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Fiche sur les couleurs...

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Notion de couleur 1. Lumière et couleur 1.1 Spectre de la lumière blanche On peut décomposer la lumière produite par une lampe quartz-iode à l’aide du dispositif ci-dessous. Le réseau est constitué de traits opaques régulièrement espacés. Un réseau peut comporter entre 150 à 1500 traits par millimètre.

On obtient sur l’écran les couleurs de l’arc en ciel, c’est-à-dire le spectre de la lumière visible.

Newton a décidé que ce spectre comporte sept couleurs comme les sept notes de la gamme: Le rouge Le orange Le jaune Le vert Le bleu L’indigo Le violet Ce découpage est très arbitraire. En fait, il existe une infinité de nuances. 1.2 Lumière monochromatique C’est une lumière issu du spectre de lumière blanche. Ce sont les sept couleurs citées dans le paragraphe précédent. 1.3 Lumière polychromatique Une lumière polychromatique résulte de la superposition de plusieurs lumières monochromatiques. Exemples: utilisation du logiciel « CoulSynth ». Magenta : rouge et de bleu

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Cyan : bleu et vert

Jaune : rouge et vert

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Blanc : rouge, vert et bleu

Cours d’optique

1.4 Couleurs complémentaires Magenta : rouge et de bleu

Blanc : rouge, vert et bleu

L’addition de bleu et de rouge donne du magenta. L’addition de vert au magenta donne du blanc. Le vert et le magenta sont des couleurs complémentaires. Définition : L’addition de deux couleurs complémentaires donne du blanc. Autres exemples : Cyan= bleu + vert Jaune clair=vert + rouge

couleur complémentaire= rouge couleur complémentaire= bleu

2. Synthèse d’une couleur 2.1 Synthèse additive On superpose plusieurs faisceaux lumineux de couleurs différentes. Dans la pratique on superpose trois faisceaux lumineux, un pour le rouge, un pour le vert et un pour le bleu. Les intensités lumineuses s’ajoutent.

Le rouge, le vert et le bleu sont les couleurs primaires de la synthèse additive. Les couleur qui résultent de la superposition d’au moins deux couleurs primaires sont appelées couleurs secondaires. Un mélange équilibré des trois couleurs primaires (rouge, vert, bleu) produit de la lumière blanche. Un mélange équilibré de rouge et de bleu donne du magenta. Un mélange équilibré de rouge et de vert donne du jaune clair. Un mélange équilibré de vert et de bleu donne du cyan. Jaune

Rouge (couleur primaire)

Vert (couleur primaire) Magenta

Blanc

Bleu (couleur primaire) 1S

Cyan -1-

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2.2 Synthèse soustractive On part d’un support blanc, puis on supprime certaines couleurs par interposition de filtres. Dans la pratique, on utilise trois filtres : - un filtre cyan (C) qui laisse passer le bleu et le vert et qui absorbe le rouge - un filtre jaune (J) qui laisse passer le rouge et le vert et qui absorbe le bleu - un filtre magenta (M) qui laisse passer le bleu et le rouge et qui absorbe le vert Par exemple, si l’on superpose une filtre magenta et un filtre jaune, le filtre magenta supprime la couleur verte et le filtre jaune la couleur bleue. La seule couleur qui traverse les deux filtres est donc le rouge.

Le cyan, le jaune et le magenta sont les couleurs primaires de la synthèse soustractive.

Magenta (couleur primaire)

Bleu Cyan (couleur primaire)

Rouge

Noir

Jaune (couleur primaire)

Vert

2.3 Applications a. Ecran plat et écran cathodique L’image produite par un écran plat est constitué d’une matrice de points lumineux appelés pixels. Chaque pixel est constitué de trois luminophores (ou photophores) placés en ligne. Chacun est consacré à l’une des trois couleurs rouge, vert et bleu (voit figure ci-dessous).

Pour synthétiser la couleur rouge, seul le photophore rouge est allumé. Pour le jaune il faut allumer les photophores rouge et vert. Et pour le blanc, les trois photophores doivent être allumés ensemble. Grace à ce dispositif, il est possible de reconstituer plus d’un milliard de nuances. 1S

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b. Photographie et imprimerie La synthèse soustractive est utilisée par les imprimeurs et les peintres. On l’utilise aussi pour les tirage photographiques sur papier et pour les impression en couleur avec les imprimantes à jet d’encre. Chaque couleur primaire joue le rôle de filtre, par exemple le cyan supprime le rouge. Les colorants du commerce ne sont pas assez opaques. Pour les couleurs foncées il faut rajouter une quatrième couleur, le noir. Les imprimeur parle de quadrichromie CMJN (cyan, magenta, jaune et noir)

3. Codage des couleurs en infographie 3.1 L’unité de mesure : l’octet La mémoire d’un ordinateur est constituée d’une série de composants électroniques qui se comportent comme des interrupteurs. Un interrupteur peut être ouvert ou fermé. S’il est ouvert, la tension aux bornes de celui-ci est maximale et on lui affecte la valeur 1. S’il est fermé, tension aux bornes de celui-ci est nulle et on lui affecte la valeur 0. Il n’y a que deux états possibles. Pour stocker des nombres plus importants, il faut disposer de plusieurs interrupteurs travaillant en parallèle. Avec n interrupteurs, on peut coder 2n nombres. Un octet est un ensemble de 8 interrupteurs, qui permet de coder 28=256 nombres. S’il s’agit d’un entier naturel, ce nombre sera compris entre 0 et 255 (entier non signé). 3.2 Échantillonnage d’une image Une image numérisée est présenté sous la forme d’une grille (une matrice) composée de points lumineux (pixels).

La position d’un pixel est donnée par deux indices, l’indice de ligne et l’indice de colonne. A chaque pixel est associé un nombre qui indique la couleur de celui-ci. Dans le cas d’un moniteur (écran d’ordinateur), l’origine du tableau est située en haut à gauche de l’image. L’indice de colonne augmente de gauche vers la droite et l’indice de ligne de haut en bas. 3.3 Codage RVB a. Principe du codage C’est le mode de codage le plus utilisé en infographie. R est l’abréviation de rouge, V celle de vert et B celle de bleu. Les anglo-saxons parlent de codage RGB (red, green et blue). C’est aussi le mode de codage utilisé par les cartes vidéo qui équipent nos ordinateurs. Pour le codage RVB, on utilise seulement des entiers naturels. A chaque pixel, on associe trois nombres entiers (ou canaux) qui donnent le niveau des trois couleurs primaires de la synthèse additive. R indique le niveau de rouge, V celui du vert et B celui du bleu. La qualité du codage dépend de la valeur maximale de ces trois nombres.

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b. Profondeur de codage. Exemple du codage sur 24 bit C’est le mode de codage utilisé par le format « jpeg », qui est le format d’image le plus courant. La profondeur de codage est le nombre d’octets nécessaires pour coder un pixel. Pour coder la couleur d’un pixel, il faut 3 octets (3X8=24 interrupteurs), c’est-à-dire un octet par canal (R,V,B). Le premier octet (octet de poids le plus faible) pour le rouge, le deuxième pour le vert et le troisième (octet de poids le plus fort) pour le bleu. Dans le cas d’un fichier « jpeg » couleur la profondeur de codage est de 3 octets, soit 24 bits. Chaque canal (R, V, B) comporte 256 niveaux. Avec ce système, on peut donc coder 2563=16 777 216 de couleur , ce qui est suffisant pour la plupart des images, mais peut être très insuffisant dans des cas très particuliers, par exemple en macrophotographie et en photographie astronomique. Remarque : Une image en noir et blanc de même qualité nécessite un seul octet (256 niveaux de gris) et donc occupe trois fois moins de place. c. Taille d’une image en pixel Taille d’une image La largeur L et la hauteur H d’une image sont exprimées en pixels (symbole px). Par exemple l’écran de l’ordinateur sur lequel ce texte a été tapé, comporte 1366 pixels par ligne et 768 lignes. La taille d’une image est le nombre de pixels contenue dans l’image numérisée. On l’obtient on multipliant la hauteur par la largeur. Taille de l’image= Hauteur X Largeur Par exemple une image de 3000 px sur 2000 px a donc une taille de 6.106 pixels soit 6Mpx. d. Poids d’une image en octet C’est le nombre d’octets nécessaires pour stocker une image. On l’obtient en multipliant la taille de l’image par la profondeur de codage exprimée en octets. Si chaque pixel nécessite trois octets (codage sur 24 bits) le poids de l’image est donc obtenue en multipliant la taille par 3. Poids de l’image = profondeur de codage X Taille de l’image Par exemple pour une image couleur de 640px sur 480px codée sur 24 bits (3 octets), on obtient : Poids= 640 X 480 X 3 Poids=921 600 octets Soit en ko : Poids= 921 600 / 1024 Poids= 900 ko e. Codage d’une couleur en binaire et en hexadécimal Il existe plusieurs méthodes pour représenter un nombre. En informatique, en plus du système décimal, on utilise le système binaire et le système hexadécimal. Pour représenter un nombre en décimal, on utilise 10 chiffres : {0, 1, 2, 3, 4 , 5, 6, 7, 8, 9}. Pour représenter un nombre binaire, on utilise seulement deux chiffres : {0,1}. C’est le système le plus adapté au stockage des nombres en informatique. On affecte à chaque interrupteur la valeur 0 ou 1. On associe le chiffre des unités au premier, le chiffre des dizaine au deuxième, le chiffre de centaines au troisième et ainsi de suite. Avec huit interrupteurs, on peut représenter des nombres à huit chiffres en binaire, par exemple 00001011. Il y a une correspondance simple entre la représentation d’un nombre entier naturel en binaire et sa représentation en décimal. binaire

0

1

10

11

100

101

110

111

1000

1001

1010

1011

1100

…

11111111

décimal

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

…

255

Ce système à l’inconvénient d’occuper beaucoup de place. Les informaticiens lui préfèrent le système hexadécimal. Pour représenter un nombre hexadécimal, on utilise seulement seize chiffres : {0, 1, 2, 3, 4 , 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E ,F}.

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La correspondance entre la représentation d’un nombre en hexadécimal et sa représentation en décimal est donnée ci-dessous hexadécimal

0

1

2

3

…

9

A

B

C

D

E

F

10

11

12

décimal

0

1

2

3

…

9

10

11

12

13

14

15

16

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18

A l’aide … … décimal 25 26 27 31 32 33 254 255 de cette représentation, un octet est représenté par un nombre comportant au maximum deux chiffres. Les conversions décimal hexadécimal peuvent être faites à l’aide de la calculatrice de Windows7, Windows8 ou Windows10 en mode programmeur. hexadécimal

19

1A

1B

…

1F

20

21

…

FE

FF

f. Représentation en hexadécimal d’un codage sur 24 bit Une image couleur codée sur 24bit peut être représentée par un ensemble de 3 nombres hexadécimaux, c'est-àdire par six chiffres, dans l’ordre suivant le bleu à gauche , le vert au centre et le rouge à droite, par exemple : 10E46B  B=10 V=E4 R=6B (hexadécimal) B=16 V=228 R=107 (décimal) Quelques couleurs classiques: Pour obtenir du noir les trois canaux doivent être positionnée sur 0 : Noir  000000 Pour obtenir du blanc les trois canaux doivent être positionnée sur 255 (FF en hexa décimal) : Blanc  FFFFFF Pour obtenir du magenta clair, le rouge et le bleu doivent prendre la valeur 255 (FF en hexa décimal) et le vert doit prendre la valeur 0 : Magenta clair  FF00FF Pour obtenir du jaune clair, le rouge et le vert doivent prendre la valeur 255 (FF en hexa décimal) et le bleu doit prendre la valeur 0 : Jaune clair  00FFFF Pour obtenir du cyan clair, le bleu et le vert doivent prendre la valeur 255 (FF en hexa décimal) et le rouge doit prendre la valeur 0 : Cyan clair  FFFF00

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g. Ecriture des grands nombres Pour écrire des grands nombres, les physiciens utilisent la notation ingénieur, c’est-à-dire qu’ils écrivent ces nombres avec des multiples qui sont données ci-dessous : Noms kilo méga giga tera

Symbole k M G T

Valeur 103 106 109 1012

Les informaticiens sont des personnes étranges qui ne raisonnent pas comme tout le monde. Ils vivent dans un monde binaire. Ces différentes abréviations ont des valeurs sensiblement différentes. Ainsi un kilo-octet (ko) n’est pas constitué de 1000 octets, mais de 210 octets, soit 1024 octets. Les multiples utilisés sont donnés dans le tableau ci-dessous : Noms kilo-octet méga-octet giga-octet terra-octet

Symbole ko Mo Go To

Valeur 210 octets 10 2 ko = 220 octets 210 Mo = 2 30 octets 210 Go = 240 octets

1024 octets 1024 ko = 10242 = 1 048 576 1024 Mo= 1024 3 = 1 073 741 824 1024 Go= 1024 4 = 1 099 511 627 776

Remarque : Des tentatives récentes pour passer au système décimal ont échouées, même si dans beaucoup de manuels, en particulier le votre, on utilise le système décimal. Dans ce système le kilo-octet est égal à 1000 octets, le méga-octet est égal à 1000 kilo-octets. L’ancien kilo-octet (1024 octets) est appelé le kibi-octet et l’ancien méga-octet (1024 kilo-octets) le mébioctet. Les informaticiens ont rarement suivi les consignes.

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