Retour à l'accueil «numérique»

Le métamérisme
des tirages N&B
(version: 26 juin 2005)

On définit traditionnellement le métamérisme comme le phénomène qui fait que deux échantillons peuvent très bien avoir la même couleur sous un éclairage donné et des couleurs différentes sous un autre éclairage. Il est certes normal que la perception d'une couleur change quand on change d'éclairage (chacun a bien dû voir des bleus très saturés devenir noirs sous la lumière d'une bougie), mais il est tout de même surprenant que deux couleurs initialement identiques se distinguent l'une de l'autre quand on change la lumière.

Dans le cas des tirages N&B, ce qu'on appelle «métamérisme» est la sensation que la couleur résiduelle du tirage (le «rendu», si on préfère) change quand on passe d'un éclairage à une autre. Comme cette expérience ne porte que sur un seul échantillon au lieu de deux, certains préfèreraient parler de pseudo-métamérisme, mais cette distinction paraît inutile puisqu'il s'agit du même mécanisme physique.

Je me souviens d'une expo où des tirages numériques N&B étaient accrochés sur du tissu gris. Le soir du vernissage, sous l'éclairage des spots tungstène, rien à dire. Mais le lendemain matin, ces spots était complètement surclassés par la lumière du soleil qui entrait à flots et les tirages numériques prenaient une teinte légèrement verdâtre plutôt malheureuse sur le gris des panneaux. Sans ce tissu, on n'aurait eu que le soupçon que ces N&B tiraient alors vers le vert, mais la présence de ce tissu ne laissait pas le moindre doute. Autrement dit, la présence d'un échantillon de référence ne fait que faciliter la perception d'une coloration anormale; elle ne modifie pas la réalité du phénomène.

Evidemment, dans ce cas précis, rien ne garantit que ce n'est pas le tissu qui aurait viré au magenta sous le soleil... Mais les fabricants de tissu sont particulièrement attentifs au problème, et ça ne change rien sur le fond, qu'il y a quelque part quelque chose d'anormal dans les couleurs.

Cet effet est particulièrement gênant pour les tirages N&B, car l'œil détecte très facilement de petites déviations par rapport aux gris. Rien de tel n'arrive avec les tirages argentiques et, bien sûr, on aimerait bien que les tirages numériques parviennent à la même insensibilité vis à vis de l'éclairage.

Origine du phénomène

courbes spectrales

Le métamérisme provient des irrégularités dans la réflectivité en fonction de la longueur d'onde. La figure ci-contre correspond à deux «gris» proches de L=50, pris l'un sur un tirage argentique et l'autre sur un tirage numérique. Ces deux spectres sont relevés de 380 à 730 nm. On voit que le spectre du gris argentique est presque plat : la lumière réfléchie est donc identique à la lumière incidente, à un facteur de proportionnalité près — c'est précidément la définition d'un gris idéal. Par contre, le spectre de réflexion du gris numérique est beaucoup plus chahuté, et cela peut se traduire par une suraccentuation des verts/bleus ou des rouges selon la composition de la lumière incidente, avec un effet d'autant plus fort que le spectre de la lumière incidente sera lui même plus irrégulier (autrement dit, on risque d'avoir des variations de couleur bien plus fortes avec des éclairages fluorescents).

Comment étudier le métamérisme ?

Les spectres précédents se relèvent avec un spectro-photomètre.

Cet appareil éclaire les échantillons avec une source de lumière incorporée et il relève le spectre de la lumière réfléchie (par exemple tous les 10 nm entre 380 et 730 nm pour le Eye-One de Gretag-Macbeth). Cette mesure est toujours précédée d'un tarage du spectro, où on relève ce qui est réfléchi par un blanc de référence (un oxyde de titane) ; le rapport des deux spectres donne le spectre de réflectivité de l'échantillon, c.à.d. son pouvoir réflecteur en fonction de la longueur d'onde.

Ensuite, connaissant la répartition spectrale d'un éclairage donné, on peut tout d'abord calculer la lumière réfléchie par l'échantillon ainsi éclairé, puis en déduire les tristimulus X,Y,Z et enfin les composantes L,a,b (un peu :-)) plus familières. La sensation de couleur est directement liée au couple (a,b) et on peut ainsi prévoir les changements de couleur liés aux changements d'éclairage.

Toutes les pièces du mécano se trouve dans les pages de Bruce Lindbloom, mais il est plus rapide de faire faire le travail par un logiciel spécialisé. Si on dispose du spectrophotomètre Eye-One de Gretag-Macbeth, on peut utiliser le module MeasureTools du logiciel ProfileMaker à cet effet. Ce dernier coûte une petite fortune (euh, pour n'effaroucher personne, disons de 2 à 4 fois le prix du kit Eye-One de base — qui n'est déjà pas donné —, selon la configuration demandée), mais on peut le télécharger librement à http://www.gretagmacbeth.ch/support-download?prod=products_professional-cm&send=1 et le module MeasureTools figure parmi ce qui va bien vouloir fonctionner.

On peut alors faire lire une couleur quelconque par le spectro-photomètre, et le logiciel MeasureTools indique alors directement les composantes L,a,b de cette couleur sous divers types de lumière incidente, ainsi que son spectre de réflectivité.

Pour le lecteur éventuellement sceptique, précisons que les mesures ainsi réalisées corroborent les observations visuelles, du moins lorsque les déviations sont assez grandes pour être perceptibles à l'oeil nu.

Chiffrage du métamérisme d'un gris particulier

On parle généralement d'un indice de métamérisme M, mais y a plusieurs façons de le calculer [datacolor], sans parler des multiples façons de définir le «delta-E» qui intervient dans les calculs [datacolor2, deltaE-2000]. A chaque fois, il faut préciser l'éclairage initial et l'éclairage final.

Pour faire aussi simple que possible, nous avons défini M comme la moyenne quadratique de la variation des composantes Lab, soit, dans le cas d'un gris où la luminance L ne varie pratiquement pas :
          M= SQRT( (a1-a2)^2 +(b1-b2)^2)
En fait, on peut parfaitement décider d'utiliser cette formule même si les variations de L ne sont pas tout à fait négligeables. Cela revient à à privilégier la variation de la teinte dans notre étude, attitude qui nous paraît parfaitement légitime dans le cas des tirages N&B.

Comment chiffrer le métamérisme de tout un tirage N&B ?

Un tirage N&B est composé de tous les gris possibles entre le noir maximum et le blanc du papier. On peut associer un M à chacun de ces gris, mais il n'y a aucune raison pour que ce soit toujours le même.

courbes de métamérisme
De haut en bas : HP8750 et papier HP Premium Plus; Epson 2100 et Lyson FineArt; au milieu, tireuse Agfa et papier Agfa Sensatis (en rouge) et, presque superposé, Fuji Frontier et papier Fuji Crystal Supreme ; tout en bas en vert, encre noire seule MIS Ebony sur papier Epson Mat Archival

De fait, on voit ci-contre l'évolution de M en fonction de L pour divers couples imprimantes et papiers ; on voit que M peut varier dans des proportions considérables. Doit-on pour autant donner toute la courbe pour caractériser le méta­mérisme d'un tirage ? L'information serait certes complète mais pas très facile à manipuler. Mais comment la réduire à un seul chiffre qui soit vraiment significatif ?

On utilise généralement la moyenne arithmétique, mais celle-ci risque de conduire à sous-estimer le méta­mé­risme. Par exemple, dans les deux courbes les plus élevées ci-contre, on culmine à près de 2 fois la valeur moyenne; on aura donc un certain changement moyen de couleur, et pour certains gris, un changement presque deux fois plus grand. Il me paraît vraisemblable que l'oeil verra davantage cet extrême de recoloration que la variation moyenne. Le «bon» chiffre magique pour caractériser globalement le métamérisme devrait donc être une combinaison entre la moyenne arithmétique et la valeur maximale : un bon candidat est la moyenne quadratique (c.à.d. la racine carrée de la moyenne arithmétique des carrés de M).

Procédure utilisée

Chaque fois que j'ai pu, j'ai imprimé et analysé une charte de gris contenant 21 plages avec des L (théoriques) variant de 0 à 100 par pas de 5, et j'ai choisi d'étudier les variations entre l'illuminant A (2856K) et le D65 (6500K). Comme expliqué ci-dessus, les mesures ont été faites avec un spectro-photomètre Gretag-Macbeth «Eye-One» piloté par le module MeasureTools de ProfileMaker.

Dans certains cas (papiers barytés, impressions de revues) où je n'avais pas de charte de gris, je me suis contenté d'analyser des échantillons pris au hasard dans ces tirages avec des densités allant du noir maximum au blanc du papier. En principe, le calcul des moyennes devrait rester significatif.

Quelques résultats

On trouvera ci-dessous les performances en matière de métamérisme de divers procédés pour obtenir des images en noir et blanc. J'ai choisi de les classer avec la moyenne quadratique des M, mais la moyenne simple n'aurait pas modifié le classement (juste un peu la valeur de la moyenne)

Valeurs de M Procédés d'impression
 
0.1 Tirage argentique sur papier baryté ;
0.3 Revue d'art avec impression en noir seul
0.3-0.5 Impressions numériques en noir seul sur papier mat.

 
Les valeurs dépendent de l'encre utilisée (l'encre mate Epson autour de 0,5 alors que la MIS Ebony est plutôt autour de 0,3) et aussi, faiblement, du papier utilisé.
0.5-1.0 Impressions en tons continus (sur les Epson)

 
On trouve ici aussi bien ce que QuadToneRip sait faire avec les encres Epson natives que les procédés avec des encres alternatives, comme Piezography ou le sytème UT-7 de MIS, et tout cela quel que soit le type de rendu (neutre, froid ou chaud) en dehors des rendus sépia. En général, les procédés UT-7 ou Piezography font un peu mieux que QTR, mais le papier (mat) utilisé a son mot à dire
1.1-1.2 Impressions QuadToneRip sur papier brillant (sur Epson)

 
Il s'agit d'une curiosité. QuadToneRip permet de tirer sur papier brillant avec l'encre noire Epson «photo». J'ai essayé sur Ilford Smooth ou Epson Premium Semi-Glossy. Le métamérisme est à peine plus haut que pour les papiers mats et l'uniformité de coloration est tout à fait accceptable en rendu chaud, mais le reflet des sources de lumière crée des irisations insupportables. Dommage !
1.6
(et plus)
Tirages sépia sur Epson

 
Les tirages sépia font intervenir du jaune, encre réputée pour augmenter le métamérisme. Ce chiffre de 1,6 a été obtenu avec des encres UT7 avec le réglage sépia léger sur du Epson Mat Archival et aussi avec QuadToneRip en rendu sépia sur du PhotoRag, les deux fois avec des colorations sépia proches l'une de l'autre. On a un métamérisme nettement plus fort (2.1) avec le plein rendu sépia en UT7 sur du PhotoRag, mais la coloration est nettement plus forte (b=15 au lieu de 10).
1.7-1.9 Tirages numériques commerciaux sur papier argentique, sur machines Fuji Frontier ou Agfa (papiers Fuji Crystal Supreme ou Agfa Sensatis)
1.8 Images N&B en quadrichromie dans des revues ;
1.5-1.8 Epson R800 sur papier mat

 
On trouve ici les tirages R800 aussi bien en mode RVB et en «encres couleurs» (qui conduisent à des N&B décents avec un bon profil ICC) que les tirages «en niveaux de gris»... qui, à mon avis, constituent une arnaque d'Epson, dans la mesure où l'imprimante continue bel et bien à faire de la quadrichromie (même comportement avec la R300 ; pour retrouver un vrai fonctionnement avec l'encre noire seule, il faudrait s'adresser à un pilote alternatif GutenPrint – que je n'ai pas essayé). Les tirages « niveaux de gris» sont entachés d'une coloration trop forte à mon goût.
2.2-2.4 Epson R800 sur papier brillant

 
(Epson Premium Glossy et Semi-glossy d'Epson ; Ilford Smooth Gloss) Les résultats sont moins bons qu'avec des papiers mats à cause du papier et aussi, sans doute, du remplacement de l'encre noir mat par l'encre noir photo.
2.5–2.8 Epson 2100 ou 4000 en RVB sur papiers mats.
2.9 Canon i950 en RVB sur Epson MatArchival

 
Ce papier n'est évidemment pas conseillé d'origine par Canon, mais il marche très bien avec cette imprimante si on profile correctement celle-ci. Le métamérisme est alors équivalent à celui de l'Epson 2100, bien que les spectres de réflectivité soient fort différents.
3.1–4.0 Epson 2100 ou 4000 en RVB sur papier brillant.

 
Comme d'habitude le métamérisme pour les Epson est plus fort pour les papiers brillants que pour les papiers mats. Il semble aussi qu'il soit plus fort pour la 2100 que pour la 4000 (bien qu'il s'agisse en principe de la même encre)
3.5–3.8 Tirage en «niveaux de gris» sur HP-7960 ou HP-8750 sur papier HP Premium Plus

 
J'ai travaillé avec des tirages publicitaires réalisés avec les encres grises de HP. Malgré les affirmations publicitaires, on constate que ces imprimantes souffrent d'un métamérisme équivalent à celui de l'Epson 2100 (mais on peut également se souvenir qu'Epson aussi se vantait d'avoir vaincu le métamérisme lors de l'introduction de la 2100). Les tirages HP sont néammoins plus convaincants à cause de la meilleure uniformité des rendus alors que les tirages Epson souffrent volontiers de colorations résiduelles erratiques.
7.7 Epson 2000P en RVB sur papier Ilford Smooth Gloss

 
Le métamérisme de cette imprimante était intolérable ; les choses ont tout de même avancé !

Conclusions pratiques

  1. Le métamérisme affecte plus ou moins tous les procédés d'impression, mais il est très difficile de comparer objec­ti­vement tel ou tel procédé sans ce genre d'étude.
  2. Que peut-on tolérer ?

    Un écart de 1 sur les composantes (a,b) est presque indiscernable. Dans Photoshop, faites un dégradé de Lab=10,1,0 à Lab=90,1,0, puis sélectionnez-en la moitié, désaturez complètement et voyez si vous percevez la différence. Par contre, si vous partez de a=2 avant la désaturation, vous devriez voir l'écart.

    Pour voir une déviation de 2 (et éventuellement en souffrir), il faut avoir un gris de référence bien stable juste à côté. Par contre, des déviations de 4 ou plus se voient très bien à l'oeil nu et c'est dans ce domaine qu'on trouve toutes les imprimantes populaires du moment. Seules les impressions en encre noire seule ou les différents procédés en tons continus ont une métamérisme (à peu près) négligeable.

  3. Pour toutes les imprimantes testées, le rendu est plus magenta sous tungstène que sous la lumière du jour (en gros, dépla­ce­ment général vers (a,b)=(4,-1)). Un rendu neutre sous le soleil (cf HP-8750) deviendra donc chaud (magenta, en fait) sous tungstène ; déviation généralement bien acceptée. Par contre, le rendu de base de la Fuji Frontier, neutre sous tungstène, ne sera pas qualifié de «froid» sous le soleil (cela impliquerait une tonalité bleue), mais plutôt verdâtre, une nuance généralement peu appréciée.
  4. Et (faut-il le rappeler ?) pour toutes les imprimantes qui opérent avec les encres couleurs, la coloration résiduelle plus ou moins erratique des gris est géné­ra­lement bien plus gênante que le métamérisme.

Quelques spectres

Pour finir, la figure ci-après est un essai d'illustration de la relation compliquée entre le métamérisme et le spectre de la réflectivité. Au départ, vous voyez le spectre d'un papier baryté, quasiment plat à partir de 420 nm, et les fenêtres de sensibilité spectrale des cellules de l'oeil. A droite de la figure, vous avez un menu donnant quelques configurations typiques imprimante/papier ; cliquez sur ces entrées pour faire apparaître ou disparaître le spectre correspondant (à chaque fois pour un gris moyen proche de L=50). Sur chaque entrée, les chiffres entre parenthèses indiqués donnent l'indice de métamérisme de ce spectre particulier et l'indice moyen.

En gros, le métamérisme augmente au fur et à mesure qu'on s'écarte du spectre plat, mais les irrégularités comptent autant que l'amplitude des écarts. Par exemple, comparez la HP8750 et l'Epson 2000P. Cette dernière a bien plus de métamérisme ; son spectre n'est pourtant pas plus écarté du spectre plat que celui de la HP, mais il est beaucoup plus chaotique.

Précision : pour construire la figure et rendre les comparaison plus significatives, j'ai normalisé tous les spectres de manière à ce qu'ils aient la même moyenne sur l'intervalle de mesure 380-730 nm.

Ajoutons qu'il est très difficile de comprendre au vu de la figure pourquoi certains spectres apparemment assez proches conduisent à des métamérismes nettement différents (par exemple le spectre Canon et les deux spectres HP). C'est que le mécanisme de la perception de la couleur est passablement compliqué. En gros :
(i) Tout d'abord, ce spectre de réflectivité module le spectre de la lumière incidente. Cliquez ici pour faire apparaître ou disparaître sur la figure le spectre des références «D65» et «A» (2856K) qui nous ont servi à calculer les métamérismes. Notez combien ces deux spectres sont différents.
(ii) Les trois types de cellules de l'oeil captent trois stimulus (c.à.d. elles découpent la lumière réfléchie et de la lumière blanche de référence selon les courbes de sensibilité spectrales rappelées dans le fond de la figure) et le cerveau fait le rapport pour obtenir les stimulus réduits.
(iii) La sensation de couleur naît de la différence entre ces stimulus réduits. On a un gris parfait en cas d'égalité.



Retour à l'accueil «numérique»