o Ponçage à l’aide d’une pierre ponce pour permettre l’écriture
o Dépôt de poudre de craie
o Dépôt d’un enduit à base d’huile de lin, ou de blancs d’œuf ou de lait.
Les différentes origines animales ainsi que les variantes apportées aux opérations
d’amincissement, d’assouplissement et de blanchiment expliquent la diversité, tant au
niveau physique que colorimétrique, de l’aspect du support. De plus, les techniques de
façonnage varient selon les régions.
Cependant, l’aspect et la tenue du parchemin sont des indicateurs pour la datation de
l’ouvrage. Par exemple, les plus anciens manuscrits sont sur parchemin très fin et souple
alors que des manuscrits provenant des scriptoria sont épais et rigides. Il est d’ailleurs
quasiment impossible de différencier le côté « chair » du côté « poil ». A partir du XIIIème
siècle, le parchemin est de nouveau fin, souple et très blanc. La face « chair » est très
semblable à la face « poil ». Il existe également des parchemins pourpres teintés de
l’Antiquité ; on retrouve un aspect similaire mais sous forme de peinture superposée au
support aux Xème et XIème siècles. A la fin du Moyen Age, quelques livres précieux sont de
parchemins noirs (une des œuvres d’art les plus connues est le livre d’Heure du Duc Galéas
Maria Sforza conservé à la bibliothèque nationale à Vienne) ou dorés à la feuille.
7 Ce qui différencie le parchemin du cuir est l’orientation des fibres de collagène. La tension
exercée sur la peau lors de la préparation du parchemin modifie l’état initial de la matière alors que celui reste inchangé lors de la fabrication d’un cuir.
• Chapitre 1
14
Les chiffres relatifs à la consommation de peaux de bêtes peuvent paraître scandaleux
aujourd’hui. Néanmoins, certaines indications annoncées ne sont pas très réalistes. En fait,
un manuscrit ordinaire nécessitait 20 à 40 peaux. La Bible de Souvigny, énorme livre de 560
x 390 mm, constituée de 392 folios, a nécessité 200 peaux. Face à cette consommation
accrue, beaucoup de manuscrits sont issus d’une opération qu’on appellerait aujourd’hui de
recyclage. Les anciens textes jugés peu intéressants sont effacés en lavant et grattant les
peaux. Ainsi, de nouveaux textes peuvent être écrits. Ce sont les manuscrits sur
palimpsestes.
I.1.c. Le papier
Le papier est un support d’origine végétale amené en Occident par les Arabes depuis
la Chine. Les plus anciens d’Europe proviennent donc d’Espagne et d’Italie et datent du
XIème siècle. En France, son utilisation se généralise au XIVème siècle avec l’apparition de
moulins à papier à Troyes, Essonnes et Saint Cloud.
Fabrication du papier
o Le tri et le lavage après fermentation : amas de chiffons de lin ou de chanvre non teints.
o Le découpage et le broyage : les chiffons sont coupés en petits morceaux puis broyés en pulpe dans des mortiers
o La dilution de la pulpe dans de l’eau : on obtient un liquide que l’on place ensuite dans des moules (feutres)
o La presse : sert à extraire un maximum d’eau. On retire les feutres et on sèche les feuillets.
o L’encollage : permet de préparer le support à l’écriture
o La presse et le polissage.
La datation des papiers suit beaucoup l’étude des filigranes : formes ou dessins faits à
partir de fils de fer resserrant les vergeurs et les pontuseaux qui consolident les cadres en
bois de séchage.
Aujourd’hui, les techniques d’investigation des manuscrits anciens sur parchemins
posent encore des problèmes pratiques. Si l’évolution, en terme de conservation, du
support papier est connue, il n’en est pas de même pour le parchemin et pour le papyrus. Il
est cependant tout à fait établi que les méthodes de fabrication joue à la fois sur les
caractéristiques colorimétriques et sur la conservation des matériaux.
• Chapitre 1
15
« … Toutes ces choses étant ainsi exécutées,
faites un mélange de gomme très brillante et
d’eau. Mêlez-en toutes les couleurs sauf le vert, la
céruse, le vermillon et le carmin. Vous mêlerez le
vert d’Espagne avec le vin pur et, si vous voulez
faire des ombres, ajoutez un peu de sève d’iris, de
chou, ou de poireau. Vous mêlerez avec du clair
de blanc d’œuf, le vermillon, la céruse et le
carmin. Quant aux autres mélanges de couleurs
dont vous aurez besoin, préparez-les comme ci-
dessus indiqué. Toutes les couleurs doivent être
posées deux fois sur les livres, d’abord très
légèrement, ensuite plus solidement. Sur les lettres
il ne faut en mettre qu’une seule fois ».8
I.2. Les matières colorantes
La littérature de l’époque apporte de précieuses indications quant à la nature
chimique des pigments et des liants mais aussi quant à la manière de les préparer. Bien que
ces recettes manquent parfois de précision, elles sont au moins le témoin d’une pratique
reposant beaucoup sur la patience, le savoir-faire et le perfectionnisme des copistes et
miniaturistes.
Entre les VII ème et XII ème siècles, les moines utilisaient à la fois des pigments
d’origine minérale, animale et végétale. Leurs choix dépendaient essentiellement de leur
possibilité de se procurer ou non tel composant, mais aussi de leurs expériences
d’alchimiste, si singulières. Les couleurs obtenues sont le fruit de préparations originales
qui, bien que proches par leur composition chimique, offrent une diversité de nuances
considérable. Les moines appliquaient leurs propres recettes de préparation des couleurs, se
8 Gilberte GARRIGOU, Naissance et splendeurs des manuscrits monastiques (du VIIème au XIIème
siècle), préface de Jean Glénisson, Nancy, 1994, p. 46.
Extrait de recette tiré de L’enluminure de Karl ROBERT, Paris, ed. Henri Laurens, 1891.
• Chapitre 1
Figure 2 : détail du folio 14a du manuscrit LATIN 8500
16
basant sur des textes anciens souvent mal retranscrits mais surtout laissant place à
l’initiative de chacun.
A partir du XIIème siècle, des ateliers laïcs accompagnant l’apparition des premières
universités, se spécialisent dans la production et la commercialisation du livre. Les
préparations des couleurs sont alors légèrement moins empiriques.
Le moine Théophile, dans son traité Des divers arts, rapporte comment il faut s’y
prendre pour peindre sur parchemin, comment on écrit avec de l’encre d’or, comment il
« convient » de peindre des autels en rouge, les selles des chevaux, les draperies sur les
murs, le visage ou les yeux des personnages,…
Des techniques de laboratoire complètent alors l’étude grâce à des théories et
procédés scientifiques plus ou moins adaptés. Les manuscrits enluminés étant autant de
témoignages historiques que de véritables œuvres d’art _ pour les plus précieux _ la
difficulté majeure rencontrée par les chercheurs historiens et scientifiques, est d’appliquer
des techniques d’investigation non destructrices pour les ouvrages9.
I.2.a. Les encres
L’encre, matériau de l’écriture, peut être noire ou de couleur. Le rouge, encre
composée de cinabre, était réservé aux lettrines. Souvent le copiste rehaussait la couleur en
lui ajoutant une légère couche d’or ou d’argent ou encore d’orpiment, qui donnait le même
effet doré.
Elle joue un rôle important dans la conservation de l’œuvre. Parfois mal adaptée au
support, elle devient nocive et détruit petit à petit le parchemin. L’encre noire, elle, peut
être :
o Au carbone ; noir de fumée ou produits de calcination lié avec de la gomme
d’arbre ou de la gélatine ou encore du blanc d’œuf. L’eau et le miel servaient de diluant.
o Metallo-gallique ; tannin ou sulfate de cuivre ou de fer lié à de la gomme arabique
ou de la résine. Les diluants sont multiples : eau, bière, vin, urine ou miel.
9 A l’heure actuelle, la spectroscopie Raman, complétée par des mesures spectro-
colorimétriques et procédés par diffraction, fournit des éléments de recherche tout à fait satisfaisants, tant par leur fiabilité que par leur ergonomie.
• Chapitre 1
17
o Mixte ; le noir de fumée est mélangé à des extraits végétaux contenant du tannin.
Les encres mixtes sont d’une noirceur plus affirmée.
I.2.b. Les pigments
Voici quelques pigments répertoriés dans Naissance et splendeurs des manuscrits
monastiques (du VII° au XII° siècle), de Gilberte GARRIGOU10 :
o Pigments naturels inorganiques : jaune d’orpiment, orange de realgar, vert de
malachite, ocres rouges et jaunes (argiles), lazurite ou Lapis-laruli, azurite.
o Pigments naturels organiques : rouge de la cochenille ou kermès, vermiculum,
pourpre (coquillage murex), fiel (bile animale), safran, folium, indigo, pastel ou guède,
brésillet, sève de différentes plantes (poireau, persil,…), fruits, saudragon.
o Pigments chimiques inorganiques : cinabre, céruse, vert de gris.
Les pigments ne résument pas à eux seuls la couleur. Accouplés à des liants selon
diverses méthodes, ils peuvent offrir une variété de couleurs impressionnante. Les
techniques de broyage et de fixage influent par exemple sur la saturation de la couleur
résultante. La nature du liant apporte plus ou moins de brillance. Une préparation couleur
est enfin caractérisée par son pouvoir couvrant, son facteur de réflexion spectral et sa
permanence à la lumière.
I.2.c. Les liants
Parmi les principaux liants, on trouve le blanc d’œuf, la colle cerbura (corne de cerf),
la colle de peau, la colle de poisson, la colle de parchemin, les eaux de gomme, le miel, le
sucre, le vin, le vinaigre, la résine.
La nature des liants est, en effet, tout aussi importante que celle des pigments en
terme de rendu coloré global. L’artiste moine jouait en effet sur les propriétés de brillance,
de fluidité, de compatibilité entre les différents éléments, pour obtenir une palette couleur
intéressante, nuancée et efficace. En plus du souci de la couleur en soi, chaque préparation
devait répondre à des problèmes plus pragmatiques comme l’adhérence au support et la
10 Gilberte GARRIGOU, Naissance et splendeurs des manuscrits monastiques (du VIIème au XIIème
siècle), préface de Jean Glénisson, Nancy, 1994, p. 39.
• Chapitre 1
18
durabilité de la teinte. Certains mélanges (par exemple le plomb et le soufre) noircissaient
très rapidement. Les manuscrits enluminés étant souvent des travaux de commandes, le
souci de la durabilité existait déjà chez les artisans moines.
A travers dix siècles, les matières colorantes utilisées ont sensiblement évolué.
Néanmoins, on constate que la mise en œuvre de ces dernières constitue un facteur
essentiel dans le rendu coloré des œuvres. Les compositions fines, minutieuses relevées
d’or du XVème siècle n’offrent pas le même spectacle de couleurs qu’une enluminure plus
minimaliste du IXème siècle. Pourtant la nature des matières première est sensiblement la
même.
I.3. L’état de conservation
Dans une étude telle que celle-ci, il semble essentiel de considérer l’état physique
actuel des originaux étudiés. De manière générale, les enluminures conservent une vivacité
des couleurs remarquable. Les ouvrages sont conservés à l’abri de la lumière et dans des
conditions climatiques adaptées.
Certains ouvrages particulièrement endommagés, soit par des accidents tels que les
inondations ou incendies, soit par les effets destructeurs à long terme des composés
utilisés, (attaque du parchemin par les encres acides) bénéficient de quelques restaurations.
Mais, à l’heure actuelle, aucune technique appliquée directement sur les miniatures, visant à
restaurer la couleur ou même les écaillements de celle-ci, n’est utilisée.
Les restaurations les plus courantes effectuées sur les manuscrits médiévaux
concernent la reliure et la décontamination des ouvrages. Ces procédés impliquent un effet
minimum sur le rendu coloré global, conformément aux principes mêmes de la
restauration, puisque l’objectif n’est pas de dénaturer les œuvres mais bel et bien de les
consolider, et dans la mesure du possible, de stopper les processus de détérioration
existants et sous-jacents.
Les opérations de désinfection, de lavage à l’eau pour éliminer les tâches, de fixage,
de doublage, n’ont pas de conséquences majeures sur le rendu coloré des miniatures.
Chaque manipulation faite sur le document est préalablement testée pour vérifier la non
corrosivité de la restauration.
• Chapitre 1
19
Le facteur principal n’est autre que le temps et la capacité du support à conserver ou
non son état d’origine. L’évolution colorimétrique de celui-ci est inévitable. Caractériser les
ouvrages en prenant uniquement les données spectrales des matières colorantes pures
paraît incomplet.
Ici, il n’est pas question d’établir une étude sur l’évolution colorimétrique des
supports mais bien de caractériser, à un instant donné, son rendu coloré. Bien évidemment,
les techniques de fabrication ainsi que les additifs apportés au support pour modifier ses
caractéristiques originelles, joue en terme de conservation. Il semble donc vain de définir
un seul et unique rendu coloré pour un même support de base.
I.4. La présentation du manuscrit LATIN 8500
La miniature témoigne d’une réalité architecturale, sociale et culturelle. Le XIVème
siècle la voit s’épanouir et passer d’une rigueur et d’une apparente simplicité à une élégance
du dessin et une finesse des formes et figures. C’est également l’époque de la
décomposition du travail. Auparavant mené d’un bout à l’autre par un ou quelques moines,
les manuscrits sont au XIVème le fruit de plusieurs artisans artistes, travaillant dans les
ateliers laïcs.
Le manuscrit LATIN 8500 date du XIVème (1330-1340). Les spécialistes dénombrent
trois peintres ayant participé à la décoration de cet ouvrage, dont le plus célèbre est nommé
Dalmasio Scannabecchi11. Il semble que le manuscrit ait été copié et enluminé en même
temps que trois autres ouvrages. Le commanditaire serait Pietro Malvezzi. Les quatre
manuscrits auraient appartenu à Pétrarque puis récupérés, en 1374, par Francesco Carrarra,
seigneur de Padoue. En 1388, ils sont saisis par Jean-Galéas Visconti.
11 Dalmasio Scannabecchi (environ 1320 – 1373) est un peintre italien, ayant travaillé à Pistoia
et à Bologne essentiellement. Les historiens de l’art lui attribuent de nombreuses œuvres ; parmi elles, un triptyque Crucifixion de 1333 conservé au Louvre, des fresques Life of St Francis de la chapelle Maggiore de San Francesco à Pistoia et des fresques Life of St Gregory the Great de la chapelle Bardi, San Maria Novella, à Florence. Son art influence des artistes comme Jacopo Avanzi, Tomaso da Modena, et probablement Agnolo Gaddi.
• Chapitre 1
20
L’ensemble des miniatures révèle une forte appartenance à l’art bolonais. A cette
époque, Bologne est déjà le haut lieu de l’édition italienne. Comme toutes les grandes cités,
elle a son propre scriptoria12. Bien que l’art de Nord, et en particulier l’art parisien, exerce
une énorme influence sur l’Europe entière, l’Italie démontre un style à part entière, mais
l’enluminure reste, à cette époque, sous la coupe du style dominant de la peinture « de
grandes dimensions ». La miniature bolonaise se caractérise par des motifs floraux
marginaux mais n’est plus un support de créativité évident. Parallèlement se développe une
« enluminure de cour » dont la Maison des Anjou à Naples est emblématique.
12 Par la suite, entre le XVème et le XVIème siècles, Bologne est l’une des capitales culturelles de
l’Italie. Son art est alors empreint d’une grande force expressionniste couplée à un certain maniérisme où deux courants majeurs dominent, « l’un fantasque, l’autre classique ». C’est également l’époque du sacre de Raphaël et du bannissement de MichelAnge.
• Chapitre 1
21
•
Figure 3 : folio 54 verso du manuscrit LATIN 8500
22
II. LA COULEUR DANS LA REPRODUCTION
Avant de rentrer dans le vif de l’étude, il paraît intéressant de réfléchir quant à la
position à adopter lorsque l’on parle de reproduction.
En effet, si la définition, le rôle et l’utilisation de ces nouveaux supports sont clairs, il
semble moins évident de définir les limites et contraintes que cette pratique impose
implicitement.
Est-il raisonnable d’attendre d’une reproduction la parfaite copie conforme de
l’original ? Dans quelles situations et dans quelles limites, la comparaison est-elle justifiée ?
Dans quelle mesure les techniques et technologies employées permettent-elles d’aboutir
aux exigences attendues et comment juge-t-on de la qualité d’une reproduction ?
II.1. La couleur : un phénomène culturel
II.1.a. Les exigences face à une reproduction
Pour la bibliothèque nationale, comme pour de nombreuses institutions
patrimoniales publiques et privées, les reproductions constituent à la fois un moyen de
diffuser le patrimoine, de limiter les dégradations des originaux (qui sont moins manipulés)
et de témoigner non seulement de l’existence d’une œuvre mais de son état physique à un
instant donné.
De ces trois aspects, il est possible de relever deux niveaux d’exigence, la
reproduction constituant à la fois un support de travail et un substitut à l’original. Dans un
premier temps, on imagine aisément que certaines études ne nécessitent pas, de manière
primordiale, une fidélité de restitution de qualité. Les objectifs principaux sont la lisibilité et
l’intégralité de la reproduction de façon à transmettre toutes les informations de contenu.
On pense ainsi aux nombreux imprimés ne contenant que du texte, que l’on sauvegarde et
diffuse grâce aux supports microfilms. En revanche, si l’on considère d’autres études telles
que les études en histoire de l’art, les études calligraphiques, etc., cela implique
inévitablement une exigence de restitution supérieure.
• Chapitre 1
23
Dans le cas des manuscrits enluminés, une grande précision est requise. La finesse
des traits manuscrits ainsi que ceux des dessins, les couleurs des miniatures, doivent être les
plus fidèles possibles de manière à ne pas engendrer d’erreurs d’interprétation.
Évidemment, la reproduction ne se substitue à l’original que dans une démarche
approximée pour les recherches très approfondies. Néanmoins, puisque son rôle est
également de témoigner d’un état physique et d’être proposée comme premier aperçu de
l’original, on comprend alors qu’il est nécessaire d’atteindre un niveau de qualité élevé.
La reproduction est un outil de travail, certes, mais elle est aussi l’objet représentatif
de l’original, l’objet avec lequel les conservateurs présentent leurs collections, l’objet qui
constitue les fonds de sauvegarde.
Au-delà d’une présentation différente, il est cependant important de garder en tête
que la reproduction, de par sa nature physique différente de l’original, ne peut en aucun cas
être confondue avec lui. Certaines des attentes évoquées précédemment, comme la finesse
des traits manuscrits et des dessins, ne sont pas des attentes utopiques dans le sens où les
techniques de reproduction sur supports films argentiques, par exemple, possèdent des
caractéristiques de résolution tout à fait suffisantes. Mais que deviennent ces
problématiques lorsque l’on choisit les technologies numériques ? De plus, la reproduction
des couleurs et l’exigence que l’on y porte, viennent s’ajouter aux contraintes.
En ce qui concerne la couleur, il faut prendre en compte, dans un premier temps, la
nature des supports de reproduction, qui bien souvent, diffère du support de l’original. Cela
implique des techniques de fabrication différentes, des matières colorantes différentes. Or il
est connu que tous ces facteurs rentrent en jeu dans le rendu coloré final.
De plus, notre appréciation de la couleur est fonction de notre environnement
culturel, de phénomènes cognitifs, des conditions et circonstances d’observation que l’on
ne peut ni quantifier ni modéliser d’une quelconque manière. Il est important de prendre
conscience que notre impression de la couleur et le jugement qui en découle, ne peuvent
être figés. Nous n’apprécions pas la couleur de la même manière aujourd’hui et au Moyen
Age, en Europe et aux Amériques, en plein soleil ou dans une salle de lecture.
• Chapitre 1
24
II.1.b. La couleur au Moyen Age
La couleur peut être appréhendée de plusieurs manières. En tant que stimulus
sensoriel, elle fait l’objet de recherches physiques et physiologiques qui s’attachent à la
caractériser par une distribution spectrale. Mais d’autres approches, sociologiques, lui
confèrent un caractère psychique, culturel.
Au Moyen Age, le symbolisme des couleurs est extrêmement présent. L’appréciation
des couleurs est directement issue de phénomènes culturels, en particulier religieux. On ne
peut en faire abstraction lorsque l’on se penche sur l’analyse des couleurs d’une enluminure
par exemple.
o « Le rouge, peut prendre un caractère royal ou divin. Il représente la puissance
et la gloire mais aussi la passion, le sang du Christ et parfois l’agressivité.
o Le bleu, représente les mystères de la vie divine, l’immortalité et la profondeur.
o Le jaune, symbolise la lumière et l’éclat.
o Le vert, est le symbole de la jeunesse et de la vitalité.
o Le blanc, symbolise la pureté, le calme et l’innocence.
o Le noir, symbolise le néant, le péché, le renoncement à la vie terrestre.»13
Dans L’art d’enluminure, l’auteur écrit dès le premier chapitre :
« Donc, les physiciens enseignent qu’il y a
trois couleurs principales, qui sont le noir, le blanc
et le rouge. Toutes les autres couleurs participent de
ces trois, comme on peut le voir dans les livres. »14
13 Gilberte GARRIGOU, Naissance et splendeurs des manuscrits monastiques (du VIIème au XIIème
siècle), préface de Jean Glénisson, Nancy, 1994, p. 49. 14 Louis DIMIER, L’art d’enluminure, traité du XIVème siècle traduit du latin avec des notes
tirées d’autres ouvrages anciens et des commentaires par Louis Dimier, Paris, Louis Rouart et fils, 1927, p. 31.
• Chapitre 1
25
Effectivement, les connaissances scientifiques de l’époque dans l’étude de la lumière
et du système visuel humain ne sont pas abouties mais ceci est tout de même significatif
d’une certaine approche de la couleur. Celle-ci induit une appréciation colorée singulière,
inhérente au contexte intellectuel et culturel.
Devant ces mêmes objets, nous portons un regard, aujourd’hui, tout autre ; un regard
qui englobe à la fois la découverte de l’objet en tant que tel, nos connaissances théoriques
relatives à l’objet et son histoire, et notre interprétation sociologique.
II.1.c. La couleur aujourd’hui
« Sur ces supports de papiers, cartons, toiles
et autres matériaux bien tangibles, le graphiste a à
sa disposition bien des matériaux pour les colorier :
encres, feutres, gouaches acryliques, pastels, et
crayons de couleur, papiers découpés, etc. Il lui
reste donc à débattre avec le photograveur puis
l’imprimeur de la meilleure voie à suivre pour que
les couleurs choisies au départ soient les mêmes
qu’à l’arrivée ! » 15
Non pas qu’il faille regretter l’arrivée du numérique dans les ateliers de reproduction,
mais il est important de comprendre que cette nouvelle technologie apporte avec elle de
nouvelles contraintes, en particulier dans la restitution des couleurs.
Qu’en est-il de nos attentes face à ces nouveaux supports ? Leur accessibilité, leur
apparente souplesse d’utilisation et leurs performances faussent bien trop souvent notre
propre contribution et jugement face à l’objet résultant. Les technologies numériques, bien
que maniables et ludiques, n’échappent pas au fait qu’elles se caractérisent par un rendu
couleur directement lié aux matériaux employés. Bien que l’utilisateur choisisse le rendu
final, les fins proposées n’en restent pas moins bornées.
15 Michel PASTOUREAU, La couleur, regards croisés sur la couleur du Moyen Age au XXème siècle,
Paris, Les cahiers du léopard d’or, 1994, p. 13.
• Chapitre 1
26
Aujourd’hui, on peut estimer que notre appréciation de la couleur est fortement
influencée par ces limites d’ordre technologique car leur omniprésence explique que l’on se
soit créé une nouvelle référence.
Dans le domaine de la reproduction, il est donc important d’avoir conscience de ce
phénomène car cela empêche de se fixer des objectifs impossibles à atteindre. Une bonne
reproduction est un objet capable de fournir toutes les informations contenues dans
l’original. Son aspect physique est évalué de manière relative au support de restitution et
aux conditions d’observation.
Bien que complexe, la perception de la couleur bénéficie d’une théorie scientifique,
très largement utilisée de nos jours ; la colorimétrie. Métrologie de la couleur, elle fournit
des outils et éléments de détermination objective.
II.2. La colorimétrie : un outil de détermination objective de la couleur.
La colorimétrie apparaît comme outil incontournable dès lors que l’on aborde les
problèmes relatifs à la couleur. Que ce soit dans les domaines de l’industrie textile, de
l’alimentaire, de la signalétique, de l’image, la colorimétrie est utilisée sans ménagement
pour déterminer de manière objective la couleur.
Si, pour la plupart de ces applications, cet outil est pertinent et suffisant, il est
cependant mis en défaut dans les problématiques précises relatives à la vision subjective des
couleurs et donc dans le domaine de l’image.
« La perception ne dépend pas uniquement de
la composition spectrale de la lumière car les
impulsions lumineuses subissent d’importantes
modifications lors de leur transfert dans le système
nerveux. »16
16 Moritz ZWIMPFER, Couleur : optique et perception, Paris, dessain et tolra, 1992, p. 48.
• Chapitre 1
27
II.2.a. La définition de la couleur
D’après Robert Sève dans Physique de la couleur, de l’apparence colorée à la technique
colorimétrique, la couleur est définie comme caractérisant :
o « Certaines propriétés que l’on attribue principalement à la surface des choses,
o Un caractère de la perception visuelle qui en résulte,
o Une stimulation visuelle susceptible d’être évaluée physiquement .17 »
Sans revenir de manière approfondie sur les études et principes qui ont contribué à
l’élaboration des outils colorimétriques, on peut rappeler les définitions de base.
Les coordonnées colorimétriques XYZ sont le produit de trois fonctions spectrales :
o La fonction de réflectance (ou de transmittance) spectrale de l’objet. Cette
propriété est mesurable. Elle est fonction de l’état de surface, de la structure chimique et
physique de l’objet.
o Les fonctions colorimétriques (xbarre, ybarre, zbarre) caractérisent l’observateur
standard défini par la CIE. Ces trois fonctions sont directement issues des expériences
d’égalisation visuelle18 qui vérifient les lois de Grassman19, mais on a fait en sorte que toutes
leurs valeurs soient positives. Ainsi, le système de primaires XYZ qui en découle, englobe
l’ensemble des couleurs par synthèse additive. Les courbes restent significatives d’un
observateur statistique, sans défauts de vision colorée, en considérant le domaine de la
vision photopique20.
17 Robert SÈVE, Physique de la couleur, de l’apparence colorée à la technique colorimétrique, préface de
Lucia R. Ronchi, Paris, Masson, 1996, p.17. 18 Les expériences de Guild et Wright ont servi de support d’étude au système de primaires
RVB normalisé en 1931 par la CIE. 19 Les lois de Grassman ont initialement été établies pour la théorie des espaces vectoriels
(outil mathématique puissant qui définit des espaces à n dimensions). Ces lois ont été validées en colorimétrie avant d’être acceptées par l’ensemble du corps scientifique. Elles définissent les propriétés de réflexivité, symétrie, transitivité, additivité et dilatation que doivent vérifier les stimuli colorés pour établir, en première approximation, les égalisations visuelles.
20 La vision photopique est la vision diurne, à opposer à la vision scotopique qui signifie la vision nocturne.
• Chapitre 1
28
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 800
nm
répo
nse
rela
tive
x barrey barrez barre
Figure 4 : Fonctions colorimétriques du système de primaires XYZ de l’observateur de référence CIE 1931 à 2°
o La distribution spectrale de l’illuminant. Cette notion d’illuminant est purement
mathématique. En fait la CIE a défini plusieurs illuminants types, représentatifs de sources
lumineuses réelles, de façon à établir des classes de sources standards, normalisées et de
permettre la communication universelle des données colorées.
Les différents illuminants :
o Illuminant A : lumière émise par un corps noir porté à la température de 2856 K.
Lampe à filament de tungstène de 500 W.
o Illuminant C : lumière moyenne du jour à une température de couleur de 6774K.
Il est obtenu en interposant des filtres liquides bleus devant le faisceau d’une
source A.
o Illuminant D (famille): différentes lumières du jour. Le D65, équilibré à 6500K,
est le plus utilisé mais la CIE préconise l’utilisation du D50, équilibré à 5000K,
pour l’étude de la couleur dans les documents graphiques21.
21 Il existe aussi un illuminant F qui reprend les sources fluorescentes mais il n’est pas
recommandé en raison de sa distribution spectrale mixte. La notion de température de couleur ne s’applique pas dans ce cas. L’illuminant E, lumière d’égale énergie ou source équi-énergétique, n’est que théorique. Il a servi à l’établissement des fonctions de mélange mais n’a pas de signification pratique.
• Chapitre 1
29
Figure 5 : les principaux illuminants de la CIE
020406080
100120140160180200
350 550 750
nmdist
ribut
ion
spec
tral
e d'
éner
gie
AD65D50C
Le système de primaires XYZ a été normalisé en 1931 par la CIE et constitue la base
de la colorimétrie. Les notions ainsi définies sont significatives de grandeurs physiques,
mesurables. Parce qu’elles constituent des références métrologiques, toutes appréhensions
de la colorimétrie ou interprétations diverses selon l’objectif souhaité, se ramènent à ce
système de primaires.
II.2.b. Les domaines d’utilisation
Cependant la colorimétrie de base, telle qu’elle a été énoncée par la CIE, ne couvre
pas tous les champs d’exploitation possibles lorsque l’on souhaite étudier la couleur.
Rappelons que les trois courbes de l’observateur standard, ou fonctions de mélange, ont été
établies pour un domaine de luminances restreint (entre 10 et 1000 cd/m2). Ceci
correspond à une petite partie de la vision photopique. En toute rigueur, il faudrait établir
autant de triplets « fonctions de mélange » que de domaines de luminance couverts. En
photographie, par exemple, nous sommes parfois confrontés à des luminances qui entrent
dans le domaine de la vision mésopique (observation d’un écran dans un environnement
sombre).
Il est à noter que les lois de Grassman ne se justifient plus pour des stimuli de faibles
luminances (domaine mésopique) et pour des luminances élevées. Les propriétés
• Chapitre 1
30
d’additivité et de dilatation22 ne sont plus vérifiées et pour des stimuli proches des seuils
différentiels, la propriété de transitivité devient caduque23.
La colorimétrie n’est justifiée que dans des conditions où seuls les cônes fournissent
une modulation à la lumière. Ainsi, l’influence des bâtonnets est négligée car saturée. Dès
lors que le niveau d’éclairement chute suffisamment pour ne plus saturer les bâtonnets, les
fonctions de mélange telles que nous les employons ne sont plus vérifiées. Si nous
souhaitons répondre de nouveau à la loi de dilatation, il faut considérer une égalisation
tétrachromatique, c’est-à-dire faisant intervenir les réponses des bâtonnets et des trois
familles de cônes.
De plus, l’observateur standard a été défini dans un contexte où on s’est affranchi des
phénomènes de contraste simultané et d’adaptation visuelle au niveau lumineux et à la
couleur.
Enfin les fonctions de mélange sont issues de résultats expérimentaux, certes, mais
elles sont aussi une approche statistique. Bien que les études biologiques démontrent de
faibles écarts dus à la pigmentation variable de la macula entre chaque individu, il est établi
que ces écarts deviennent importants dans des conditions de rayonnement métamères.
Autrement dit, les fonctions de mélange ne sont plus représentatives, ou tout au moins
suffisantes, pour simuler l’ensemble des réponses possibles du système visuel humain.
Pourtant, toute la gestion de la couleur dans la chaîne graphique ou les diverses études
visant à caractériser la couleur, se réfèrent à l’unique observateur standard 2°.
Il semble alors important de préciser que plusieurs approches se partagent
aujourd’hui l’étude de la couleur. La vision colorée étant un phénomène complexe, il est
nécessaire de différencier les divers axes de recherche. En effet, la colorimétrie de base vise
à établir des outils pour une qualification et une quantification de la couleur en ne
considérant que l’aspect physique, phénomène ondulatoire de la lumière. Ces contraintes
22 Loi d’additivité : si [A] est équivalent à [B] alors [A] + [E] est équivalent à [B] + [E]
Loi de dilatation : si [A] est équivalent à [B] alors k. [A] est équivalent à k. [B].
Loi de transitivité : si [A] est équivalent à [B] et [B] est équivalent à [C] alors [A] est équivalent à [C].
23 Robert SÈVE, Physique de la couleur, de l’apparence colorée à la technique colorimétrique, préface de Lucia R. Ronchi, Paris, Masson, 1996, p.72.
• Chapitre 1
31
premières sont des impératifs industriels. Les domaines d’utilisation s’en voient donc
limités.
Parallèlement à cet axe, d’autres études s’intéressant davantage à la couleur dans son
caractère physiologique, aboutissent aujourd’hui à la colorimétrie des différences et à la
colorimétrie de l’apparence colorée. Ainsi, toutes ces recherches se complètent et
permettent, selon l’objectif visé et le domaine d’utilisation, de qualifier la couleur.
Les propriétés de système visuel humain
Dans une première approximation, l’œil humain a une réponse photométrique
logarithmique. En d’autres termes, une même différence relative de luminances exprimées
en Log se traduit dans l’œil par une même sensation, ou même réponse. Ceci n’est valable
qu’entre 1 et 1000 cd/m2 environ. Au-delà de ces limites, l’œil fournit une réponse très
variable. Cette propriété du système visuel humain a été vérifiée par Jones. Elle explique
l’introduction de la fonction logarithmique dans la définition des grandeurs exploitées en
argentiques, telles que les densités. Mais aujourd’hui, la colorimétrie a introduit la fonction
racine cubique qui modélise avec plus de précision la réponse photométrique de l’œil. Ainsi,
nous la retrouvons dans l’expression mathématique de la luminance L*.
De la même manière, l’œil ne montre pas une discrimination spectrale constante pour
des lumières monochromatiques d’énergie égale. Nous pouvons remarquer que notre
système visuel perçoit très vite une petite différence de teinte vers les 490 et 600 nm alors
qu’il ne différencie quasiment pas une variation de teinte plus importante aux bords du
spectre visible.
Les deux creux de la courbe, relatifs donc aux maximums de discrimination de l’œil,
correspondent aux zones de recouvrements des courbes de sensibilité spectrales des cônes
dans la rétine.
Figure 6 : Seuil différentiel en longueur d’onde. La courbe continue correspond aux données de Wright et Pitt. Elle est relative à des lumières monochromatiques. La courbe en pointillés correspond aux données de Fillacier et représente des résultats obtenus à partir de couleurs de surface au maximum de saturation.
• Chapitre 1
32
II.3. La détermination des différences de couleur
Quels sont les outils mathématiques proposés par la colorimétrie qui nous
permettent de juger de la qualité d’une reproduction ? La pertinence d’une reproduction
repose davantage sur la fidélité de restitution des écarts de couleur que sur la restitution de
la couleur en soi. Cela implique la nécessité de quantifier ces écarts de couleur. Cette
question est au centre des recherches car, à l’heure actuelle, la colorimétrie repose
essentiellement sur des modélisations statistiques et ne prend pas assez en compte les
phénomènes psychométriques, en particulier dans l’étude des différences de couleur.
Cependant des études parallèles, commencées simultanément aux études strictement
physiques, aboutissent aujourd’hui à la « colorimétrie des différences » qui cherche à
évaluer des grandeurs psychophysiques et à construire des échelles psychométriques, c’est-
à-dire représentatives d’une signification perceptive.
II.3.a. Les représentations colorimétriques uniformes
L’expérience de MacAdam, qui est sans doute la plus connue, démontre la non
uniformité du diagramme de chromaticité xy CIE 1931.
La variabilité de la taille des ellipses ainsi représentées, signifie qu’une même distance
entre deux points de ce diagramme, selon le domaine spectral, ne traduit pas la même
différence de perception. En fait, le diagramme a tendance à dilater les longueurs d’onde
médianes (les verts) et à contracter particulièrement les courtes longueurs d’onde (les
bleus).
D’autres études complémentaires ont suivi et expliquent que la modélisation en
ellipses n’est qu’une simplification. Il faut surtout retenir que l’appréciation de la différence
couleur (par un calcul de distance par exemple) est tout simplement insignifiante dans ce
diagramme puisque les domaines spectraux ne sont pas directement comparables entre eux.
Une amélioration de la représentation graphique a été établie par la CIE en 1976.
C’est le diagramme u’v’ qui a la propriété d’uniformiser davantage la surface des ellipses24.
24 Plusieurs espaces colorimétriques ont été réalisés à la suite de l’étude de MacAdam. On
peut citer l’espace lab de Hunter et l’espace U*V*W* de la CIE datant de 1964.
• Chapitre 1
33
Figure 7 : diagramme CIE xy Figure 8 : diagramme CIE u’v’ 1976.
1931 Seuils différentiels de chromaticité obtenus par MacAdam (agrandis 10 fois)
Aujourd’hui, et depuis 1976, deux espaces sont utilisés : le CIELAB et le CIELUV.
Ils sont tous deux définis par rapport aux composantes trichromatiques XYZ CIE 1931 et
adaptés pour la représentation de couleurs de surface.
Le CIE LAB :
• L* = 116 . (Y / Yn) 1/3 – 16
• a* = 500 . ((X / Xn) 1/3 – (Y / Yn) 1/3)
• b* = 200 . ((Y / Yn) 1/3 – (Z / Zn) 1/3)
Xn, Yn, et Zn sont les composantes trichromatiques de l’illuminant de référence.
X/Xn, Y/Yn, et Z/Zn sont supérieures à 0,008856.
Le CIE LUV :
• L* = 116 . (Y / Yn) 1/3 – 16
• u* = 13 L* . (u’ – u’n)
• v* = 13 L* . (v’ – v’n)
Chapitre 1
34
u’ = 4 X / (X + 15 Y + 3Z) et v’ = 9 Y / (X + 15 Y + 3Z).
u’n et v’n sont les valeurs chromatiques de l’illuminant.
Si Y/Yn < 0,008856 alors on définit L* = 903,3 Y /Yn.
Contrairement au CIE LAB, le CIE LUV possède un diagramme de chromaticité u’v’
qui conserve des propriétés affines.
o L’axe des clartés L* est confondu à l’axe des neutres, ce qui signifie que chaque
point couleur est relatif à un illuminant donné.
o Le chroma C* est la distance (a*b*) ou (u*v*) entre l’axe des neutres et le point
couleur.
o La teinte h définit un angle entre l’axe des abscisses et le point couleur. En
revanche, cette notion n’est plus vérifiée pour des stimuli proches de l’axe des
neutres.
Ces trois notions permettent une modélisation mathématique de la différence de
couleur, bien que la CIE n’en ait jamais apporté de définition exacte et précise. En fait, il
faut comprendre que la notion de différence de couleur est sujette à quelques contraintes
de mesures ; on estime que cette dernière est mesurable lorsque l’état de surface est
identique et que les conditions d’éclairage sont satisfaisantes. Dans ce cas, la différence
d’apparence couleur peut être assimilée à la différence de couleur.
Figure 9 : diagramme u*v* dans le plan de luminance L* = 50. Les couleurs optimales sont les couleurs de surface présentant des
chromas maximums pour un niveau de luminance fixé.
Chapitre 1
35
II.3.b. La notion de seuil différentiel
On définit le seuil différentiel comme la plus petite différence perçue par l’œil qui
provoque une modification de la perception colorée.
Depuis l’élaboration du premier diagramme de chromaticité par la CIE en 1931, de
nombreuses études ont soulevé le problème de la non uniformité de ce diagramme face à la
notion de seuil différentiel. En effet, il existe plusieurs type de seuil différentiel : seuil
différentiel de luminance, de discrimination, de longueur d’onde, de saturation, de
chromaticité. Tous dépendent des conditions d’observation. Un premier fait est de
constater que l’œil ne discrimine pas de manière constante sur tout le spectre visible.
La détermination du seuil de chromaticité est d’autant plus complexe qu’elle met en
jeu tous les attributs de la couleur : la luminance, la saturation et le chroma. Toutes les
expériences menées visant à déterminer numériquement cette grandeur ont donné des
résultats très variables car elles se sont heurtées à la complexité des phénomènes rentrant
en jeu dans la perception colorée. Il semble impossible de s’affranchir de tous les
paramètres pour réussir à en caractériser un seul.
II.3.c. Les indices de différences couleur
A l’heure actuelle, il existe des indices mathématiques permettant un calcul et une
estimation de la différence couleur mais ils se réfèrent à une définition euclidienne non
satisfaisante car elle sous-entend une uniformité parfaite des représentations
colorimétriques.
∆E*ab = [(∆L*)2 + (∆a*)2 + (∆b*)2] ½
∆E*uv = [(∆L*)2 + (∆u*)2 + (∆v*)2] ½
Ces écarts ne sont pas directement représentatifs des écarts de perceptibilité. En fait,
l’erreur effectuée est d’autant plus conséquente que le point couleur considéré s’approche
d’une couleur saturée. On ne peut donc pas considérer qu’un même écart ∆E* corresponde
à une même différence de perception.
Chapitre 1
36
En fait, il est possible de comparer des couleurs entre elles si celles-ci sont proches
mais la comparaison devient aberrante dès lors qu’il s’agit de couleurs très éloignées dans le
plan, dans l’espace. Un observateur reste effectivement incapable de discerner si une
différence de couleur est due essentiellement à un écart de luminance, de chrominance ou
de saturation si cette différence est de l’ordre du seuil. En revanche, la qualification devient
plus évidente et plus précise lorsque les couleurs comparées sont très distinctes.
L’erreur faite dans le calcul des indices tient au fait qu’ils englobent les trois attributs
de la couleur. Ils ne tiennent compte ni de la position relative des points entre eux, ni de la
position des points par rapport à l’axe des neutres.
Une expérience visant à représenter les échantillons Munsell25 dans le CIE LAB
démontre que cet espace n’est pas aussi uniforme qu’on le laisse penser ; l’échelle des
teintes est 2 fois plus comprimée que celle des chroma. En fait, il semble impossible
d’obtenir une représentation plane et uniforme des couleurs26.
De nouvelles formulations existent. Toutes abordent le problème de manière
sensiblement différente mais malheureusement, suivant des préoccupations relatives à
l’industrie du textile27. Concrètement, elles aboutissent à des pondérations diverses des
valeurs de luminance L*, de chroma C* et de teinte h. Dans la suite de l’étude, nous
utiliserons les formules du CIEDE2000 (ou ∆E00) qui bénéficient de recherches plus
avancées par rapport aux indices CMC et CIE94. En plus de considérer les trois attributs
de la couleur, il introduit un facteur relatif à l’interactivité entre le chroma et la teinte afin
d’optimiser les calculs dans les bleus, ainsi qu’un facteur d’échelle appliqué à l’axe des a*
pour améliorer les calculs dans le domaines des neutres28.
25 Les échantillons Munsell sont classés de façon à ce que la différence entre chaque plage
soit perçue de manière égale. 26 SÈVE Robert, Physique de la couleur, de l’apparence colorée à la technique colorimétrique, préface de
Lucia R. Ronchi, Masson, Paris, 1996, p. 165-166. 27 Le CMC (Colour Mesurement Commitee) et le ∆E94.
28 Annexes, formules du CIEDE2000.
Chapitre 1
37
CHAPITRE 2
LES ETUDES SPECTRALES
La richesse des palettes couleur des manuscrits médiévaux n’est pas à démontrer ;
elle est, de même que la calligraphie et le dessin, une marque de l’origine de l’ouvrage, un
témoin de son histoire.
Plusieurs techniques analytiques, intéressantes par leur complémentarité, sont
développées dans les laboratoires de recherche. Elles permettent de compléter le savoir des
historiens en apportant des données relatives à la composition chimique des matériaux mis
en œuvre dans les différentes œuvres d’art. Plusieurs d’entre elles, comme la spectroscopie
Raman ou la spectrophotométrie par réflexion, utilisent une méthode par comparaison
entre spectres mesurés et spectres de référence. Ainsi, en rassemblant et en recoupant les
données fournies par chacune de ces analyses, il est possible de déterminer non seulement
la composition chimique des constituants mais également la provenance des œuvres, leur
recette de fabrication et leurs éventuelles dégradations.
Ici, ce n’est pas la composition chimique des matériaux colorants que nous
cherchons mais les caractéristiques spectrales de chaque couleur, telle que nous les voyons
sur l’ouvrage original. Une carte colorimétrique du manuscrit permet alors de visualiser
rapidement les propriétés de l’ouvrage et d’anticiper sur une adéquation des outils de
calibration qui doivent représenter au mieux le sujet étudié.
Par la suite, la caractérisation de la réponse spectrale du système d’acquisition permet
de comprendre si celui-ci est en mesure de « voir » ou non les couleurs du sujet. Ainsi, une
première réponse quant à la cohérence du système face à la capture de l’information
colorée peut être établie.
38
I. LA DETERMINATION DE LA PALETTE COULEUR DU
MANUSCRIT LATIN 8500
I.1. Les techniques de laboratoire
I.1.a. La spectroscopie Raman29
Cette technique d’analyse moléculaire tient son nom d’un scientifique indien, Sir
Raman. Elle exploite le phénomène d’interaction entre lumière et matière et a réellement
pris son essor depuis l’apparition des lasers, sources monochromatiques cohérentes,
puissantes.
Son principe est relativement simple : en éclairant un matériau quelconque par un
rayonnement monochromatique de fréquence judicieusement choisie, on crée un
phénomène vibratoire à l’intérieur de la structure du composé qui, à l’inverse de la
spectrométrie infrarouge, engendre une diffusion particulière de la lumière incidente. Cette
diffusion est liée à la polarisabilité de la molécule et caractérise le matériau. En effet, le
spectre résultant constitue une véritable « empreinte digitale » du composé. Il s’en dégage
plusieurs raies, exprimées en nombre d’onde (cm-1) dont les fréquences sont directement
liées aux vibrations créées, elles-mêmes dépendantes des forces et distances inter-
atomiques, de la masse des atomes et de la structure cristalline du composé.
Figure 10 : représentation des raies
caractéristiques du phénomène Raman.
Donnée relevée sur le site www.univ-
lyon1.fr (consulté le 17 février 2005)
29 Annexes, « La microspectroscopie Raman pour l’analyse des matériaux inorganiques».
Chapitre 2
39
L’identification du composé est possible grâce à une comparaison entre le spectre
mesuré et des spectres de référence, constituants une banque de données importante30.
La spectroscopie Raman présente de nombreux avantages dans plusieurs domaines
de recherches31. Pour l’investigation des œuvres d’art patrimoniales, elle semble tout à fait
appropriée puisque, non destructive, elle fournit des informations sans détériorer l’objet
visé et sa résolution spatiale (de l’ordre de quelques micromètres) permet d’atteindre des
zones d’analyses correspondantes à la taille des grains de pigments constituants une
peinture.
I.1.b. La technique PIXE 32
en anglais : ParticleInduced X-ray Emission en français : émission de rayons X induite par particules chargées ou fluorescence X
induite par particules accélérées.
Implantée au LRMF, la méthode PIXE consiste à mesurer la quantité de rayons X
émis par un objet lorsqu’il est placé dans le faisceau d’un petit accélérateur de particules. Ce
rayonnement est caractéristique des composés chimiques visés. Ainsi, il est possible de
quantifier la concentration de tous les éléments compris entre le sodium et l’uranium.
Également intéressante par son caractère non destructif, cette technique est
couramment utilisée. En voici son principe :
Le faisceau d’ions incident pénètre dans l’objet visé. Un électron voisin de l’atome du
composé est éjecté, ce qui met l’atome en état excité, autrement dit dans un état instable.
Cette instabilité est immédiatement compensée par l’arrivée d’un électron externe (d’une
orbitale extérieure). L’énergie nécessaire à ce réarrangement est alors quantifiable par une
mesure du rayonnement X émis, caractéristique de l’élément chimique.
30 Dans la figure précédente, seule une vibration est observée, mais dans la réalité, on peut
aussi bien en observer une dizaine qu'aucune. De plus, l'intensité des raies Raman est beaucoup plus faible que celle du laser dans le cas de la diffusion spontanée. Dans le cas de matériaux désordonnés (des verres par exemple) on observe des bandes larges à la place des raies.
31 Un des domaines de recherche qui a beaucoup profité du potentiel de la spectroscopie Raman est la physique du solide. En particulier, l'étude des phénomènes de résonance qui apparaissent lorsque l'énergie des photons incidents coïncide avec une énergie de transitions électroniques est un outil puissant pour l'investigation des propriétés électroniques des matériaux.
32 www.C2RMF.fr, site consulté le 17 février 2005. Annexes, « avantages et inconvénients de la méthode PIXE ».
Chapitre 2
40
I.1.c. La diffraction par rayons X 33
La diffraction des rayons X est un phénomène de diffusion cohérente et élastique qui
se produit lorsque les rayons X interagissent avec la matière organisée. L’onde diffractée
résulte de l’interférence des ondes diffusées par chaque atome. Elle dépend donc de la
structure cristallographique. La direction du faisceau diffracté est donnée par la loi de
Bragg :
2dh,k,l sinθ = nλ
où λ est longueur d’onde du rayonnement diffracté, n l’ordre de diffraction et d la distance
inter-réticulaire du plan cristallographique correspondant.
Les radiations X possèdent la propriété de traverser un matériau et d’être diffractées
par les atomes. La technique permet de déterminer les distances inter-atomiques et
l’arrangement des atomes dans les réseaux cristallins. Comme les rayons X sont diffractés
de façon différente par les éléments du réseau suivant la construction de ce dernier,
l’irradiation de la matière par rayons X permet de connaître sa nature cristallographique. Le
degré (2 thêta) de diffraction dépend de l’énergie du rayonnement incident et de la
distribution spatiale des atomes (structure cristalline). Le spectre de diffraction constitue
l’empreinte caractéristique de la structure cristalline analysée. Les mesures sont effectuées
avec un appareil, constitué par un tube émetteur de rayons X qui émet un rayonnement
vers un échantillon, lequel diffracte une partie d’un rayonnement émis vers un système de
détecteur. Cette technique permet principalement aux géologues d’identifier les minéraux.
Les spectres de diffraction peuvent être obtenus directement à partir d’un fragment solide,
ou de petites quantités de poudre (spectre de poudre).
33 Annexes, « La diffraction rayons X ».
Chapitre 2
41
I.1.d. La spectrophotométrie par réflexion
Cette dernière technique est rarement utilisée pour une identification chimique
efficace car elle nécessite une banque de données de référence la plus complète possible. A
l’heure actuelle, les quelques 150 spectres de références, établis à partir de pigments purs,
secs et en poudre, sont encore insuffisants. De plus, une couche picturale étant souvent
composée de pigments mélangés et dispersés dans un liant, l’identification par comparaison
des spectres n’est pas évidente. Néanmoins, certains spécialistes y trouvent encore un
avantage important ; contrairement aux techniques évoquées précédemment, cette méthode
est en mesure de renseigner sur la présence de composés organiques et complète ainsi les
résultats.
I.2. Les données expérimentales
I.2.a. Le dispositif
Afin de caractériser la réflectance spectrale d’une couleur, il est nécessaire de viser
une plage homogène et uniforme, ce qui, compte tenu de la taille des enluminures et de la
finesse des détails, n’est pas chose évidente. L’objectif macro du spectroradiomètre
MINOLTA CS-1000 permettait de couvrir une surface circulaire de 3 mm de diamètre en
se plaçant à 20 cm du sujet. Les plages sélectionnées vérifient donc au mieux cette
contrainte. Nous verrons par la suite que tous les résultats s’accompagnent d’une indication
quant à la précision résultante.
En respectant une géométrie de mesure
45° / 0° pour l’établissement de données
colorimétriques, chaque folio a été mesuré
sous une source continue équilibrée à
2800K.
Chapitre 2
42
Il aurait été intéressant de mesurer chaque plage de couleur sous plusieurs angles
d’incidence afin de compléter les données et de pouvoir constater si les courbes de
réflectance spectrale présentent des propriétés sensiblement différentes. Cependant, cette
manipulation n’a pu être réalisée pour des raisons pratiques. Ceci étant, la géométrie de
mesure employée ici reprend la configuration des futures prises de vue. Les données
résultantes sont donc significatives d’une réflectance spectrale que le système d’acquisition
devra capturer.
Face à la variabilité de rendu du support manuscrit, des mesures du parchemin même
viennent compléter les données. De plus, une même couleur a été mesurée plusieurs fois et
en des endroits différents dès que cela était possible. De cette manière, il est envisageable
de constater de légères nuances, éventuellement problématiques pour une analyse et
reproduction future.
Bien que toutes les couleurs ne soient pas mesurées à la même fréquence, nous
pouvons néanmoins conclure quant aux caractéristiques générales du manuscrit.
I.2.b. Les plages neutres
Certaines plages de couleur démontre une courbe de réflectance relativement
monotone ce qui est significatif de tons neutres. Ces plages se distinguent parfaitement de
la teinte du parchemin, plus ou moins jauni, des contours de l’enluminure aux bords du
folio. Ils ne peuvent cependant pas être pris pour référence étant donné l’uniformité
critique de la surface mesurée. En effet, de nombreuses plages sont écaillées ou tout
simplement très détaillées et modulées. Les mesures sont davantage relatives à une
réflectance d’un mélange qu’à une couleur unique. De plus, ces couleurs sont
inévitablement amenées à bouger au niveau colorimétrique. Nous préfèrerons, par
conséquent, des points de référence indépendants de l’ouvrage. Cela pour s’assurer d’une
neutralité plus certaine dans le temps et pour fixer des paramètres plus généraux.
I.2.c. Le parchemin
Les subtilités du parchemin sont de l’ordre de quelques unités en écarts ∆Cuv*.
L’évolution de la teinte, entre l’intérieur et l’extérieur des folios, reste non seulement lisible
mais présente des particularités remarquables. En fait, de ces six courbes présentées ci-
contre, nous relevons deux allures distinctes ; les plages A et H des folios 1 et 38
Chapitre 2
43
correspondent à des mesures faites aux bords des miniatures et révèlent un coefficient de
réflectance légèrement plus important dans les bleus. L’hypothèse d’une matière très
légèrement colorée appliquée sur le parchemin avant la pose des couleurs peut être émise.
Quoiqu’il en soit, la variation de teinte est extrêmement subtile. Est-elle d’ailleurs
perceptible à l’œil ?
0,00E+00
1,00E+01
2,00E+01
3,00E+01
4,00E+01
5,00E+01
6,00E+01
7,00E+01
8,00E+01
9,00E+01
1,00E+02
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800nm
R(%)
A f54v H f38 H f3 A f1 A f30v C f14a
Figure 11 : Courbes de réflectance spectrale du parchemin
I.2.d. Les plages de couleurs
Nous pouvons distinguer diverses courbes de réflectance spectrale caractéristiques de
chaque matière colorante. Les teintes bleues constituant les fonds des miniatures, soit dans
les encadrés soit dans les motifs de frises, révèlent une bande de réflexion spectrale
relativement étroite (entre 380 et 580 nm) avec un pic situé à 460 nm. Cette couleur sera
donc uniquement codée, en théorie, suivant la courbe de réponse spectrale du filtre bleu.
En revanche, les teintes bleues relevées au niveau d’autres motifs tels que les fleurs ornant
de nombreux folios ou des éléments inclus dans les encadrés eux-mêmes, montrent des
réflectances spectrales plus complexes puisqu’elles réfléchissent également dans le domaine
des rouges.
Chapitre 2
44
Figure 12 : Courbes de
réflectance spectrale d’une même
préparation de couleur à des
niveaux de luminosité différents.
La translation de chaque
courbe sur l’axe des R (%) est
significative de l’addition de
blanc à la préparation colorée de
manière à dessiner des drapés
très fins, par exemple.
Au niveau de l’exploitation colorimétrique, nous pouvons interpoler ce résultat en
considérant que chaque courbe caractéristique d’une matière colorante peut se retrouver à
des niveaux différents de luminances. Ainsi, la position des points dans le plan a*b* suit
une géodésique. Une démarche similaire peut être adoptée pour chaque couleur.
I.2.e. Les dorures
Bien que peu de dorures aient été mesurées, nous pouvons remarquer que celles-ci
montrent des courbes de réflectance spectrale propres ; dès 500 nm environ, leur
coefficient de réflexion grimpe brutalement pour devient constant à partir de 700nm.
Le brunissement a pour effet « d’éteindre » la brillance du matériau (celui-ci devient
sombre, de teinte brune). Contrairement à nos attentes, les dorures ne présentent pas de
difficultés supplémentaires par rapport aux autres couleurs. Leur brillance est, certes, une
caractéristique importante dans l’élaboration de l’éclairage lors de la prise de vue, mais d’un
point de vue strictement colorimétrique, elles ne donnent pas lieu à des problématiques
particulières.
0,00E+00
1,00E+01
2,00E+01
3,00E+01
4,00E+01
5,00E+01
6,00E+01
7,00E+01
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800nm
R (%) E f30v
G f38
I f38
Chapitre 2
45
I.3. La carte colorimétrique
Le calcul des coordonnées colorimétriques utilise l’illuminant de référence D50,
normalisé par la CIE et recommandé pour l’étude de tout document graphique.
En fait, les mesures démontrent que les difficultés de reproduction proviennent
davantage des subtilités de teintes, issues d’un travail minutieux et extrêmement détaillé,
que de caractéristiques spectrales particulières telles que des pics de réflectance à une ou
plusieurs longueurs d’onde.
Le manuscrit ne possède pas de couleurs très saturées. Sa palette ne montre pas un
espace de couleur très large. En revanche, il est riche en nuances. Une confrontation avec
une charte de calibration standard semble alors intéressante.
Le graphe suivant met en évidence la répartition des plages de couleur du manuscrit
et celle des 24 patchs couleur de la charte GretagMacBeth. Nous voyons que cette dernière
utilise des références colorées bien trop saturées par rapport au manuscrit. Parallèlement,
peu de patchs donnent des références intermédiaires ce qui peut engendrer des
interpolations grossières au niveau du calcul des algorithmes de mapping. Une idée serait
alors de concevoir une charte reprenant des patchs de référence à des saturations moindres
mais présentant des positions intermédiaires plus fréquentes de façon à assouplir, de par
une meilleure précision, les algorithmes de mapping.
Chapitre 2
46
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120
u*
v*
charte ColorCheckermanuscrit
Figure 13 : représentation des couleurs du manuscrit LATIN 8500 et de la charte ColorChecker
dans le diagramme u*v*.
Ainsi le manuscrit LATIN 8500 a été réalisé par trois peintres différents. Leurs
palettes sont sensiblement distinctes. Cependant, l’ensemble du manuscrit ne dévoile pas de
disparités évidentes.
Nous avons insisté précédemment sur la notion de différence de couleur qui n’était
fiable que si nous considérions des couleurs voisines. Ceci tient au fait que les espaces de
représentation ne sont pas parfaitement uniformes. Les outils mathématiques définissant la
différence de couleur par une distance euclidienne restent ainsi significatifs entre des
coordonnées colorimétriques proches, ou relatives à une zone de teinte et niveau de clarté
proches.
Chapitre 2
47
II. LA DETERMINATION DE LA REPONSE SPECTRALE DU
SYSTEME D’ACQUISITION
La notion de sensibilité spectrale d’un système d’acquisition numérique est
intimement liée à la nature des filtres RVB, superposés à la matrice de capteurs CCD. Ces
filtres permettent l’analyse couleur du sujet conformément à la théorie trichrome, basée sur
les études de Young, Helmoltz et Maxwell du siècle dernier.
En effet, si les capteurs ont une sensibilité spectrale déterminée (c’est-à-dire une
réponse énergétique variable en fonction de la longueur d’onde monochromatique
incidente) l’analyse couleur à proprement parlée est véritablement obtenue grâce à la
combinaison de trois filtres qui modulent sélectivement, ou absorbent la lumière, selon
leurs caractéristiques spectrales propres.
De nombreux facteurs viennent s’interposer entre l’étape de la capture et l’étape de
conversion. La plupart sont technologiques et peuvent être regroupés dans la fonction de
transfert du système. Quelques autres relèvent davantage de la logique des fabricants
ingénieurs qui déterminent les performances de leurs outils mathématiques embarqués dans
le traitement du signal capturé.
La caractérisation de la réponse spectrale du système d’acquisition revient à étudier, à
la fois la réponse énergétique de l’ensemble capteur / filtres / électronique, la nature des
filtres RVB, et à comprendre le principe de conversion du signal d’entrée en valeurs
numériques RVB.
L’objectif consiste enfin à évaluer avec plus de précision les performances et
faiblesses du système et d’en conclure quant à une éventuelle procédure d’utilisation
optimale.
Chapitre 2
48
II.1. Les facteurs limitatifs
II.1.a. La fonction de transfert
Ce paramètre conditionne énormément la qualité du signal de sortie. Il est défini
comme le rapport du signal de sortie sur le signal d’entrée. Ainsi, il représente la conversion
du signal lumineux en signal électrique.
Les capteurs CCD fonctionnant par intégration temporelle de la lumière,
l’éclairement et le temps d’intégration sont alors deux facteurs prépondérants. La fonction
de transfert est directement dépendante de la qualité des composants électroniques en aval
des éléments photosensibles. Nous savons qu’en pratique, cette fonction n’est pas
linéaire pour les basses et fortes lumières. Il n’est pas rare, en effet, de constater un
phénomène de diffusion spatiale (ou blooming) dès lors que le niveau d’éclairement est
élevé. Ceci s’explique par un débordement des puits des photorécepteurs saturés qui pollue
les éléments voisins et ainsi détériore l’analyse du signal de sortie.
Par extension, la fonction de transfert peut également englober la fonction de
transfert optique et la fonction de transfert du spot de balayage (surface sensible utile par
rapport à la surface totale du photosite). Ce dernier point est à rapprocher de la notion
d’échantillonnage du signal ; pour des sujets présentant des détails très fins, la fonction de
transfert doit être en adéquation avec le pas d’échantillonnage de manière à limiter les
phénomènes de moiré.
II.1.b. La résolution
Ce dernier paramètre ne joue pas sur la qualité du signal mais peut être un facteur de
dégradation si nous considérons la question de la discrétisation de l’espace.
Le signal d’entrée, analogique, continu, est converti en un signal de sortie discontinu,
discret où une valeur numérique code une surface finie. Plus la définition du capteur
(exprimée en nombre de pixel) est élevée plus la précision d’analyse (découpage spatial du
sujet) est fine. Ainsi pour les sujets présentant une précision importante dans les détails, la
définition du capteur doit être suffisante pour ne pas engendrer de moyenne spatiale
grossière. En plus d’une perte d’informations, le rendu couleur est également altéré. La
moyenne colorée d’une surface sujet, représentée par la valeur numérique d’un pixel, n’est
Chapitre 2
49
pas forcément significative des nuances originales. L’apparence colorée de la surface est
alors modifiée.
Le manuscrit LATIN 8500 présente des illustrations fines et petites. C’est pourquoi,
nous avons voulu évaluer les performances du système en terme de rendu des détails34. Le
cahier des charges de la BnF impose de travailler à une résolution fixe de 300 dpi. En
travaillant à la définition maximale du système, un champ-sujet est ainsi défini. Le
manuscrit LATIN 8500 entre dans ces contraintes dimensionnelles. Nous avons donc
repris ces exigences.
Le numérique est encore déficient en terme de rendu des détails par rapport aux
émulsions argentiques. Les résultats indiquent des performances 3x à 4x plus petites que
celles qui caractérisent les supports argentiques. Au niveau du manuscrit cela ne posera
sans doute pas encore de problème mais pour des documents extrêmement fins, comme les
cartes et plans, des artefacts colorés, synonymes d’un défaut de moiré, vont fortement
altérer le rendu.
II.1.c. Le bruit
Le bruit peut être de nature différente. Le plus important est dit bruit d’obscurité et
provient de l’agitation thermique au niveau des éléments photosensibles. Il est régulé par
un système de refroidissement qui souvent, le rend négligeable.
D’autres bruits, dits bruit temporel et bruit spatial influencent également la qualité
du signal de sortie. Le premier s’explique par les fluctuations du signal dans le temps. Le
second est dû à la non-uniformité de la réponse des divers éléments constituants le circuit.
De manière générale, le bruit conditionne la dynamique du système ; la littérature
énonce un rapport signal / bruit supérieur à 45 dB pour que l’image générée ne nous
paraissent pas parasitée35.
34 Annexes, « détermination de la résolution ». 35 TRÉMEAU Alain, FERNANDEZ-MALOIGNE Christine, BONTON Pierre, Image
numérique couleur, de l’acquisition au traitement, Paris, Dunod, 2004, p. 28-29. p 123.
Chapitre 2
50
II.1.d. La sensibilité
Il convient de différencier sensibilité absolue et sensibilité relative. La première
notion fait référence à la quantité d’énergie minimale nécessaire à produire un signal utile,
c’est-à-dire supérieur au bruit d’obscurité. La seconde notion définit, elle, le nombre de
photons incidents nécessaires pour passer d’un niveau de gris au suivant.
La sensibilité dépend de la surface de capture réelle du photosite, qui peut varier
selon les constructeurs de 30 à 70 %, mais également de la fonction de transfert. En effet,
l’efficacité lumineuse lors de la conversion des photons en électrons-trous, la perte
d’informations due à la réflexion sur les capteurs et au transfert de charges, influencent
fortement ce paramètre.
II.2. La réponse du système en fonction de la luminance
Une série de tests nous a permis de vérifier à la fois l’indication relative à la
sensibilité, donnée par le fabricant, et d’évaluer l’allure de la réponse en niveaux de gris en
fonction des luminances sujet36. Trois remarques importantes s’avèrent essentielles :
o La procédure d’export embarquée dans le logiciel d’acquisition, CaptureShop 4.1,
induit inévitablement une correction de gamma sur les valeurs numériques brutes,
équivalente à 0,46. Ceci nous fait penser à une optimisation souhaitée de la part du
fabricant pour adapter la restitution de l’image affichée sur écran. Rappelons, en effet,
qu’un moniteur standard est caractérisable par une réponse en gamma de 2,2 afin de
s’approcher d’une échelle de restitution psychométrique. La valeur de 0,46 est
approximativement l’inverse de 2,2.
o La réponse du système n’est pas linéaire en fonction du niveau d’exposition ; les
courbes présentent des pentes différentes alors qu’une simple translation, sur l’axe les
ordonnées, est théoriquement attendue. Ceci démontre l’influence du DSP au niveau du
codage des valeurs de sortie qui essaie de compenser le défaut d’exposition.
o Enfin, les courbes relatives aux surexpositions révèlent un point pivot à partir
duquel la réponse en contraste chute. Ce dernier point est très important car il borne la
36 Annexes « détermination de la réponse en fonction de la luminance ».
Chapitre 2
51
linéarité de la réponse. Afin d’assurer un codage cohérent entre les basses et hautes
lumières, il faut effectivement se placer sur une courbe de réponse linéaire. Dans le cas
contraire, il est vain d’espérer restituer fidèlement les rapports de valeurs entre elles. C’est
pourquoi, nous fixerons, pour la suite de l’étude, un point de référence qui nous assurera
une réponse linéaire.
réponse du système en fonction de la luminance
y = 9,3124x + 0,6854
y = 12,869x - 14,782
y = 18,522x - 24,896
y = 26,891x - 34,598
y = 37,117x - 63,257
y = 50,205x + 49,603
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
0 50 100 150 200 250 300 350
luminances (cd/m2)
Vn (14bits)
5,6
5,6 1/2
8
8 1/2
11
11 1/2
16
16 1/2
22
Linéaire(22)Linéaire(16 1/2)Linéaire(16)Linéaire(11 1/2)Linéaire(11)Linéaire(8 1/2)
Un calcul permet d’évaluer la raison géométrique de cette progression : nous
estimons que le codage en valeurs numériques peut être modélisé par un facteur de 1,90
entre chaque pente successive. Autrement dit, une sous-exposition d’une valeur de 1
diaphragme induit une pente de codage en valeur numérique 1,90 fois plus petite que la
pente à l’exposition normale.
Ce paramètre sera pris en compte pour s’approcher, par le calcul, d’une réponse
spectrale des filtres RVB relative à une source équi-énergétique. Pour cela, nous avons
supposé que chaque canal répondait de la même manière à un unique stimulus.
Chapitre 2
52
II.3. L’acquisition trichrome
L’acquisition numérique trichrome se calque sur le principe de fonctionnement du
système visuel humain. Doté de deux familles de photorécepteurs, les bâtonnets et les
cônes, nous voyons les couleurs grâce à une analyse du stimulus sous trois domaines
spectraux ; les cônes S M et L, dont les pics de sensibilité se placent respectivement à 440
nm, 545 nm et 580nm, sont les photorécepteurs dédiés à notre perception colorée. Ils ne
sont activés qu’en vision diurne. Parallèlement, les bâtonnets sont associés à la perception
de l’intensité lumineuse. Leurs caractéristiques spectrales et énergétiques sont connues
depuis de nombreuses années. Elles fournissent les bases de compréhension des démarches
scientifiques élaborées en colorimétrie pour fournir des outils de simulation.
En effet, les expériences d’égalisation37, bases de la science de la couleur, exploitent le
fait que toute couleur est reproductible par synthèse additive de trois lumières primaires
rouge, verte et bleue. Les lois de Grassman régissent cette théorie38.
Ainsi trois fonctions de mélange ou fonctions colorimétriques définissent ce que l’on
appelle l’observateur standard. Elles correspondent aux proportions nécessaires par canal
R, V et B pour reproduire l’ensemble des couleurs visibles. Il est à noter que l’établissement
de ces données n’a été possible que dans des conditions expérimentales strictes qui
restreignent énormément la validité du résultat. Bien souvent, les conditions d’acquisition
ne coïncident pas avec de telles contraintes.
Par simplification et, à défaut de n’avoir su établir de données plus appropriées,
l’acquisition couleur exploite, malgré tout, ses résultats dans son processus de codage.
37 Les expériences de Guild et Wright ont servi de support au système de primaires RVB
normalisé par la CIE en 1931. 38 On trouve dans de nombreux livres spécialisés l’explication précise des lois de Grassman.
Pour ne citer qu’une seule référence bibliographique, TRÉMEAU Alain, FERNANDEZ-MALOIGNE Christine, BONTON Pierre, Image numérique couleur, de l’acquisition au traitement, Paris, Dunod, 2004, p. 28-29.
Chapitre 2
53
II.3.a. La recherche
État des lieux
Les capteurs CCD ont une sensibilité importante dans le domaine de l’infrarouge. Ce
phénomène peut beaucoup influencer le rapport signal / bruit puisque les radiations
stimulent le capteur de manière abusive comparativement à l’œil. Dans une logique de
reproduction, il est bien évident que l’on cherche à reproduire uniquement ce que nous
pouvons voir. Le signal capturé n’est pas « utile ». La sensibilité à l’infrarouge devient alors
parasite.
Il n’y a pas à ce jour de normes publiées établissant un protocole de caractérisation
spectrale des systèmes de prise de vue numérique. Pourtant, les études et discussions sont
en cours mais ne semblent pas aboutir. Nous citerons, à nouveau, deux textes qui relèvent
de cette problématique : la norme Iso 17321 Graphic technology and photography -
Colour characterisation of digital still cameras (DSCs) et la norme IEC 61966-9 Multimedia systems and equipement – Colour measurement and management – Part 9:
Digital Cameras. Toutes deux font référence à l’utilisation d’un monochromateur afin de
quantifier au niveau énergétique la réponse des capteurs CCD39.
Pour ce présent travail, nous n’avions pas la possibilité d’utiliser un tel appareil.
Cependant, il nous semblait intéressant d’évaluer la réponse spectrale globale du système,
c’est-à-dire d’obtenir des informations représentatives de l’ensemble du système de capture.
Ainsi, un dispositif expérimental, plus grossier mais suffisant pour cette étude, a été utilisé.
Les informations obtenues correspondent à la réponse spectrale du système dans son
ensemble : optique, filtres RVB superposés au capteur et signal modélisé par le DSP.
39 GUILLO Stéphane, mémoire de fin d’études de l’ENSLL, La balance des blancs, Réglages
et effets de la balance des blancs, 2004, p.55.
Chapitre 2
54
Le dispositif expérimental
En plaçant un écran au point image du faisceau envoyé par un spectrographe, nous
avons pu photographier l’image du spectre décomposé. Ainsi le fichier numérique résultant
révèle la sensibilité spectrale du système _ dans la mesure où il est capable de restituer un
certain domaine de longueurs d’onde _ et reste dépendant du système de conversion.
Figure 14 : Photographie du spectre
Figure 15 : Schéma du dispositif expérimental. L’appareil d’acquisition capture l’image du spectre réfléchi par l’écran placé au point foyer image et orienté sous un angle de 45° par rapport à la normale.
Les courbes obtenues à l’aide d’une exploitation logicielle donnent des intensités
numériques relatives exprimées en fonction de la position du pixel dans le fichier.
Un calcul de correspondance entre position du pixel et longueur d’onde, exprimée en
nanomètres (nm), a donc été nécessaire. Plusieurs photographies du spectre prises sous
différents filtres interférentiels permettent d’établir quelques points de référence entre
Chapitre 2
55
position du pixel et longueur d’onde. Après plusieurs tests, nous avons obtenu les meilleurs
résultats en exploitant des fichiers d’une définition de 1024 x 768 px.
Une moyenne sur cinq valeurs a permis d’atteindre un pas d’incrémentation sur l’axe
des longueurs d’onde en adéquation avec la précision du spectrographe. En effet, le réseau
de ce dernier possède une bande passante non négligeable qui décompose la lumière
suivant un pas évalué à quelques nanomètres. Notre échelle de correspondance aboutit à
une incrémentation de 3,43 nm ± 0,16 nm, soit une incertitude de calcul de 4,62 %40.
Le dispositif possède cependant quelques limites qu’il convient de préciser pour une
meilleure appréhension des problèmes ultérieurs :
o La notion de sensibilité spectrale n’est, en théorie, valable que si nous nous
plaçons dans des conditions d’éclairement équi-énergétique. En d’autres termes, la réponse
spectrale du système correspond à sa sensibilité en fonction de la longueur d’onde, face à
une quantité énergétique constante de lumière. Ce n’est pas le cas dans notre étude pour
des raisons matérielles. La source du spectrographe montre une distribution spectrale
continue mais sa température de couleur est évaluée à 2800 K. Les courbes exploitées sont
donc toutes relatives à la source. Une série complémentaire de mesures à l’aide de cette
même source équilibrée à 5000K et 6500K donne des informations quant à l’évolution des
trois courbes RVB en fonction de la distribution spectrale incidente41
o L’ensemble du dispositif expérimental spectrographe + verre de champ élève la
température de couleur d’une valeur de 56 Md. Nous nous sommes affranchis de ce
paramètre en mesurant la distribution spectrale de la source à travers l’ensemble du
dispositif. La suite de l’exploitation se réfère donc à cette dernière mesure.
o Les résultats ne couvrent que le domaine du visible. La sensibilité dans
l’infrarouge des capteurs, évoquée précédemment, n’est pas quantifiée ici.
40 Annexes, « détermination de la réponse spectrale ». 41 Annexes, « courbes de réponses spectrales du système d’acquisition »
Chapitre 2
56
II.3.b. L’exploitation de la réponse spectrale des filtres RVB
Plusieurs remarques sont dores et déjà possibles au vu des premiers résultats42 :
o La réponse spectrale est significative sur un spectre s’étalant de 390 nm à 750 nm.
Au-delà de ces limites, nous pouvons considérer que la réponse enregistrée est assimilée à
du bruit, parasite.
o Les filtres ne couvrent pas une largeur spectrale équivalente. En revanche, les
zones de recouvrement sont importantes ce qui permet une modulation plus fine des
valeurs. En comparaison avec des résultats relatifs à la réponse spectrale des boîtiers
réflexes numériques, ce système présente une particularité au niveau des courbes bleue et
rouge. Celles-ci se coupent vers 515 nm, pic de sensibilité de la courbe verte. Toutes les
longueurs d’onde, comprises entre 390 nm et 670 nm, sont donc codées avec au moins
deux valeurs numériques.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
350,00 400,00 450,00 500,00 550,00 600,00 650,00 700,00 750,00 nm
vale
ur n
umér
qie
rela
tive
Figure 16 : réponse spectrale des filtres RVB sous une source équilibrée à 5000 K
42 Annexes, « courbes de réponse spectrale du système d’acquisition.
Chapitre 2
57
o La courbe rouge présente une variation de contraste entre 520 et 560 nm. La
discrimination résultante y est moindre. Elle montre également une remontée parasite dans
les bleus. Ces deux caractéristiques proviennent probablement de défauts de fabrication du
filtre.
o En revanche, nous pouvons remarquer les pentes abruptes, en milieu de spectre,
des courbes bleue et verte, qui à l’inverse des extrêmes, marquent un arrêt brutal de codage
dans ces deux canaux. Ce phénomène fait penser à une correction de contraste embarquée
dans le traitement des données.
o Les points de recouvrement correspondent à des valeurs numériques élevées, ce
qui montre la capacité du système à restituer correctement les valeurs neutres sur une
dynamique sujet correcte.
Simulation de la réponse spectrale face à une source équi-énergétique
Afin d’aboutir à une réponse spectrale relative à source équi-énergétique, nous avons
procédé à une pondération de chaque valeur en nous basant sur les résultats précédents,
concernant la réponse photométrique du système. En effet, il est possible de déduire le
comportement spectral de ce dernier si nous précisons toutefois l’hypothèse suivante :
chaque canal RVB démontre les mêmes caractéristiques en contraste et sensibilité.
En considérant donc la distribution spectrale de la source du spectrographe, mesurée
à travers l’ensemble du dispositif, nous pouvons déduire des coefficients de
proportionnalité entre chaque quantité d’énergie émise par longueur d’onde. Une
pondération y est ensuite apportée suivant la progression géométrique constatée sur les
courbes de réponses photométriques. Ainsi chaque valeur numérique mesurée est ramenée
à une nouvelle valeur simulant la réponse du système à un nouveau niveau d’énergie.
Nous obtenons ainsi trois nouvelles courbes RVB qui simulent un résultat relatif à
une source équi-énergétique. Les caractéristiques évoquées précédemment restent
inchangées.
Chapitre 2
58
réponse spectrale des filtres RVB
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
350,00 400,00 450,00 500,00 550,00 600,00 650,00 700,00 750,00 800,00nm
Vn re
lativ
e
Figure 17 : réponses spectrales simulées des filtres RVB relatives à une source équi-énergétique.
Les réponses RVB du système d’acquisition peuvent être modélisées par la formule
suivante :
où :
o F est la fonction de transfert
o e un coefficient relatif au niveau d’exposition
o s (λ) la réponse spectrale des filtres R, V ou B
o E (λ) la distribution de la source et
o n représente le bruit sur chaque valeur numérique.
Il est à noter que puisque la détermination de la réponse spectrale des filtres s’est
faite en incluant la fonction de transfert, nous considérerons que le facteur F est égal à 1.
Chapitre 2
59
II.3.c. Le traitement de l’information lors de l’acquisition numérique
Le système de capture possède une sensibilité spectrale propre. Il peut être
caractérisé par un espace de représentation des couleurs qui est directement lié à la réponse
spectrale des filtres RVB. Trois primaires XYZ le définissent et déterminent également les
données RVB du sujet photographié. En connaissant les coordonnées de ces primaires, il
est possible d’établir une transformation mathématique permettant de convertir les
données RVB d’acquisition dans un nouvel espace de représentation plus standard, comme,
par exemple, les espaces dédiés à une restitution sur moniteur.
En reprenant chaque étape depuis l’acquisition du sujet à sa restitution en valeurs
numériques RVB, il est possible d’appréhender de manière plus juste le processus de
traitement de l’information colorée.
o A travers ses filtres d’acquisition RVB, caractérisés précédemment, le système
analyse le sujet suivant trois canaux primaires et fournit, en un premier temps, trois
informations RVB relatives à des quantités d’énergie.
o Ces informations sont ensuite pondérées via la procédure de la balance des
blancs, qui consiste à rétablir les proportions entre canal R, canal V et canal B de manière à
obtenir un blanc équi-énergétique, pour un réflecteur parfait. La pondération est bien sûr
fonction de la nature de la source ; suivant la distribution spectrale de celle-ci, les facteurs
pondérateurs varient.
o Une fois les proportions établies, les données RVB sont quantifiées. En d’autres
termes, le signal est « découpé » en tranche, ou discrétisé. Il devient alors discontinu.
o Il est alors nécessaire de pouvoir établir un pont entre les caractéristiques du
système d’acquisition, que nous engloberons dans l’appellation « espace d’acquisition » et
celles des espaces d’expression.
o Plusieurs changements de repère, de l’espace d’acquisition à l’espace XYZ, puis
de l’espace XYZ à l’espace de restitution, aboutissent à une nouvelle expression des
données qui sont soumises à une courbe de LUT en gamma et exprimées en valeurs
numériques de 0 à 255.
Chapitre 2
60
Les primaires d’acquisition
Rappelons que chaque périphérique, qu’il soit d’acquisition direct ou indirecte,
d’affichage ou d’impression, possède des caractéristiques technologiques propres qui
déterminent un espace de représentation des couleurs, ou gamut. Cet espace délimite
l’ensemble des couleurs reproductibles pour un périphérique donné. Il est défini par trois
primaires RVB de restitution telles que, en additionnant leurs valeurs tristimulus XYZ, on
aboutisse à l’expression mathématique du blanc, choisi pour référence.
Dans le cas d’un système d’acquisition numérique directe, il est important de
comprendre que l’objectif est de couvrir la totalité des couleurs visibles. Autrement dit, un
système d’acquisition de qualité doit démontrer des primaires d’acquisition telles que la
surface triangulaire définie par la liaison des trois points doit englober intégralement le lieu
du spectre des couleurs visibles.
Ces primaires d’acquisition sont fonction de la source lumineuse utilisée et
déterminent ainsi une première expression des données d’acquisition.
Nous avons tenté des calculs de simulation en reprenant des méthodes déjà établies
au cours de recherches scientifiques43 mais cela n’a pas abouti à des résultats cohérents.
Nous nous contenterons donc d’évoquer nos recherches dans un document annexe afin de
ne pas suggérer de fausses interprétations.
43 méthode de Lindsay MacDonald et de Wei Ji de l’université de Derby en Grande
Bretagne.
Chapitre 2
61
Les diverses techniques analytiques apportent des informations essentielles pour
l’étude historique des œuvres d’art. Ceci étant, même si elles exploitent des données
relatives à la réflectance spectrale des composés purs, pigments et colorants présents dans
les peintures, elles ne caractérisent pas non plus les propriétés spectrales des couleurs telles
que nous les voyons sur l’original. Ce que nous cherchons à reproduire ne sont pas les
matières colorantes pures mais bel et bien le mélange des divers constituants qui créent la
couleur.
Ainsi les mesures spectrales sur le manuscrit LATIN 8500 révèlent des couleurs de
mélange, peu saturées, mais d’une modulation fine. Les plages mesurées sont rarement
uniformes ce qui implique des résultats moyennés. Par la suite, l’exploitation des courbes
de réflectance prendra en compte ce fait par une évaluation des valeurs d’incertitudes.
Le système d’acquisition, lui, démontre une réponse spectrale intéressante car il est
en mesure de capturer toutes les informations colorées sur l’ensemble du spectre visible.
En revanche, sa réponse photométrique ne vérifie pas toujours une courbe linéaire, ce qui
explique, pour la suite de l’étude, le choix d’un point de référence pour fixer le niveau de
lumination optimal.
Chapitre 2
62
CHAPITRE 3
L’ACQUISITION NUMERIQUE
Les couleurs sont, par définition, relatives à la source lumineuse qui les éclaire.
Comme le statue la colorimétrie ; la couleur d’un objet est fonction de la réflectance
spectrale de celui-ci, de la distribution spectrale de la source et de l’observateur.
Les études précédentes nous ont permis de connaître les caractéristiques physiques
du sujet et du système d’acquisition. Il s’agit donc, maintenant de mettre en relation ces
différentes propriétés afin de comprendre, tout d’abord, les difficultés constatées lors des
premières prises de vue et d’envisager, par la suite, des solutions pour améliorer ces
résultats. La confrontation du sujet original au système d’acquisition reste alors pertinente
par une mise en parallèle de l’objet relatif à une source, face à la réponse spectrale du
système de capture.
Après avoir étudier les paramètres d’acquisition, il est possible de relever une
configuration générale qui fournit des résultats fiables. Une évaluation qualitative s’ensuit.
Elle entraîne une réflexion sur l’adéquation du matériel utilisé et sur sa pertinence face au
sujet choisi, le manuscrit LATIN 8500.
63
I. LA CONFRONTATION SUJET/SYSTEME D’ACQUISITION
I.1. Le choix de la source
Figure 18 : Exemple de trois
couleurs bleues montrant des
courbes de réflectance spectrale
bien distinctes mais qui, selon la
source lumineuse employée,
sont plus ou moins
différenciées.
Les graphes suivants montrent la distribution spectrale de plusieurs couleurs bleues
couplées à une source continue tungstène équilibrée à 2800K et couplées à une source
mixte Flash.
Nous remarquons que le domaine des courtes longueurs d’onde (les bleus) est
fortement affecté de par les faibles énergies incidentes de la source tungstène ; l’émission
caractéristique de la matière est quasiment inexistante face à l’émission renvoyée dans les
grandes longueurs d’onde (les rouges). Il devient alors très délicat de différencier une
couleur, telle que la plage F du folio 1, à une autre couleur présentant une courbe de
réflectance spectrale plus monotone, mais encore significative d’une teinte bleue (plage B
du folio 1).
reflectance spectrale
0,00E+00
1,00E+01
2,00E+01
3,00E+01
4,00E+01
5,00E+01
6,00E+01
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800nm
R(%) B f1
F f1
I f38
• Chapitre 3
64
couleurs sous la source tungstene
0,00E+00
5,00E-03
1,00E-02
1,50E-02
2,00E-02
2,50E-02
3,00E-02
3,50E-02
4,00E-02
4,50E-02
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800nm
distribution spectrale
(sr.m2.nm)
B f1F f1I f38
Figure 19 : distributions spectrales des trois couleurs bleues du manuscrit LATIN
8500 sous une source tungstène.
A l’inverse, la source flash différencie davantage les émissions propres à chacune des
couleurs comme le montre le graphe ci-contre. Bien que les pics d’émission parasitent
légèrement les courbes, les trois couleurs ne se confondent pas entre elles.
couleurs sous la source flash
0,00E+00
5,00E-04
1,00E-03
1,50E-03
2,00E-03
2,50E-03
3,00E-03
3,50E-03
4,00E-03
4,50E-03
5,00E-03
350 450 550 650 750nm
distribution spectrale (sr.m2nm)
B f1F f1I f38
Figure 20 : distribution spectrale de trois couleurs bleues du manuscrit LATIN 8500 sous une source flash.
• Chapitre 3
65
Le spectre mixte de la source flash ne pose pas de problèmes particuliers ici. Aucune
couleur n’est susceptible d’être radicalement modifiée par une amplification abusive du
facteur de réflectance. Cela aurait été plus problématique en imaginant une courbe de
réflectance spectrale présentant une montée (ou descente) significative juste au niveau d’un
pic ; le produit de la source et de l’objet renvoie alors des propriétés nettement différentes.
La couleur originale initialement perçue comme bleue, devient fortement cyannée sous la
source flash.
Cette problématique ne se pose pas ici, puisque aucune plage de couleur ne vérifie
une telle propriété. La source flash paraît alors pertinente sur le point colorimétrique. De
plus, sa puissance permet de limiter le temps d’exposition. Les ouvrages étant très fragiles à
la lumière, cet aspect n’est donc pas négligeable.
I.2. Quelque singularité
Une particularité concerne quelques couleurs relevées sur les folios 11v, 14a, 30v et
38. Ces plages de couleurs sont de teintes différentes : la plage A du folio 11v apparaît à
l’œil comme neutre, les plages I et E des folios 38 et 30v sont bleues, tandis que la plage B
du folio 14a est gris-bleue. Leur point commun est de présenter une remontée, non
négligeable, de leur courbe de réflectance spectrale dans le domaine des rouges, à partir de
700 nm environ.
En comparaison à la réponse spectrale du système d’acquisition, il semble que ce
dernier soit aveugle face à cette singularité. Rappelons cependant que le dispositif
expérimental qui nous a permis de caractériser la réponse spectrale du système n’exploitait
que le domaine du visible. Mais nous l’avons précisé précédemment, les capteurs CCD ont
une sensibilité importante dans les infrarouges.
• Chapitre 3
66
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
380 430 480 530 580 630 680 730 780nm
plage A folio 11vfiltre Rfiltre Vplage B folio 14aplage E f30vplage I folio 38filtre B
Figure 21 : courbes de réflectance spectrale de quatre couleurs présentant des montées
importantes à partir de 700 nm et confrontées à la réponse spectrale des filtres RVB d’acquisition.
Il est possible que le système d’acquisition soit doté d’un filtre IR, absorbant les dites
radiations, mais cette question n’a pu être soulevée. En considérant que le système ne
perçoive pas cette remontée dans les fortes longueurs d’onde, l’analyse de ces couleurs est
assimilable à celle de l’œil. En revanche, si la sensibilité du capteur dans les radiations
infrarouges n’est pas complètement éliminée, le signal lumineux capturé se différencie
grandement de celui que nous pouvons percevoir. Ainsi, il donne lieu à une interprétation,
en valeurs numériques, aberrante.
I.3. La dynamique du sujet face à la courbe de réponse
Le manuscrit LATIN 8500 ne présente pas une dynamique très importante. Le
parchemin constitue l’élément le plus lumineux tandis que les zones les plus sombres se
situent souvent sur de petites parties colorées des peintures. Ces deux zones présentent
tout de même des modulations certaines en terme de teintes qu’il est important de pouvoir
restituer.
• Chapitre 3
67
Le système d’acquisition présente, lui, une dynamique de restitution nettement plus
importante. En revanche, sa réponse n’étant pas linéaire selon le niveau d’exposition, il
semble nécessaire de déterminer quelques points de référence qui permettront de fixer
l’ensemble du sujet sur une courbe de réponse satisfaisante.
D’après les résultats obtenus précédemment, il est pertinent de préférer une légère
sous-exposition afin de bénéficier d’une courbe de réponse proportionnelle entre les basses
et hautes lumières.
0
50
100
150
200
250
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90L*
Vn
gamme Kodak F f14aG f14a B f14aC f33 F f33O f54v A f11vB f11v A f54vA f33 C f14aA f1 A f3 I f33
Figure 22 : Valeurs numériques en fonction de la luminance L*.
L’ensemble du sujet est très largement compris dans la dynamique de la gamme de gris Kodak.
La difficulté majeure retenue au regard des multiples mesures faites sur le manuscrit
LATIN 8500, provient de la complexité des mélanges colorés ; rares sont les couleurs
présentant des réflectances spectrales avec un pic localisé dans un domaine de longueurs
d’onde. La plupart, en effet, couvrent une largeur de spectre importante, de manière
relativement monotone, ce qui pose des problèmes de discrimination au niveau de
l’acquisition numérique.
• Chapitre 3
68
Même si le système est capable de voir toutes les longueurs d’onde dans le visible, il
n’est pas forcément en mesure de moduler toutes les nuances de teintes et de luminosité
dans une dynamique de codage finie.
La conversion des valeurs numériques d’acquisition en valeurs numériques de
restitution, dans un espace de travail donné, reste problématique ; la procédure de
calibration couleur permet au DSP de prendre des repères et d’établir un mapping cohérent
par rapport aux caractéristiques spectrales des filtres RVB.
II. LES PARAMETRES D’ACQUISITION
II.1. La détermination de l’exposition
Les courbes de réponse photométrique du système nous permettent de fixer un
niveau de lumination tel que l’ensemble du sujet bénéficie d’un codage linéaire en valeurs
numériques. Il faut pour cela éviter les surexpositions et régler l’éclairement tel que l’indice
de lumination soit égale à 13, pour ISO 100.
Ainsi, nous nous assurons que toutes les valeurs du sujet restent cohérentes entre
elles ; un même écart de luminance dans les basses et hautes lumières se traduit par un
même écart en valeurs numériques. Par la suite, la courbe de gamma de 0,46,
accompagnant l’export de l’image dans le logiciel Photoshop, induit une amplification des
basses lumières au détriment des hautes lumières mais nous ne pouvons nous en affranchir.
Notre démarche s’appuie sur les propriétés des fichiers bruts, c’est-à-dire non exportés du
logiciel d’acquisition CaptureShop à Photoshop. Elle reste pertinente si nous envisageons
de ne pas passer par la procédure d’export. Dans le cas contraire, il faut considérer un
périphérique de restitution impliquant un gamma inverse à 0,46, soit approximativement de
2,2.
En pratique, la valeur numérique maximale atteinte est de 12000, la dynamique n’est
donc pas intégralement utilisée (rappelons que la quantification initiale est de 14 bits soit
16384 valeurs possibles). Cependant cela ne pose pas véritablement de problème car une
quantification sur 12 bits reste suffisante dans une grande majorité des cas et
• Chapitre 3
69
particulièrement dans notre cas, où le sujet ne présente pas une dynamique propre très
importante. Il est tout de même possible de moduler des luminances supérieures. Le
manuscrit étudié ici ne présente pas de luminances très élevées ; à l’exception des reflets des
dorures, aucune plage du sujet ne se trouve au-delà de la référence.
Parallèlement, une sous-exposition engendre un bruit parasite qui est plus lisible dans
les basses lumières. L’écart-type, relevé sous Photoshop avec chaque valeur numérique
médiane, permet une évaluation du bruit ; il est significatif de la dispersion (exprimée en
valeur numérique) d’une plage de couleur.
Puisque chaque valeur numérique est relative à la médiane d’une zone sélectionnée,
elle s’accompagne donc d’une donnée d’incertitude qui renseigne quant à l’uniformité de la
plage considérée. En prenant en compte 1x la valeur de l’écart-type, nous nous assurons à
68% que la valeur médiane est significative. Ainsi, en traçant l’évolution de l’écart-type en
fonction du niveau de lumination, nous pouvons constater que celui-ci augmente avec les
surexpositions ainsi que dans les basses lumières.
Néanmoins, la droite que nous considérons ici (Ev = 13) n’engendre pas encore de
bruit très conséquent puisqu’il n’excède pas 5% des valeurs numériques impliquées. Nous
jugeons alors ce parasitage négligeable.
II.1.a. L'évolution colorimétrique
Une série de prise de vue de la charte ColorChecker 24 patchs permet de constater
l’évolution colorimétrique de chacune des plages de couleur en fonction de la lumination.
Les résultats confirment la démarche précédente puisque les données L*u*v* relatives à
une légère sous-exposition fixée précédemment, sont celles qui s’approchent le plus des
points de référence.
Il est à noter que les coordonnées u*v* calculées à partir des relevés des valeurs
numériques sur les fichiers ne se superposent pas exactement aux données de référence.
Ces écarts peuvent être, en partie, expliqués en considérant les incertitudes sur les mesures
spectrales et les incertitudes des relevés sur les valeurs numériques44.
44 Au regard des écarts-types accompagnant chaque relevé, nous pouvons quantifier cette
dernière incertitude par une équivalence en delta u*v*. En fait, cette dernière incertitude n'est que très minime puisqu'elle n'excède pas les 1% sur chaque valeurs u* v*. Ceci nous permet de nous
• Chapitre 3
70
diagramme u*v*
-150
-100
-50
0
50
100
150
-100 -50 0 50 100 150
u*
v*
f5,6 1/2
f8
f8 1/2
f11
f11 1/2
f16
f16 1/2
référence
Figure 23 : évolution colorimétrique de la charte ColorChecker en fonction du niveau de
lumination. Représentation dans le plan u*v*.
Les surexpositions déforment littéralement les couleurs alors que les sous-expositions
permettent de conserver une certaine linéarité. Nous remarquons que les graphes
correspondants sont de forme homothétique ce qui laisse penser que les sous-expositions
conservent les rapports de couleurs entre elles.
assurer de la fiabilité d'une comparaison entre valeurs colorimétriques u*v* calculées à partir des données spectrales d’une part et à partir des relevés de valeurs numériques d’autres part.
• Chapitre 3
71
diagramme u'v'
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
u'
v'
f 5,6 1/ 2
f 8
f 8 1/ 2
f 11
f 11 1/ 2
f 16
f 16 1/ 2
r éf ér ence
Figure 24 : évolution colorimétrique de la charte ColorChecker en fonction du niveau de
lumination. Représentation dans le diagramme u’v’.
Dans le diagramme de chromaticité u*v* associé à l’espace CIELUV, nous pouvons
effectivement considérer que les sous-expositions conservent l’attribut de la teinte.
Rappelons tout de même que les coordonnées u*v* sont fonction de la luminance L*, ce
qui signifie que le diagramme doit être lu en imaginant une représentation dans l’espace
avec l’axe des luminances L* perpendiculaire au plan u*v*. En fait, en traçant les mêmes
points dans le diagramme u’v’, nous nous affranchissons de L*. Ainsi, nous pouvons
conclure quant au réel effet de l’exposition sur la chroma.
Selon le domaine spectral, l’exposition influe plus ou moins sur la couleur. La sous-
exposition a tendance à augmenter la pureté de la couleur ; les points s'éloignent de
l'origine.
• Chapitre 3
72
II.2. Le choix de l’espace de représentation
diagramme u'v'
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7u'
v'
manuscritlieu du spectreadobe 98sRVB
Figure 25 : représentation des couleurs du manuscrit LATIN 8500 dans le diagramme u’v’ et
gamuts des espaces de restitution Adobe 98 et sRVB.
Le graphe, reprenant les données u’v’ des mesures sur le manuscrit, montre que celui-
ci ne présente pas de couleurs très pures. L’ensemble des mesures révèle même des
couleurs comprises dans les espaces de restitution sur moniteur. Ceci nous fait penser
qu’en théorie, aucune couleur n’est susceptible d’être fortement altérée par les
performances restreintes des périphériques de restitution. Dans une logique de
reproduction, il convient de préserver, au plus la couleur absolue, au mieux les rapports de
couleurs entre elles. Ici, nous préférerons, par conséquent, un mode de calcul
colorimétrique « absolu » lors de la conversion des données dans l’espace de restitution. De
plus, cela assure une certaine répétitivité de codage entre les différentes prises de vue ; ce
mode ne modifiant pas les coordonnées des points dès lors qu’ils se trouvent dans le gamut
considéré, aucune couleur extérieure ne vient affecter ses voisines.
• Chapitre 3
73
Dès l’acquisition, le logiciel CaptureShop demande à l’utilisateur de choisir un espace
de travail dans lequel seront définies les couleurs du fichier. Ainsi, un calcul de conversion
entre l'espace d’acquisition et l'espace de restitution s’opère directement par le logiciel
d’acquisition.
Entre les divers espaces de représentation accessibles, il s’agit de choisir celui qui
présente un gamut nécessaire et suffisant. En d’autres termes, l’espace de restitution doit à
la fois couvrir l’ensemble des points couleurs du sujet et ne pas être trop large de manière à
coder les couleurs efficacement. Le logiciel d’acquisition tend à utiliser un espace adapté à
un codage des couleurs impliquant un gamma de 2,245. Nous avons beaucoup utilisé
l’espace Adobe 98 pour cette étude car il répondait à ce critère. De plus, les ateliers de la
BnF respectent un cahier des charges qui spécifie l’utilisation d’un espace de travail afin
d’uniformiser la production.
Ceci étant, il existe un nouvel espace colorimétrique, le ECI RGB. Cet espace, de
l’European Color Initiative, est en voie d’être standardisé. Il peut être intéressant dans le
cadre d’une gestion de la couleur qui se veut la plus souple possible. En revanche, il est
défini pour un illuminant de référence D50 et une LUT en gamma de 1,8. Il semble donc, à
l’heure actuelle, inadapté avec le logiciel CaptureShop, à moins que ce dernier révise ses
courbes d’export !
45 Rappelons que la courbe d’export, dite linéaire, implique obligatoirement une LUT en
gamma de 0,46, ce qui est approximativement l’inverse de 2,2. A l’heure actuelle, il reste impossible de modifier ce paramètre. Le logiciel ne présente pas de souplesse, de champ d’action, à l’utilisateur qui souhaite travailler autrement.
Annexes, les protocoles expérimentaux, détermination de la sensibilité.
• Chapitre 3
74
III. L’ANALYSE COLORIMETRIQUE
III.1. Les écarts de couleur
Dans un premier temps, nous obtenons des écarts de luminances moindres en
appliquant le niveau d’exposition explicité précédemment. Comme le montre le graphe
suivant, les écarts ne dépassent pas une valeur de 2, ce qui est acceptable.
delta L* / référence
plage 1
plage 2
plage 9plage 15
plage 7plage 12
plage 16plage 11
plage 14
plage 4
plage 6
plage 18plage 3
plage 8plage 13
plage 5
plage 10
plage 17
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
plages de la ColorChecker
delta
L*
f5,6 1/2
f8
f8 1/2
f11
f11 1/2
f11 1/2
f16
Figure 26 : écarts de luminance L* de chaque plage de couleur de la charte ColorChecker.
Les points sont triés sur l’axe des teintes des rouges vers les bleus.
Les mesures de réflectance spectrale permettent de calculer les coordonnées u’v’ de
chaque couleur et de représenter graphiquement la position des points dans le diagramme
de chromaticité.
Le système d’acquisition fournit des résultats de qualité puisque les points couleur
relevés sont très proches des points de référence.
• Chapitre 3
75
diagramme u'v'
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
u'
v'référence
PDV
lieu du spectre
D65
Flash
Figure 27 : représentation des couleurs de la charte ColorChecker dans le diagramme u’v’.
Les points sont reliés entre eux pour se rendre plus facilement compte des distorsions de couleurs
entre données du fichier et données de référence. Ainsi un mouvement général peut être relevé.
Les deltas E (∆E) permettent de quantifier les écarts de couleurs. Nous avons utilisé
la définition du ∆E00 afin de prendre en compte la non-uniformité des espaces et les
paramètres de perception des différences couleurs. Rappelons qu’une appréciation des
écarts de couleur par un calcul de distance euclidienne est insuffisante pour rendre compte
des phénomènes complexes jouant sur notre vision colorée. Un même écart chiffré ne
signifie pas forcément une même perception de différence couleur. Le ∆E00, défini par la
CIE, tente de considérer davantage ces multiples paramètres afin de fournir des indications
plus significatives. Cela contribue à une meilleure interprétation qualitative des résultats.
Nous avons vu que le principe de caler l’exposition du fichier à un niveau de
lumination déterminé (Ev = 13), permettait d’obtenir des écarts de luminance optimaux sur
toutes les plages colorées de la charte. Les calculs de ∆E qui suivent s’intéressent donc
davantage aux écarts de chromie.
• Chapitre 3
76
Il est souvent donné la valeur de 1 pour quantifier un ∆E correspondant au seuil de
perception des différences couleur. Ici, les écarts sont plus importants mais restent tout de
même raisonnables dans la plupart des cas. Les zones les plus critiques sont les neutres
(plages 19 à 24) ainsi que les deux patchs jaunes-oranges. En fait, nous nous apercevons
que les neutres manquent beaucoup de luminosité alors que les deux plages de couleur
s’écartent de leur référence suivant l’axe des u*.
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
plage
9
plage
15
plage
1
plage
2
plage
7
plage
12
plage
16
plage
19
plage
11
plage
4
plage
14
plage
6
plage
18
plage
22
plage
23
plage
3
plage
20
plage
8
plage
24
plage
5
plage
13
plage
21
plage
10
plage
17
delta E 2000
Figure 28 : écarts CIEDE2000 (ou ∆E00) obtenus sur le fichier brut.
III.2. L’expérience visuelle
Une expérience de comparaison visuelle semble alors intéressante pour tenter
d’apprécier les écarts de teinte tels que nous les obtenons en premier lieu. Il est possible
qu’au niveau perceptuel, le système soit suffisamment performant pour ne pas restituer des
écarts de couleurs visuels trop grossiers.
• Chapitre 3
77
Rappelons que l’analyse qualitative des fichiers de prise de vue implique
obligatoirement deux méthodes :
o la première, utilisée jusqu’à maintenant, fournit des critères objectifs qui sont les
coordonnées colorimétriques de chaque plage de couleurs considérées. A partir des écarts
calculés entre données de référence et données relevées sur les fichiers images, nous
obtenons des indications chiffrées.
o La seconde méthode, et la plus immédiate, est l’appréciation visuelle directe. Elle fait
donc appel à notre subjectivité et reste fortement dépendante du périphérique de sortie.
Dans cette étude, nous nous sommes limités à une appréciation sur moniteur46. Cependant,
il est connu que ce dernier n’est pas sans défaut en terme de restitution des couleurs mais
son étude approfondie ne rentre pas dans ce présent travail.
Ces dernières informations ne sont pas directement en relation avec les résultats de la
première méthode. En effet, puisque les espaces de couleur ne sont pas uniformes, nous ne
pouvons considérer qu’un même écart de couleur correspond à une même sensation de
différence couleur. Afin de ne pas chercher en vain un réglage ultérieur qui s’efforce de
minimiser « à l’aveugle » ces écarts, nous avons tenter de caractériser un pont entre seuil
d’acceptation de différence couleur et écart de couleurs chiffrés. Ainsi, nous obtenons de
nouveaux critères qualitatifs qui permettent d’évaluer le rendu final des images avec plus de
pragmatisme.
Chaque plage de la charte ColorChecker a donc bénéficié d’un réglage de courbes
RVB sous Photoshop de façon à confondre sur l’écran la couleur de référence et la couleur
du fichier. Les nouvelles valeurs numériques sont alors relevées. Nous obtenons ainsi les
coordonnées colorimétriques L*u*v* correspondantes.
46 Les résultats qui suivent ont été obtenus à partir d’une visualisation sur un moniteur CRT,
dans un environnement lumineux relatif à la lumière du jour. Les plages de couleurs n’ont pas été séparées de leur contexte ; l’assimilation avec la couleur de référence s’est faite en considérant les couleurs environnantes du sujet.
• Chapitre 3
78
Relativement aux seuils d’acceptation47, les écarts ∆E00 sont plus ou moins
importants. En considérant qu’un rapport de 2 entre seuil et résultat soit acceptable pour
juger la restitution des couleurs correcte, nous voyons que les zones les plus critiques sont
les neutres et les couleurs claires rouges et jaunes. Ces dernières montrent en effet des
rapports pouvant atteindre 6 fois le seuil de perception.
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
plage
9
plage
15
plage
1
plage
2
plage
7
plage
12
plage
16
plage
19
plage
11
plage
4
plage
14
plage
6
plage
18
plage
22
plage
23
plage
3
plage
20
plage
8
plage
24
plage
5
plage
13
plage
21
plage
10
plage
17
delta E2000 fichier brut
delta E2000 fichier
Figure 29 : écarts ∆E00 du fichier brut comparés aux écarts du fichier corrigé d’après
l’expérience visuelle.
47 Le seuil d’acceptation couleur varie avec le domaine spectral. Cela n’est pas surprenant si
nous gardons en mémoire les expériences déterminant les seuils différentiels, citées dans les paragraphes précédents. L’expérience est relative aux performances du périphérique de sortie (écran) qui ne sont pas à négliger. Elles peuvent expliquer une discrimination moins exigeante (∆E> 1) car elles restent soumises à des limites technologiques. En fait, ces résultats ne sont pas à prendre comme des références absolues mais comme indications pour évaluer qualitativement la restitution des couleurs. Si les écarts entre les couleurs de référence et celles issues du fichier image sont proches des seuils d’acceptation, nous pouvons considérer que la reproduction (dans sa restitution sur écran) est bonne.
• Chapitre 3
79
IV. VERS UNE OPTIMISATION DES RESULTATS
IV.1. Regard sur la charte ColorChecker
Au regard des premiers résultats relatifs à la charte ColorChecker 24 patchs, il semble
possible de relever quelques défauts de couleurs généraux :
o Le fichier brut, c’est-à-dire sans correction, démontre une légère dominante colorée
dans les neutres clairs alors que les plages colorées sont beaucoup plus proches des
références. Il faut se remémorer les résultats expérimentaux précédents, relatifs aux
réponses des filtres d’acquisition. Les points de recoupement n’étant pas au même niveau,
nous pouvions anticiper sur un défaut de dominante colorée, plus critique dans les neutres
et hautes lumières.
o Les plages les plus saturées sont très sensibles à un défaut de luminance.
o Les bleus manquent souvent de pureté, ce qui nous rappelle, encore une fois, l’allure
des réponses spectrales des filtres RVB ; la courbe du rouge présentait une remontée
parasite dans le domaine des bleus48. Ceci a directement pour effet que les teintes bleues
engendrées sont « ternies » par l’information R parasite.
o Les couleurs du rouge au vert-jaune présentent des écarts de teinte importants.
Face à ces constatations complexes, une correction globale s’est avérée inefficace. Les
effets sont antagonistes. Il s’agit ici de trouver une correction jouant sur une sélection de
couleurs. Concrètement, elle ne peut être prise en compte qu’au niveau des algorithmes de
mapping.
Nous avons donc procédé à un calcul mathématique visant à minimiser les écarts
∆E00. Dans un premier temps, la charte ColorChecker a servi de support pour trouver les
fonctions de correction. A partir des observations faites sur le graphe suivant, trois zones
distinctes ont été traitées séparément :
48 Chapitre 2, détermination de la réponse spectrale du système d’acquisition, p.56.
• Chapitre 3
80
o Une partie du fichier (v' inférieur à 0,45) nécessite une correction s'apparentant à une
simple translation sur l'axe vertical v'.
o Une autre partie demande une correction de teinte suivant l'axe horizontal u'.
o Les neutres ont également bénéficié d’une correction indépendante.
diagramme u'v'
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
u'
v'
réf érence
PDV
lieu du spect re
D65
Flash
adobe
Figure 30 : zones de correction dans le diagramme u’v’ d’après les données du fichier brut.
Au final, les résultats se caractérisent par une fonction polynomiale dans chaque canal
RVB. Ces fonctions s’appliquent sur les valeurs numériques linéaires, directement issues de
la matrice de passage de l’espace de représentation considéré.
Les résultats de la simulation démontrent effectivement de nouveaux écarts ∆E00
nettement réduits. A l’exception de deux plages de couleur dans les rouges, tous les patchs
s’approchent de leur référence.
Cependant, nous remarquons que le degré le plus significatif des fonctions de
correction est le degré 149. Autrement dit, les fonctions peuvent s’apparenter à des
fonctions affines dont le coefficient de pente est, de plus, très voisin de 1. Ceci signifie que
49 A l’exception de la fonction de correction de la partie supérieure jouant sur le canal Vert.
Voir en annexes, les fonctions de correction par zone de couleur.
• Chapitre 3
81
la correction apportée reste très minime. Nous pouvons nous en rendre compte facilement
en traçant les nouvelles valeurs numériques en fonction des valeurs initiales. Les courbes
obtenues sont quasiment superposées à la droite médiane d’équation y = x.
correction de la partie inférieure
0
50
100
150
200
250
0 100 200
Vn initiales
Vn c
orrig
ées
Figure 31
correction de la partie supérieure
0
50
100
150
200
250
0 100 200
Vn initiales
Vn c
orrig
ées
Figure 32
• Chapitre 3
82
correction des neutres
0
50
100
150
200
250
0 100 200
Vn initiales
Vn c
orrig
ées
Figures 31, 32 et 33 : Valeurs numériques corrigées en fonction des valeurs initiales (fichier brut).
En fait, l’acquisition couleur est tout à fait satisfaisante si nous nous bornons à cette
unique référence : la charte ColorChecker. Il reste, néanmoins, à vérifier si le système
conserve cette même pertinence face à un sujet photographique réel. Les fichiers image du
manuscrit LATIN 8500 démontrent-ils des écarts ∆E00 du même ordre ? Si tel est le cas, le
système, dans la configuration considérée, resterait efficace.
IV.2. Regard sur le manuscrit LATIN 8500
IV.2.a. État des lieux des prises de vue
Tout d’abord, une remarque importante concernant l’incertitude des relevés : les
plages de couleur du manuscrit n’étant pas uniformes, les écarts-types accompagnant
chaque valeurs numériques médianes restent non négligeables. En fait, en considérant une
incertitude de ± ½ de l’écart-type, nous arrivons, pour certaines plages, à une imprécision
en u*, v* et L* parfois égale à plus de 50% des écarts que nous essayons d’optimiser. De
telles plages ne sont donc pas prises en compte pour juger de la qualité d’acquisition ainsi
que celle de la correction apportée.
• Chapitre 3
83
C f38
K f54vJ f54v
B f38
HM f54v
D f38
F f54vH f54v
C
A f38E f54v
N f54v
D f54vDC f54v
B f54v
A f54v
FO f54v
A
G
H f38
L f54v
G f54v
E
B
I f38
G f38I
I f54v
E f38
P f54v
0
2
4
6
8
10
12
incertitudedelta E2000
Figure 34 : écarts ∆E00 du manuscrit LATIN 8500.
A l’exception de quelques plages, les résultats sont du même ordre de grandeur que
ceux relatifs à la charte de calibration. Les barres du graphique sont classées par teinte allant
du rouge au bleu. Il ne s’en dégage pas de zone spectrale plus critique qu’une autre.
Néanmoins, si nous regardons les écarts de luminances d’une part, et les écarts de chromie
d’autre part, nous pouvons constater que, si les deux précédents indices CIEDE2000
critiques (plage A et C) s’expliquent par un écart de luminance non négligeable, il n’en est
pas de même pour une grande majorité des autres plages. En fait, les couleurs rouges sont
plus altérées sur l’axe u’ alors que les autres domaines spectraux montrent des écarts plus
importants sur l’axe v’.
Cela rejoint de près les différentes zones relevées lors de l’analyse de la charte, c’est
pourquoi une même correction a ensuite été employée. Ceci étant, les résultats des fichiers
bruts (sans correction) ne sont pas médiocres. Bien qu’ils soient encore supérieurs aux
écarts trouvés lors de l’égalisation visuelle, ils peuvent être considérés comme satisfaisants.
Globalement, ils représentent 2x le seuil d’acceptation, ce qui, dans le contexte des arts
graphiques est très honorable.
84
III.2.b. Les corrections apportées
Les fonctions de correction trouvées précédemment, lors de l’analyse de la charte,
ont été directement appliquées aux plages de couleur du manuscrit suivant les mêmes
sélections spectrales. Non sans étonnement, nous pouvons constater que les écarts ne sont
pas forcément minimisés. Au contraire, l’amplification est importante. Il n’y a pas de zone
spectrale plus altérée qu’une autre ; la chute ou le gain de l’indice CIEDE2000 ne semble
pas être lié à un tel critère.
0
2
4
6
8
10
12 delta E2000
delta E2000 corrigé d'après la charte
Figure 35 : écarts ∆E00 du fichier brut et du fichier corrigé d’après les résultats de la charte.
Pouvons-nous alors supposer que la charte n’est pas suffisante pour rendre compte
de modulations relativement fines, en teinte et en luminance ?
Nous nous sommes employés à une correction plus spécifique. Suivant une démarche
similaire, de nouvelles fonctions ont été calculées. Bien qu’elles soient également
modélisées par des polynômes, leurs courbes démontrent une tout autre allure50.
Cependant, elles ne fournissent pas une correction performante, à la même image que les
fonctions issues de la charte. Alors que les données v’ se rapprochent de leur référence, les
valeurs u’ s’en éloignent, ce qui accentue le défaut constaté dans les rouges.
50 Annexes, fonctions de correction par zone de couleur.
• Chapitre 3
85
0
2
4
6
8
10
12
delta E2000 delta E2000 corrigé
Figure 36 : écarts ∆E00 du fichier brut et du fichier corrigé spécifiquement.
Finalement, les corrections apportées ne s’avèrent pas beaucoup plus pertinentes que
les résultats obtenus sur les fichiers bruts. Peut être s’agit-il d’une trop grande simplification
mathématique ou encore, peut être que la palette couleur n’est pas assez large pour relever
une tendance plus générale.
Quoiqu’il en soit, il ne faut pas perdre de vue que l’analyse couleur de système assure
l’acquisition de l’information. Aujourd’hui, le traitement embarqué dans le DSP satisfait
parfaitement les exigences de la charte et reste tout a fait correct pour un sujet plus
particulier tel que le manuscrit. Il est néanmoins possible de réfléchir à une future
modification de ce traitement en envisageant un nouvel outil de calibration.
• Chapitre 3
86
IV.3. Discussion
Il n’est pas du tout assuré qu’un espace soit d’autant plus pertinent qu’il couvre une
grande surface du diagramme de chromaticité. En fait, la qualité et l’efficacité d’un espace
couleur résident davantage dans ses méthodes mises en œuvre dans le codage de la couleur.
Autrement dit, l’attribution d’un triplet de valeurs numériques RVB à un triplet de valeurs
tristimulus XYZ est fonction des algorithmes de mapping, eux-mêmes dépendants des
outils mathématiques employés et surtout des points de référence choisis.
Ce dernier point renvoie directement à la question du sujet statistique, c’est-à-dire la
charte, sur lequel repose les calibrations des appareils. Cette charte est conçue spécialement
pour reprendre les caractéristiques majeures qu’il est statistiquement très fréquent de
rencontrer. En d’autres termes, elle est capable de donner des références dans la plupart
des configurations de prises de vue. Évidemment, cet outil, par sa définition même, reste
souvent pertinent. Néanmoins, nous pouvons tout de même discuter quant à l’efficacité de
la charte ColorChecker 24 patchs pour la calibration d’appareils de prise de vue directe.
Ne proposant que 24 points de référence, elle manque à l’évidence de modulation de
teinte. Elle engendre donc des algorithmes qui sont contraints d’interpoler trop largement
afin d’établir des ponts entre les différentes références. Nous comprenons ainsi qu’une
couleur, qui n’est ni représentée dans la charte, ni sur les droites des algorithmes, est codée
de manière très approximative voire destructrice.
Le manuscrit LATIN 8500 présente justement ce type de difficultés. Ses couleurs
étant d’une modulation très fine, en teinte et en luminance, elles ne peuvent bénéficier d’un
codage aussi précis. Il peut être envisagé de construire une nouvelle charte, reprenant non
pas les caractéristiques d’un sujet moyen, mais les caractéristiques de la palette couleur du
manuscrit. Ainsi, l’espace de couleurs proposé serait plus réduit mais aussi plus précis.
Nous pouvons alors considérer que cet outil impliquerait des calculs (codage) plus adaptés.
• Chapitre 3
87
CONCLUSION
De par son rôle dans la diffusion et la sauvegarde du patrimoine, la Bibliothèque
nationale de France s’intéresse de près aux questions relatives à la conservation de
documents. Aujourd’hui, les ateliers du Département de la reproduction se sont équipés en
matériel de prise de vue numérique et cherchent à évaluer la pertinence de cette nouvelle
technologie afin de fixer des méthodes raisonnées pour la production à venir.
Si la maniabilité des supports photographiques traditionnels est connue depuis de
nombreuses années, la technologie numérique ne reste pas moins bornée à de propres
contraintes techniques, malgré son apparente souplesse. Cependant, elle présente l’avantage
supplémentaire indéniable de produire des documents plus pérennes. En assurant une
recopie régulière des fichiers en fonction de l’évolution technologique, nous pouvons
considérer que les archives numériques ont une durée de vie infinie. C’est pourquoi, il est
important de s’attacher, maintenant, à la qualité des fichiers dès l’acquisition afin d’assurer
l’intégrité des fonds de sauvegarde à court et long terme.
En plus de documents de travail, les reproductions sont des supports de substitution
de premier intérêt puisqu’elles contribuent à la diffusion et à la conservation du patrimoine.
Elles se doivent de restituer l’intégralité des caractéristiques de leurs modèles dans les
limites des supports employés.
La diversité des collections de la Bibliothèque nationale de France est certes
appréciable mais elle représente aussi une difficulté supplémentaire pour appréhender les
problématiques liées à la reproduction. Ayant constaté que certains manuscrits médiévaux
présentaient des difficultés de restitution colorée pour les émulsions argentiques, nous
avons souhaité savoir si ce problème perdurait en numérique. Ainsi, le choix d’un
manuscrit, le LATIN 8500, a orienté notre étude vers une confrontation du sujet et du
système d’acquisition afin d’établir d’éventuelles incompatibilités.
La couleur est un phénomène complexe ; si sa métrologie est assurée par la
colorimétrie, son entière qualification fait appel à des notions plus subjectives que l’on ne
peut définir mathématiquement. La reproduction est un outil de fond. Elle apporte toutes
les informations de contenu, mais reste bornée aux limites technologiques pour restituer les
88
informations formelles. La couleur étant intimement liée au support, aux matières
colorantes, à l’état de conservation et aux conditions d’observation, sa restitution absolue
ne peut être intégralement maîtrisée. Néanmoins, sa reproduction, qu’elle soit sur supports
argentiques ou numériques, s’appuie, dans un premier temps, sur l’étude spectrale du sujet
et du système de capture. La condition sine qua non pour obtenir ce que l’on souhaite est,
de manière évidente, l’assurance que le système d’acquisition soit en mesure de « voir »
l’objet considéré.
Ainsi une brève étude de la composition des manuscrits explique les difficultés
rencontrées lors des mesures spectrales sur l’original ; les couleurs mises en jeu sont
complexes car issues de mélanges multiples. Bien que relativement réduite, la palette
présente des caractéristiques colorimétriques fines. Le choix de la source est, de ce point de
vue, important. Alors qu’une source tungstène a tendance à fondre entre elles les nuances
dans les bleus, le flash dissocie davantage les courtes longueurs d’onde. Il permet également
de réduire les temps de pose ; l’ouvrage n’est pas soumis à un niveau d’éclairement et à une
température élevés pendant trop longtemps, ce qui n’est pas négligeable pour la
conservation du document.
Au niveau du système d’acquisition, deux étapes sont distinctes. La réponse spectrale
s’est avérée satisfaisante puisque le système est en mesure d’analyser toutes les longueurs
d’onde du visible. En revanche, le traitement de l’information, embarqué dans le DSP, peut
être plus critiqué. Plusieurs paramètres ont été soulevés. La linéarité de la réponse n’est pas
vérifiée pour n’importe quel niveau de lumination. Afin d’assurer une restitution cohérente
sur l’ensemble des valeurs du sujet, il faut légèrement sous-exposer les prises de vue. De
plus, le format brut relatif au logiciel d’acquisition CaptureShop ne permet pas, pour
l’instant, d’éviter la procédure d’export qui embarque systématiquement une courbe de
gamma de 0,46 dans le fichier. Autrement dit, pour retrouver une réponse linéaire, il faut
obligatoirement appliquer au fichier un paramètre de restitution qui possède une courbe de
gamma inverse. Bien que cette valeur de 0,46 corresponde approximativement à 2,2, c’est-
à-dire le gamma standard des périphériques d’affichage, nous pouvons néanmoins regretter
ce manque de souplesse, d’autant plus qu’il ne s’agit que d’un standard et non d’une valeur
raisonnée en fonction de la nature du sujet. Enfin, la performance du traitement est toute
vérifiée si nous nous bornons à la restitution de la charte. Mais nous percevons bien qu’il
peut être rapidement mis en défaut pour des sujets plus particuliers. Le manuscrit étudié ici
• Conclusion
89
présente des subtilités délicates qui éprouvent un peu les algorithmes de mapping. Une
solution serait alors de constituer une charte plus représentative de la palette couleur du
manuscrit afin d’engendrer un traitement, soit une conversion du signal d’entrée en valeurs
numériques, plus adapté.
• Conclusion
90
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