Luminance

Luminance

Données clés

Dimension	L −2·J
Base SI	cd⋅m−2
Nature	Distribution angulaireintensive
Symbole usuel	$L$ou$L_{v}$

Laluminanceest une grandeur correspondant à la sensation visuelle deluminositéd'unesurface.

Laluminanceest lapuissancede lalumière visiblepassant ou étant émise en un élément de surface dans une direction donnée, par unité de surface et parunité d'angle solide.Quand la visibilité ou non durayonnement électromagnétiqueimporte peu, on parle deluminance énergétiqueou radiance. Enphotométrie,on applique au rayonnement une pondération basée sur la sensibilité de l'œil humain aux différentes fréquences.

Encolorimétrie,de nombreux systèmes de représentation des couleurs décomposent la sensation visuelle d'unstimulusdecouleuren deux parties supposées indépendantes, la luminance et la chromaticité. L'objet de la colorimétrie étant de comparer des sensations visuelles colorées, la valeur absolue de la luminance des stimulus n'a pas d'importance. On utilise généralement uneluminance relative,par rapport au maximum du dispositif. La luminance évolue dans ce cas entre une valeur nulle pour le noir et 1 pour le blanc pris comme référence. La luminance relative utilisée en colorimétrie est la luminance absolue de la photométrie à un facteur près qu'il est rarement utile de connaître.

En techniquevidéocouleur,lesignal de luminanceouluma,couramment nommé luminance, est la partie du signal, commune avec la vidéonoir et blanc,qui transporte l'information de luminosité de chaque élément de l'écran. La luminance est associée ausignal de chrominanceou chroma, couramment nommée chrominance, la partie du signal qui transporte l'information de couleur.

Luminance en photométrie

Laphotométriese propose d'associer des grandeurs mesurables à laperceptionde la lumière. Ce programme implique un étalon auquel comparer les grandeurs. Pour des raisons de commodité, et parce que le premier objectif des études photométriques était de comparer les moyens d'éclairage,cet étalon a été défini comme une source de lumière, unebougie,qui a donné son nom à l'unité d'intensité lumineuse:lacandela.Mais l'intensité lumineuse ne peut être définie que si la source est considérée comme ponctuelle, parce que suffisamment petite ou suffisamment éloignée. La luminance caractérise la luminosité de chacun des éléments de surface d'une source étendue, quelle que soit sa forme. Les autres grandeurs photométriques s'en déduisent à partir de raisonnements purement géométriques ou mathématiques.

La luminance est la seule grandeur photométrique qui permet des comparaisons visuelles. Toutes les procédures depsychologie expérimentalequi fondent la photométrie se basent sur l'égalisation de la luminance de deux plages lumineuses occupant une petite partie (2 % ou 10 %) du champ visuel. Cette méthode est indifférente à l'échelle de laluminosité perçue.On a résolu, pour simplifier les calculs dans toutes les applications, de faire de la luminance une quantité proportionnelle à l'énergie lumineuse pondérée par la sensibilité visuelle. Ce n'est pas le cas de la luminosité perçue, qui s'obtient à partir de la luminance par une relation non linéaire, même dans les conditions simplifiées des procédures de le psychologie expérimentale.

Définition

Schéma représentant les paramètres de la définition de la luminance.

Laluminance,également nomméeluminance lumineuseouluminance visuelle,est la densité spatiale deflux lumineuxexprimée par la relation

$L={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi }{\mathrm {d} ^{2}G}}={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi }{\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\,\mathrm {d} \Sigma \,\cos \alpha _{\Sigma }}}$(BIPM 1983,p.5)

où

• dΣetdSsont les surfaces élémentaires respectivement émettrice et réceptrice;
• dΦest le flux élémentaire émis pardΣen direction dedS;
• dGest l'étendue géométriquedu pinceau de rayons lumineux qui jointdΣetdS;
• dΩ_Σest l'angle solideélémentaire sous lequel on voitdSdepuis le point source;
• α_Σest l'angle entre lanormale à la surfaceémettrice et la droite joignant les deux surfaces.

La luminance d'une source peut s'exprimer comme unedistributionselon la position de l'élément de surface, de l'angle, ou du temps. Pour un élément de surface source donné, elle est la valeur de ladistribution hémisphériquede l'exitance.Laluminance énergétiquepeut s'exprimer comme une distribution selon lalongueur d'ondede lapuissancedu rayonnement; la luminance lumineuse en est la somme pondérée par une table d'efficacité lumineuse spectrale,définie par convention d'après des études psychophysiques.

La luminance est souvent rapportée à l'intensité lumineuse, qui est la grandeur de l'unité de base du système international. Elle est ainsi définie comme l'intensité lumineusedId'unesurface élémentairedΣsource dans une direction donnée, divisée par l'aire apparente,dΣcosα_Σ,de cette source dans cette même direction, ou encore l'intensité lumineuse par unité de surface perpendiculairement à la direction d'origine de l'émission,ce qui est équivalent:

$L={\frac {\mathrm {d} I}{\mathrm {d} \Sigma \,\cos \alpha _{\Sigma }}}.$

Cette définition ne manque pas de susciter quelques objections, puisque l'intensité,énergétiqueoulumineuse,est elle-même définie parintégrationde la luminance.

Élaboration conceptuelle et mathématique

La luminance est unedistribution angulairede la puissance par unité de surface du rayonnement passant ou étant émis en un point d'une surface, et dans une direction donnée par unité d'angle solide^{[réf.souhaitée]}.Elle est la fonction de base du domaine radiatif, toutes les autres quantités s'en déduisant^{[réf.souhaitée]}.Par exemple l'intensité énergétiquequi est obtenue par intégration sur une surface$\Sigma ({\vec {r}})$donnée de laluminance$L({\vec {r}},{\vec {\Omega }})$dans le cône$\mathrm {d} \Omega$autour de la direction${\vec {\Omega }}_{0}$:

$I({\vec {\Omega _{0}}})=\int _{\Sigma }L({\vec {r}},{\vec {\Omega }}_{0})\,\cos {\Omega }_{\Sigma }\,\mathrm {d} \Sigma \,,\quad \cos {\Omega }_{\Sigma }={\vec {\Omega }}_{0}\cdot {\vec {n}}({\vec {r}})$

${\vec {r}}$désigne la variable d'espace et${\vec {n}}({\vec {r}})$la normale locale à la surface$\Sigma ({\vec {r}})$. C'est donc la puissance par unité d'angle solide émise dans la direction${\vec {\Omega }}_{0}$par un faisceau dont la taille est celle de la surface émettrice.

On trouvela luminance définie à partir de l'intensité par l'expression:

$L={\frac {1}{\cos {\Omega }_{\Sigma }}}{\frac {\mathrm {d} I}{\mathrm {d} \Sigma }}$

Les dépendances sont toujours omises dans ce genre d'expression, ce qui ne permet pas de voir le problème. L'intensité étant indépendante de$\Sigma$la dérivée${\frac {\mathrm {d} I({\vec {\Omega }}_{0})}{\mathrm {d} \Sigma }}$est identiquement nulle. Cette erreur est très répandue. En fait on peut exprimer cette relation en utilisant des différences finies. Soit une surface élémentaire plane$\delta \Sigma$sur lequel la luminance$L({\vec {\Omega }}_{0})$est homogène (indépendante de${\vec {r}}$), on peut écrire en omettant les dépendances à${\vec {\Omega }}_{0}$:

$\delta I=\int _{\delta \Sigma }L\,\cos {\Omega }_{\Sigma }\,\mathrm {d} \Sigma \simeq L\,\cos {\Omega }_{\Sigma }\int _{\delta \Sigma }\,\mathrm {d} \Sigma =L\,\cos {\Omega }_{\Sigma }\delta \Sigma \,,\quad \Rightarrow \quad L={\frac {1}{\cos {\Omega }_{\Sigma }}}{\frac {\delta I}{\delta \Sigma }}$

$L$est ici un scalaire et non une distribution angulaire. Cette expression permet de voir la luminance comme l'intensité dans une direction donnée, divisée par l'aire apparente$\delta \Sigma \cos {\Omega }_{\Sigma }$de cette source dans cette même direction. Il n'y a pas de restriction sur la grandeur de la source mais celle-ci est nécessairement plane ($\cos {\Omega }_{\Sigma }=C^{ste}$). Ce n'est pas une définition de la luminance car non applicable à une surface quelconque.

On retrouve le même problème pour le lien entre luminance et le flux énergétique.

Unités

Dans leSystème international d'unités,la luminance s'exprime encandela par mètre carré,symbole cd⋅m⁻².L'unité de son équivalent radiométrique, laluminance énergétique,est lewattparmètrecarré et parstéradian,symbole W·m⁻²⋅sr⁻¹.

Autres unités

Lacandela par mètre carréest équivalente à celle précédemment recommandée, lelumenpar mètre carré et par stéradian, symbole lm⋅m^-2⋅sr^-1.

D'autres unités n'appartenant pas auSystème international:

• lenit,1 nit = 1cd m⁻²;
• lestilb(sb), 1sb= 1cd cm⁻²= 10kcd m⁻²;
• l'apostilboublondel(asb), 1asb= 1/πcd m⁻²≈ 0,318 3cd m⁻²;
• la candela per square inch, 1cd in⁻²≈ 1 550cd m⁻²;
• la candela per square foot, 1cd ft⁻²≈ 10,764cd m⁻²;
• lelambert(L),1L= 1/πcd cm⁻²≈ 3 183cd m⁻²;
• lefoot-lambert(fL ou flam),1fL= 1/πcd ft⁻²≈ 3,426cd m⁻²;
• leskot,1 skot = 1 masb ≈ 0,318 3mcd m⁻².

Perception visuelle et luminance

La sensibilité de l'œil est caractérisée par la fonction d'efficacité lumineuse spectraleen vision photopique (en bleu) et scotopique (en rouge).

Principalement en raison de la sensibilité des récepteurs de larétine(les trois types decôneset lesbâtonnets), la sensibilité de l'œilhumain n'est pas la même sur l'ensemble duspectre visible,entre 380nmet 780nm.Cette sensibilité spectrale varie aussi selon la quantité de lumière; on distingue plusieursdomaines de vision.

Photopique

Le domaine photopique concerne la vision diurne dans la partie centrale duchamp visuel.Les objets observés ont une luminance lumineuse de quelques candelas par mètre carré à quelques milliers de candelas par mètre carré. La vision des couleurs est possible grâce à la coexistence des trois types de cônes; les bâtonnets eux sont saturés. Le maximum de sensibilité aux couleurs se situe vers le jaune–vert, au centre du spectre visible.

Éblouissement

Au-delà de la luminance lumineuse maximale qui permet la vision photopique, ou pour un objet de petites dimensions dont la luminance lumineuse dépasse trop la moyenne de celle du champ de vision, on ne distingue pas les formes et la sensation est pénible: c'est l'éblouissement.Une luminance supérieure à 10 000cd m⁻²produit un éblouissement quelle que soit la surface, et au-delà de 30 000cd m⁻²il y a risque de lésion rétinienne.

Scotopique

Le domaine scotopique ou vision nocturne concerne les luminances lumineuses moyennes des objets observés inférieures à la millicandela par mètre carré. Seuls les bâtonnets sont assez sensibles pour réagir à cette faible lumière. La vision des couleurs n'est pas possible car il n'existe qu'un seul type de bâtonnet. Le maximum de sensibilité se situe vers ce qui serait un vert–bleu à plus forte luminosité. La vision périphérique est scotopique quelle que soit la luminance.

Mésopique

Le domaine mésopique est celui où à la fois les cônes et les bâtonnets sont sensibles à la lumière, quand les luminances lumineuses des objets observés sont comprises entre la millicandela par mètre carré et quelques candelas par mètre carré. Le maximum de sensibilité se décale vers le bleu à mesure que la luminance lumineuse diminue, c'est l'effet Purkinje.

La luminosité perçue n'est pas proportionnelle à la luminance lumineuse. Elle dépend de la plus forte luminance de la scène, et dans ce contexte, elle varie, d'après les auteurs modernes depuisStanley Smith Stevens,selon uneloi de puissance.LaCommission internationale de l'éclairagedéfinit uneluminosité colorimétrique standard.

Ordres de grandeur et exemples

• Au niveau de la mer, par temps clair, la luminance énergétique du soleil est de 1,5 × 10⁷W sr⁻¹m⁻²et sa luminance vaut 1,5 × 10⁹cd m⁻².
• Les normes légales en France demandent qu'un plan de travail soit éclairé par 300 lux. Une feuille de papier blanc ordinaire, d'uneréflectancede 0,4 et d'unbrillantsuffisamment faible pour qu'on la considère comme undiffuseur parfaitet qu'ainsi laloi de Lamberts'applique, a sous cet éclairage une luminance d'à peu près 40cd m⁻².
• La recommandationsRGBprévoit une luminance (absolue) du blanc des écrans de 80cd m⁻²(IEC 1966 v. 2.1, 1998,p.6).

Cas des surfaces à luminance uniforme

La luminance d'une surface peut généralement varier d'un point à un autre ou selon la direction d'observation ou de mesure. On peut simplifier les relations dans les cas particuliers où

• la luminance est identique sur toute la surface: la luminance est alors dite uniforme spatialement;
• la luminance est identique dans toutes les directions: la luminance est alors dite uniforme angulairement, la source estorthotropeou lambertienne;
• la luminance est identique sur toute la surface et dans toutes les directions: la luminance est uniforme spatialement et angulairement.

Sources à luminance uniforme spatialement

Dans l'hypothèse simplificatrice d'une surface plane d'aireΣ,suffisamment petite pour être supposée ponctuelle, dont la luminance$L({\vec {\Omega }})=L_{0}$est uniforme spatialement et présentant un angleα_Σpar rapport à la direction du récepteur, la relation entre l'intensité lumineuse et la luminance se simplifie:

$I=L_{0}\,\Sigma \,\cos \alpha _{\Sigma }$

Une surface d'aireΣet de luminance lumineuseL₀produit, dans la direction perpendiculaire, une intensité lumineuseL₀·Σ.

Au niveau du récepteur, l'éclairement lumineuxdû à cette surface vaut alors:

$E={\frac {I\,\cos \alpha _{S}}{d^{2}}}={\frac {L_{0}\,\Sigma \,\cos \alpha _{\Sigma }\,\cos \alpha _{S}}{d^{2}}}=L_{0}\,\Omega _{S}\,\cos \alpha _{S}$

Un objet qui, vu depuis un point de mesure, occupe un angle solideΩ_Savec une luminanceL₀produit au point de mesure unéclairement lumineuxL₀Ω_Ssur un élément de surface perpendiculaire à la direction de la source.

Sources isotropes vs Sources orthotropes

Une source lumineuseisotropeémet la mêmeintensitédans toutes les directions, tandis qu'une source lumineuseorthotropeprésente la mêmeluminancedans toutes les directions. En général, une source orthotrope n'est pas isotrope et réciproquement. Par exemple, pour une source orthotrope plane, ou un élément de surface orthotrope plan, l'intensité émise suit laloi de Lamberten cosinus. Cette loi découle du fait que la surface apparente de l'émetteur (projection de la surface émettrice sur un plan perpendiculaire à la direction d'émission) dépend justement de la direction d'émission; donc l'intensité dépend de la direction et la source n'est pas isotrope. Une source orthotrope est ditelambertienne,ou, s'il s'agit d'une source secondaire,diffuseur lambertien,et sa luminance est égale dans toutes les directions à l'exitancedivisée par π.

Pour qu'une source orthotrope soit aussi isotrope, il faut que sa surface apparente ne dépende pas de la direction d'émission. Ceci n'est réalisé que pour une source sphérique: une sphère orthotrope est aussi, par raison de symétrie, isotrope; mais la réciproque n'est pas toujours vraie car la surface d'un émetteur sphérique isotrope n'obéit pas forcément à la loi de Lambert.

Lecorps noirest une source primaire orthotrope et leSoleilen est une assez bonne approximation – le Soleil, quasi sphérique, est aussi approximativement une source isotrope.

Les surfaces mates ou rugueuses peuvent souvent être considérées comme des sources secondaires orthotropes: à l'inverse des miroirs, la part deréflexion spéculaireest négligeable devant laréflexion diffuse.Les parties diffusantes ne doivent pas avoir de forme régulière ou d'orientation privilégiée et doivent baigner dans un milieu de même indice de réfraction que le milieu extérieur, ce qui exclut les tissus et certaines peintures.Les surfaces ne renvoient qu'une fraction de la lumière qui les touche: elles présentent ordinairement unfacteur de réflexionρvariable selon lalongueur d'ondedu rayonnement. Cette variation détermine lacouleur.La luminance peut alors s'exprimer comme

$L_{0}={\frac {M}{\pi }}={\frac {\rho \,E}{\pi }}$

La luminance d'une surface d'un facteur de réflexionρilluminée avec un éclairementEest égale àρE/π. Les cas plus complexes, tant en ce qui concerne la couleur que lebrillantsont des objets d'étude de lacolorimétrie.

Diffuseur parfait

Le diffuseur parfait est un modèle théorique correspondant à un diffuseur orthotrope qui renvoie la totalité du flux lumineux qu'il reçoit, c'est-à-dire pour lequelρ= 1. Il sert à définir lefacteur de luminance.

Mesure de la luminance

La mesure de la luminance peut être effectuée à l'aide d'unluminancemètre.Un capteur électronique convertit un éclairement reçu sur sa surface en signal électrique. À la différence desluxmètresqui captent la lumière provenant d'une demi-sphère, les luminancemètre ne prennent en compte que la lumière provenant d'une petite surface, dans un petit cône. Desfiltresappropriés adaptent la sensibilité du capteur à celle de la vision humaine définie conventionnellement par l'observateur de référence.L'éclairement lumineux reçu est proportionnel à la luminance de la surface visée.

En techniquephotographique,l'équivalent de cet appareil s'appelle communément unspotmètre:il permet d'effectuer les réglages afin d'obtenir la bonne exposition pour une surface donnée. Lesspectromètrespeuvent aussi déterminer la luminance en pondérant la luminance énergétique mesurée par bande de fréquence au pas d'environ 0,5 à 5nmselon la précision, à condition qu'ils n'interceptent qu'un petit cône de lumière.

Les premières mesures furent effectuées par comparaison à l'aide d'appareils optiques qui permettaient d'observer côte à côte une source à évaluer et une source de référence, en faisant varier la transmission de la lumière de l'une des deux: c'est de cette manière que la photométrie s'est établie dans ses débuts.

Luminance relative

Dans de nombreux domaines liés à la transmission d'images, on se contente de donner à la luminance une valeur relative à celle du blanc.Pour les systèmes d'affichage (informatique, vidéo ou télévisuels), le blanc de référence prendra une valeur de luminance maximale. Pour les mesures par réflexion, c'est-à-dire sur des surfaces éclairées par une ou des sources primaires, la valeur maximale de la luminance est attribuée à la surface diffusante la plus blanche dont on dispose: partie blanche d'une mire, papier blanc vierge, etc.

Chaque élément a une luminance relative d'une valeur de 0 pour un noir parfait, à 1 (100 %) pour la nuance la plus claire de blanc. En informatique onquantifiefréquemment une valeur comprise entre 0 et 1 sur un répertoire d'entiersde 0 à 2ⁿ−1, pour un codage surnbits.

Luminance en colorimétrie

Du fait de la visiontrichromatiquede l'être humain, la description descouleursrepose sur trois caractéristiques dont l'une, dans de nombreux cas, décrit la luminance de la couleur.

Plusieurs systèmes colorimétriquesutilisent la luminance comme l'une des trois caractéristiques des couleurs. Elle est notéeYdans le systèmeCIE 1931XYZqui fut le premier à utiliser cette notion. Elle peut être définie de la même manière qu'en photométrie, mais, dans la plupart des cas pratiques, elle ne lui est égale qu'à un facteur près, essentiellement pour des raisons de simplification des mesures: il s'agit alors d'uneluminance relative,bien qu'elle soit nommée simplement « luminance ». En effet, généralement, la luminance est comparée à un blanc de référence, que ce soit le blanc le plus intense que l'on peut produire, celui renvoyé par une mire ou tout autreétalon colorimétrique.

Facteur de luminance des surfaces

Le facteur de luminance est un élément de caractérisation des surfaces pour leur définition colorimétrique: il est le rapport de sa luminance à celle dudiffuseur parfaitéclairé et observé dans les mêmes conditions.

Indicatrice de luminance

L'indicatrice de luminance, pour un élément de surface et un éclairage donnés, est l'ensemble des vecteurs dont le module est égal à la luminance de cette surface dans sa direction.

Pour un diffuseur parfait, quel que soit l'éclairage, la luminance est uniforme.Pour une surfacebrillantesous un éclairage spéculaire, c'est-à-dire qui provient d'une seule direction, l'indicatrice de luminance présente un pic dans la direction où la lumière est réfléchie.

Signal de luminance ouLuma

Dans le domaine de l'audiovisuel,lesignal de luminanceou lalumadésigne la partie dusignal vidéoqui transporte l'information de luminosité.

Le terme « luminance » s'emploie de manière approximative en vidéo et par voie de conséquence, pour les écrans d'ordinateurs. Lalumane représente pas la luminance relative de l'écran, mais une grandeur plus proche de sa luminosité perçue, qui lui est reliée par une fonction non linéaire (Poynton 2012,p.122).

Lesignal vidéonécessite une information de luminance et deux informations dechrominance,lachroma,afin de reconstituer les trois couleurs primaires rouge, vert et bleu (RGB) de l'affichage couleur qui utilise le principe de lasynthèse additive.Ce choix fut historiquement guidé par la nécessité d'assurer la compatibilité des téléviseurs noir et blanc lors de la naissance des standardsNTSC,PALpuisSÉCAM,et après avoir observé que la vision humaine présente une sensibilité moindre à la couleur qu'à la luminosité.Cette dernière observation conduit dans de nombreux cas àsous-échantillonner le signal de chrominanceavec une structure d'échantillonnage 4:2:2,signifiant que chaque signal de chrominance (2) contient deux fois moins d'informations que le signal de luminance (4) permet de réduire le débit des données sans trop affecter la qualité perçue de l’image.

Les composantes primairesR,GetBqui forment la luminance lumineuse relativeYsubissent divers traitements effectués (corrections de défaut, accentuation des détails, etc.) par leprocesseur de signal numérique(DSP) de la caméra suivis d'unecorrection gammaproduisant trois signauxR′,G′etB′,avant l'opération de matriçage qui construit laluma Y′(le symbole prime indiquant la correction gamma).

Correction gamma

Initialement, unecorrection de gammadu signal vidéo à transmettre a été mis en place pour compenser la non-linéarité de la tension ducanon à électronsdesécrans à tube cathodique(CRT).En effet, l'exitance lumineuseMd'un point d'un écran CRT n'est pas proportionnelle à la tensionVqui lui est associée, elle est décrite par une fonction de la formeM=kV^γavecγ≈ 2,5.Par conséquent, il fallait compenser, pour chaque composante primaireR,GetB,la tension électrique sourceV_squi lui est associée avec une pré-correction non linéaire, la correction gamma, de la formeV=k′V_s^1/γ(on parle decompressiongamma car l'exposant est inférieur à 1), de sorte à obtenir une exitance lumineuse correcteM=k″V_s.Il existe un gamma par composante:γ_R,γ_Getγ_B.En général on leur donne la même valeurγ.Si on ne le fait pas, la tendance de la couleur obtenue sur l'écran diffère selon la luminance. Par exemple, avec un gamma plus faible sur le canal vert, les plages de luminance moyenne auront une tendance verte par rapport aux plages de luminance élevée ou faible.

Aujourd'hui, lesécrans à cristaux liquides(LCD) présentent également une forte non-linéarité qui ne peut pas être décrite par une simple puissanceγ,tandis que lesécrans à plasmapermettent un transfert linéaire. Cependant, ils appliquent tous une courbe spécifique de correction à la tension d'entrée afin d'approcher au mieux la fonction de transfert non linéaire d'un écran CRT, dont leγest proche de 2,5. S'ils n'appliquent pas une courbe de correction rendant leur fonction de transfertlinéaire,afin d'éviter de toujours devoir appliquer une compression gamma du signal vidéo avant sa transmission, c'est parce que la compression gamma servant initialement à compenser la non linéarité des écrans CRT présente un intérêt indépendant de la caractéristique de ces derniers. La vision humaine, dans des conditions d'éclairage normales, suit approximativement une loi de puissance en 1/γ,c'est-à-dire avec une plus grande sensibilité aux différences de luminance entre les tons sombres qu'entre les tons clairs. La compression gamma en 1/γpermet donc d'optimiser l'utilisation de labande passantepour le transport d'images ou d'optimiser l'utilisation desbitspour l'encodage d'images numériques. C'est la raison pour laquelle la compression gamma est toujours utilisée actuellement. La similarité de la fonction de transfert à compenser des écrans CRT avec l'inverse de la compression gamma optimisant le transport ou l'encodage d'images a été un heureux hasard qui a simplifié l'électronique des premiers téléviseurs.

Selon les recommandationsUIT-R BT 601(TVSD) etUIT-R BT 709(TVHD) de l'Union internationale des télécommunications(UIT), la « caractéristique de transfert optoélectronique à la source » de la correction gamma est définie par

$V={\begin{cases}1{,}099\cdot V_{\textrm {s}}^{0{,}45}-0{,}099&{\text{pour}}\ 1\geq V_{\textrm {s}}\geq 0{,}018\\4{,}500\cdot V_{\textrm {s}}&{\text{pour}}\ 0{,}018>V_{\textrm {s}}\geq 0.\end{cases}}$

où

• V_sle signal électrique source pour chaque composanteR,GetB,entre 0 et 1;
• Vest le signal électrique précorrigé non linéaire (correction gamma), entre 0 et 1.

Selon la recommandationsRGB,la correction gamma est définie par

$V={\begin{cases}1{,}055\cdot V_{\textrm {s}}^{1/2,4}-0{,}055&{\text{pour}}\ 1\geq V_{\textrm {s}}>0{,}003\,130\,8\\12{,}92\cdot V_{\textrm {s}}&{\text{pour}}\ 0{,}003\,130\,8\geq V_{\textrm {s}}\geq 0.\end{cases}}$

où

• V_sle signal électrique source pour chaque composanteR,GetB,entre 0 et 1;
• Vest le signal électrique pré-corrigé non linéaire (correction gamma), entre 0 et 1.

La correction gamma des trois composantesR,GetBproduit trois composantes pré-corrigées non linéairesR′,G′etB′.

Matriçage

L'opération de matriçage des composantesR′,G′etB′permet ensuite de construire laluma Y′.

Selon les recommandations UIT-R BT 709, lalumaest construite par

$Y'=0{,}212\,6\,R'+0{,}715\,2\,G'+0{,}072\,2\,B'.$

Selon la recommandation UIT-R BT 601, lalumaest construite par

$Y'=0{,}299\,R'+0{,}587\,G'+0{,}114\,B'.$

Normalisation du signal

Les valeurs normalisées limitent la valeur de la tension du signal vidéo analogique entre 0Vpour le noir et 0,7Vpour le blanc. Les valeurs inférieures à 0Vet jusqu'à −0,3Vservent pour les signaux de synchronisation.

Pour le signal vidéo numérique, selon la recommandation UIT-R BT 709 (TVHD), le codage peut se faire sur 8 bits (de 0 à 255) ou 10 bits (de 0 à 1023). Sur 8 bits, le noir est codé par la valeur 16, le blanc par la valeur 235. Sur 10 bits, le noir prend la valeur 64 et le blanc la valeur 940.

Luminance des écrans

Laluminancedes écrans d'ordinateur dérive de celle des écrans de télévision, et les valeurs informatiques deluminancereprésentent une valeur apparentée à lalumaouluminance vidéo.

Eninformatiqueou envidéo,lorsqu'un utilisateur travaille devant son écran (infographieoupostproduction), la luminance permet de comparer la luminosité des différents points qui forment l'image par rapport aux valeurs extrémales du blanc et du noir. Étant donné que les utilisateurs peuvent travailler dans des ambiances ou avec des réglages différents, la valeur transmise est uneluminosité relativesur l'échelle de celles que produit l'écran.La luminosité relative est obtenue en prenant celle du blanc le plus clair du terminal commeunité de mesure.Elle correspond à un rapport de contrastenon linéaire.La luminance relative d'un point peut s'établir par une mesure de luminance, dont le résultat se divise par la luminance trouvée pour le blanc. Une fonction de puissance permet alors de passer de la luminance relative à la luminosité relative, toujours entre 0 et 1. Levoile(lumière parasite,flareen anglais) est la luminance de l'écran quand les trois canaux sont à zéro. Il vient en partie de l'écran, et en partie de l'éclairage autour de lui, dont la recommandationsRGBprécise les valeurs. Il est négligeable pour les valeurs élevées de luminosité, mais important pour les zones les plus sombres.

En pratique la luminance d'un écran peut être modifiée globalement de façon proportionnelle à l'aide du réglage du contraste.

En infographie, selon le système utilisé,la luminosité ou valeur d'une couleur est associée à la lettreLouV:elle peut facilement être modifiée en agissant sur ce paramètre. On néglige l'influence de la luminosité sur la coloration (effet Bezold–Brücke(en)). Le lien entre les composantesR,GetBde la couleur et la luminosité varie d'un système à l'autre. En postproduction photographique, on peut s'aider d'unhistogrammequi est la représentation graphique de la fonction discrète qui associe à chaque valeur de luminosité le nombre de pixels prenant cette valeur.

Voir aussi

Bibliographie

• BIPM,Principes régissant la photométrie,Sèvres, France,BIPM,1983,32p.(lire en ligne)
• YvesLe Grand,Optique physiologique: Tome 2, Lumière et couleurs,Paris, Masson,1972,2^eéd..
• RobertSève,Science de la couleur: Aspects physiques et perceptifs,Marseille, Chalagam,2009,p.308-311
• (en)JànosSchanda,Colorimetry: Understanding the Cie System,New Jersey,Wiley-Blackwell,2007,459p.(ISBN978-0-470-04904-4)
• JeanTerrienet FrançoisDesvignes,La photométrie,Paris, Presses Universitaires de France,coll.« Que sais-je? » (n^o1467),1972,1^reéd.
• (en)CharlesPoynton,Morgan Kaufmann/Digital Video and HDTV: Algorithms and Interfaces,Waltham, MA,Elsevier,2012,2^eéd.(1^reéd.2003)(ISBN978-0-12-391926-7,lire en ligne)
• PhilippeBellaïche,Les secrets de l'image vidéo: colorimétrie, éclairage, optique, caméra, signal vidéo, compression numérique, formats d'enregistrement,Paris,Eyrolles,2006,6^eéd.,453p.(ISBN2-212-11783-3)

Articles connexes

• Chrominance
• Colorimétrie
• Contraste
• Luminosité (colorimétrie)
• Réflectanceoualbédo
• Étendue de faisceau