Saturation (couleurs)

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Différents niveaux de saturation d'une image.

En théorie des couleurs, la saturation ou pureté est l'intensité d'une teinte spécifique. Elle est fondée sur la pureté de la couleur ; une teinte hautement saturée a une couleur vive et intense tandis qu'une teinte moins saturée paraît plus fade et grise. Sans aucune saturation, une teinte devient un niveau de gris. La saturation est l'une des coordonnées dans les système colorimétriques TSL et TSV.

La saturation d'une couleur est déterminée par une combinaison de son intensité lumineuse et de la distribution de ses différentes longueurs d'ondes dans le spectre des couleurs. La couleur la plus pure est obtenue en utilisant une seule longueur d'onde à très haute intensité, comme avec un laser. Si l'Intensité lumineuse diminue, la saturation aussi. Pour désaturer une couleur dans un système à synthèse soustractive (comme avec de la Gouache), on peut lui ajouter du blanc, du noir, du gris, ou sa teinte complémentaire.

Pureté dans le système colorimétrique CIE 1931 XYZ

Dans le système colorimétrique CIE 1931 XYZ, la pureté ou saturation est la distance Euclidienne entre la position de la couleur (x,y) et le point blanc (x_I,y_I) sur le plan de projection xy du CIE, divisé par la distance (toujours Euclidienne) pour une couleur pure (Monochromatique ou dichromatique sur la même ligne) de la même teinte (x_P,y_P) = ρ_max(x − x_I,y − y_I) + (x_I,y_I) :

$p = \sqrt{\frac{(x - x_{I})^2 + (y - y_{I})^2}{(x - x_{P})^2 + (y - y_{P})^2}}$

et ρ_max maximum dans les limites du diagramme chromatique.

Saturation dans le système colorimétrique RVB

Dans un espace colorimétrique RVB, la saturation peut être décrite comme l'Écart type σ entre les coordonnées des couleurs R(rouge), V(vert) et B(bleu). Si on choisit μ pour représenter la luminosité, alors

$\sigma = \sqrt{ (R - \mu)^2 + (G - \mu)^2 + (B - \mu)^2 \over 3}$.

En termes volontairement simplistes, on peut dire qu'une couleur a une saturation maximale si elle à une luminosité de 100% dans le canal rouge, et 0% dans les autres canaux. Cette couleur ne serait pas du tout saturée si tous ses canaux étaient égaux. Donc on peut dire que la saturation est la différence entre les valeurs des canaux.

En termes purement colorimétriques, cette simple définition dans l'espace colorimètrique RVB pose plusieurs problèmes. L'espace colorimétrique RVB n'est pas absolu, la valeur de la saturation est arbitraire et dépend du choix des couleurs primaires et du point blanc. Par exemple, l'espace colorimétrique RVB n'a pas nécessairement un jacobien unique en termes colorimétriques.

Chromaticité dans les système colorimétriques CIE 1976 L*a*b* et L*u*v*

La définition naïve de la saturation ne donne pas sa fonction de réponse. Dans les espaces colorimétriques CIE XYZ et RVB, la saturation est définie en termes de mélanges de couleurs additives et a la propriété d'être proportionnelle à n'importe quelle échelle centrée sur le blanc ou sur le point blanc illuminant. Toutefois, ces deux espaces colorimétriques ne sont pas linéaires en termes de différence de perception psychovisuelle des couleurs. Il est aussi possible et parfois préférable de définir une quantité semblable à la saturation qui soit linéaire en termes de perception psychovisuelle.

Dans les espaces colorimétriques CIE 1976 L*a*b* et L*u*v*, la chromaticité non-normalisée est la composante radiale de la représentation en coordonnées cylindriques CIE L*C*h (luminance, chromaticité, teinte pour hue en anglais) des espaces colorimétriques L*a*b* et L*u*v*, aussi appelé CIE L*C*h(a*b*) ou pour raccourcir CIE L*C*h et CIE L*C*h(u*v*). La transformation de (a ^* ,b ^* ) en (C ^* ,h) est donnée par

$C^{*} = \sqrt{a^{*2} + b^{*2}}$

$h = \arctan \frac{b^{*}}{a^{*}}$

et de manière analogue pour le CIE L*C*h(u*v*).

La chromaticité dans les coordonnées du CIE L*C*h(a*b*) et dans le CIE L*C*h(u*v*) a l'avantage d'être plus linéaire psychovisuellement, toutefois ils ne sont pas linéaires en termes de mélange linéaire des composantes de couleur. Cependant, la chromaticité dans les espaces colorimétriques CIE 1976 L*a*b* et L*u*v* est très différente du sens traditionnel de la saturation.

Chromaticité dans les modèles de perception des couleurs

Une autre méthode, psychovisuellement plus précise, plus complexe, afin d'obtenir et de quantifier la saturation est d'utiliser un modèle de perception des couleurs, tel que le CIECAM qui tient compte notamment des effets d’adaptation chromatique, et des caractéristiques de la surface émettrice/réfléchissante.

Voir aussi

• Teinte