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La gestion des couleurs sur ordinateur

Calibration d'un écran  ViewSonic TFT au moyen d'une sonde de calibration colorimétrique pantone ColorVision ColorPlus Spyder2.. Document Typemaker adaptée par l'auteur.

Comment réaliser et exploiter le profil ICC d'un écran ? (IV)

Principe général

La création d'un profil ICC pour un écran et sa carte graphique fait appel à une procédure qui se divise en deux étapes :

- La calibration : les signaux vidéo (chromacité et luminance) sont mesurés et ajustés et, si votre écran le permet, les canaux RGB sont équilibrés de manière hardware

- La caractérisation : elle permet de créer et parfois d'éditer un profil ICC qui sera exploité par la suite par vos applications.

Calibrer un écran consiste à l'étalonner en fixant ses paramètres physiques afin de s'assurer qu'il reproduit fidèlement les couleurs et par voie de conséquence les images. Les contrôles sont effectués d'un point de vue chromatique, par rapport à un espace colorimétrique théorique (espace CIE) et des normes d'illuminant (D65, etc).

La méthode de calibration obéit toujours au même principe : déterminer le déséquilibre chromatique des canaux RGB par rapport aux valeurs étalons de la CIE, fixer la luminance selon le gamma désiré (généralement entre 1.8 et 2.2), mesurer le "point blanc" selon la température de couleur souhaitée (entre 5000 et 7500 K telle que définie par les normes spectrales d'illuminant D50, D55, D65, etc) et parfois de mesurer le "point noir" (la luminosité minimale).

Cette méthode étant particulière à chaque fabricant de logiciel de calibration, elle varie d'un produit à l'autre et peut être relativement longue quand il s'agit de déterminer avec exactitude le gain de chaque canal sur les écrans équipés de canaux réglables individuellement.

Contrairement à la restitution des couleurs, le processus de calibration d'un écran n'utilise pas autant de nuances que l'écran peut en gérer car il faudrait des jours au logiciel pour effectuer de telles mesures. D'un autre côté, à partir des seules paramètres physiques du signal RGB et la mesure précise de l'étendue des couleurs dans l'espace CIE, le logiciel dispose d'assez d'information pour établir un profil ICC. Il travaille donc par échantillonnage dans une gamme réduite de tonalités et de luminances mais suffisamment précises pour travailler jusqu'aux limites des performances de l'écran.

La calibration d'un écran s'établit généralement en mesurant 35 plages de couleurs différentes en plus du point noir, du point blanc et d'une zone de faibe luminosité.

Calibration : mesure des paramètres physiques

La calibration d'un écran est une opération partiellement interactive entre vous et le logiciel. A travers des instructions qui s'affichent à l'écran à votre rythme, le programme va vous demander de préciser certaines données physiques propre à la carte graphique et de réaliser certains réglages directement sur l'écran. Il doit donc disposer au minimum d'un réglage du contraste et de la luminosité (brillance).

Dans le cas des écrans LCD (TFT), vous devez effectuer cette calibration dans la résolution recommandée par le fabricant (et bien sûr supportée par la carte graphique) car à l'inverse des écrans cathodiques, la qualité de l'affichage des images et du texte sur un écran TFT dépend de la résolution.

Tout d'abord le logiciel vous demande de choisir une température de couleur pour définir le "point blanc" (généralement entre 5000 et 6500 K). Avant calibration, il est courant que le fabricant fixe la température de couleur à 7500 voire 9300 K. Puisque de cette valeur dépendra également la luminosité, il faut la choisir avec certitude et ne plus la modifier par la suite.

Document T.Lombry

C'est ici qu'on constate qu'en passant d'un écran calibré par défaut sur 9300 K, en passant en 6500 K la flèche de la souris devient beaucoup plus blanche qu'auparavant (normal puisqu'à présent le blanc de votre écran tend vers le blanc cassé ou jaune pâle) mais, plus important sur le plan physiologique, l'écran devient plus reposant pour les yeux car il paraît moins lumineux, moins agressif. On apprécie rapidement le changement même s'il faut quelques jours pour s'y adapter.

Ensuite le logiciel vous demande de fixer le gamma (1.8 sur Apple, 2.2 sur PC) et de lui indiquer l'intensité lumineuse minimale de votre écran. A partir de ces trois données physiques, il ajustera le contraste (gamme de gris) et pourra procéder à la calibration des trois composantes chromatiques RGB.

Certains logiciels permettent également d'ajuster l'intensité des couleurs si le logiciel de calibration (et l'écran) permet de gérer individuellement les canaux RGB.

Tout changement de l'un de ces paramètres affectera le chromatisme de l'écran. Ils doivent être ajustés avec précision, reproductibles dans le temps, afin de garantir que les images présenteront toujours les mêmes caractéristiques conformément aux standards édictés par la CIE.

Parmi les logiciels de calibration software, citons Adobe Gamma installé par Photoshop (il le reprend sous forme d'applet dans le Panneau de Contrôle) et dont voici un tutoriel en anglais.

Si vous le souhaitez, le logiciel inscrira les données de réglage par rapport au modèle CIE dans un profil ICC. Mais étant donné qu'il s'agit d'une calibration software, à chaque lancement du programme de calibration les paramètres de la carte vidéo seront relus et le réglage en quelque sorte "remis à zéro" ; tout déréglage éventuel qui n'aurait pas été ajusté de manière hardware réapparaîtra donc dans les conclusions du rapport. Il est donc normal de rencontrer le même problème chaque fois que vous allez lancer le programme de calibration.

Calibration software et hardware

Si vous souhaitez un réglage définitif de votre écran, vous devez acheter un modèle plus sophistiqué disposant d'un système de calibration hardware mémorisant les réglages. C'est par exemple le cas des écrans Eizo ColorEdge livrés avec le logiciel ColorNavigation, des Quatographic Intelli Proof, des LaCie 730 et 324 équipés d'une sonde Blue Eye Pro, de l'Apple HD Cinema de 23" livré avec ColorSync dont voici une revue complète ou encore des écrans TFT professionnels tel le NEC Spectraview 2180WG-LED (celui utilisé par "Stargate SG-1" !).

Levons le voile. Voici le détecteur colorimétrique qui se cache en-dessous de la sonde LaCie Blue Eye 2 (nouveau modèle) dédiée à la calibration des écrans.

Malgré leur haute technologie, tous ces modèles ne sont pas équivalents et certains coûtent trois fois le prix de leurs concurrents mais ils ne jouent pas dans la même catégorie. Ainsi, un Eizo est loin d'atteindre les performances du NEC mais son prix n'est pas le même non plus. Aussi je vous conseille de lire les spécifications de chaque modèle et les comparatifs avant de porter votre choix sur un modèle précis. Malgré cela, il est évident que le prix sera généralement le facteur contraignant de votre choix avant même la qualité, malheureusement.

Parmi ces écrans, les modèles LaCie, Nec Spectraview et Quatographic réalisent une calibration hardware du moniteur et génèrent un profil à partir de ces mesures. En revanche le logiciel ColorNavigator livré avec les écrans Eizo ColorEdge génère également un profil ICC mais c'est un fichier générique contenant des valeurs choisies pendant la calibration. Le résultat est donc un peu moins précis.

Tous ces écrans traitent les couleurs non plus sur 8 bits mais sur 10 bits minimum, offrant un rendu exceptionnel et des détails même dans les zones les plus sombres. Leur tolérance est voisine de 1.0 dans les basses lumières pour une luminosité qui atteint 250 cd/m2, soit trois fois celle de la plupart des écrans cathodiques.

Pour les bricoleurs en herbe, sachez que si les couleurs affichées sur votre écran sont mauvaises, il ne faut jamais modifier manuellement les réglages de la carte graphique, au risque de produire de sévères déréglements de l'image. Vous devez impérativement utiliser un programme de calibration.

Si vous hésitez entre utiliser le logiciel de calibration livré par le fabricant et celui vendu par un éditeur de logiciel ou livré avec une sonde de calibration concurrente, sachez que la solution software pourra ajuster les paramètres de la carte graphique mais ce sera toujours moins précis que le contrôle hardware proposé par le fabricant de l'écran.

A défaut de disposer d'un écran haut de gamme, nous devons trouver une autre solution. Adobe Gamma est un excellent outil mais contrairement à ce que dit le programme, l'aide en ligne de Photoshop précise bien que ce programme "permet de caractériser l'écran mais pas de le calibrer", vous ne pouvez pas l'étalonner et encore moins sauver les paramètres de réglage de manière définitive. 

En effet, à l'oeil nu et dans des conditions d'éclairement variables, il est impossible de calibrer un écran avec toute la précision requise. Pour effectuer ce travail vous devez utiliser une sonde de calibration qui offre l'avantage d'étalonner l'écran de manière hardware et définitive (aux fluctuations et au vieillissement près). Cela nous conduit à décrire la deuxième étape : la caractérisation.

Calibration d'un écran avec une sonde Gretag Macbeth Eye-One

La calibration d'un écran

Fichier WMV de 3.9 MB décrivant en anglais la procédure de calibration d'un écran au moyen de la sonde Monaco OPTIX XR de X-Rite. Si vous désirez en savoir plus sur les possibilités offertes par les logiciels et instruments vendus par X-Rite, le constructeur vous propose des formations gratuites sur son site.

Résumé d'une procédure de caractérisation (profiling)

Les sondes de calibration disposent aujourd'hui d'une interface USB et sont reconnues comme interface Plug and Play par le système d'exploitation. La sonde est pilotée par un logiciel propriétaire qui permet de gérer les profils ICC, parfois même de les éditer. Certains logiciels, tel Monaco EZcolor permettent de calibrer plusieurs périphériques différents (écran, scanner, imprimante), d'autres tel i1Match fourni avec la sonde i1Display LT de X-Rite (ex MonacoOPTIX) sont dédiés aux écrans.

La sonde X-Rite DTP94 (OPTIX XR ou Pro) côté pile. La mousse périphérique lui permet de bien adhérer à l'écran. Document T.Lombry.

Lors de l'installation, il faut toujours installer le logiciel avant de connecter la sonde à l'ordinateur. Si vous faites l'inverse, la sonde risque de ne pas être reconnue par l'application et vous devrez désinstaller le driver et tout recommencer. 

Lorsque le logiciel est installé, un reboot à froid est recommandé. Ensuite, connectez la sonde à l'ordinateur. Le système d'exploitation va détecter l'ajout de matériel et installer automatiquement le pilote qui convient. Au bout d'une minute, lorsque le système vous aura rendu la main, vous pourrez utiliser le logiciel et la sonde de calibration. Noter toutefois que les sondes de calibration ne sont pas supportées par tous les systèmes d'exploitation. Consultez les spécifications du fabricant avant achat.

Certains logiciels réalisent uniquement la calibration de l'écran tandis que d'autres assurent également sa caractérisation (le profiling ou création d'un profil). L'utilisateur doit simplement suivre les indications du programme affichées à l'écran. 

Les logiciels les plus complets permettent au besoin une caractérisation manuelle de certains paramètres vidéo (par exemple de la luminosité si elle est inférieure à 100 cd/m2), ils préviennent également l'utilisateur en cas de déséquilibre, à échéance prédéterminée et tiennent à jour des données statistiques concernant l'évolution des paramètres. Nous y reviendrons.

La première étape consiste à placer la sonde directement sur l'écran (sonde de type "araignée" Pantone ColorVison Spyder2, Monaco OPTIX XR, LaCie Blue Eye, etc).

Certains modèles sont livrés avec un moyen de fixation (ventouse, harnais, contre-poids, etc) qui empêche la sonde de glisser sur l'écran pendant la prise des mesures.

Ensuite on lance la procédure comme indiqué. La sonde effectue automatiquement les mesures nécessaires (point blanc, brillance, composantes RGB, etc) dans un espace réservé de l'écran.

Certains logiciels (MonacoOPTIX notamment) permettent également une auto-calibration de la sonde en mesurant un point noir absolu avant la calibration de l'écran (il suffit de l'apposer sur une surface sombre, la mousse couvrant le pourtour de la base empêchant toute infiltration de lumière).

Si le logiciel vous demande une mesure de la lumière ambiante (iOne Display2), orientez le capteur colorimétrique vers un endroit représentatif de la pièce, généralement le plafond ou une zone lumineuse spécialement aménagée (boîte à lumière contenant des lampes fluorescentes ou halogènes) dont l'intensité lumineuse et la température de couleur se rapprochent le plus possible des conditions recherchées.

A consulter sur la calibration

X-Rite Formations - Digital Outback Photo

Pourquoi calibrer ? - La gestion des couleurs est-elle nécessaire ?

Procédure de calibration d'un écran avec une sonde colorimétrique. A gauche, les paramètres de l'écran (ici un Sony Multiscan G500) recommandés par le logiciel avant calibration. Ce paramétrage n'est pas toujours nécessaire car certains logiciels demandent à l'utilisateur de procéder à des réglages durant la procédure. Au centre, la prise de mesures durant la calibration réalisée avec une sonde ColorVision Spyder2 de Pantone. A droite, au bout de quelques minutes et quelques interventions manuelles de l'utilisateur, les mesures de chromaticité relevées par la sonde Monaco OPTIX XR (aujourd'hui remplacée par la sonde i1Display 2) sont affichées par le logiciel MonacoOPTIX ou Monaco EZcolor. Ces valeurs seront utilisées pour générer le profil ICC qui sera chargé par le système d'exploitation et les applications graphiques. Dans ce cas-ci l'écran présente une tonalité légèrement trop froide et cyan. Cette caractérisation est la partie la plus longue du travail mais ne dure pas plus de 5 minutes. ColorVision propose également des mires supplémentaires pour régler la mise au point (focus), le moiré, la géométrie et autres problèmes optiques qui pourraient exister. Ces mires sont généralement disponibles du format 640x480 à 1024x768. Documents constructeur et T.Lombry.

Lorsque l'écran est calibré et caractérisé, un profil ICC (fichier .ICM) peut être généré et, ainsi que nous l'avons expliqué, il doit être sauvegardé dans le répertoire par défaut du système d'exploitation afin qu'il soit automatiquement mis à disposition de toutes les applications :

- pour Windows XP, Vista ou Seven sous c:\windows\system32\spool\drivers\color\

- pour Windows NT sous c:\winnt\system32\spool\drivers\color\

- pour Mac OS 10 sous /System Folder/Application/Support/Adobe/Color:Profiles/

- pour Mac OS 9 sous /Library/ColorSync/Profiles/

Le profil ICC d'un écran cathodique ou TFT occupe moins de 5 KB.  Voici celui d'un moniteur Compaq S710 de 17" configuré pour l'espace RGB, D65, dont voici le gamut, et celui d'un LaCie 321 configuré pour l'espace sRGB, D65 dont voici le gamut.

Ainsi que nous l'avons vu précédemment, ce fichier contient les informations de calibration de l'écran et de la carte graphique : 33 mesures des composantes RGB dans l'espace colorimétrique choisi (les composantes X, Y, Z), la valeur du gamma, le point blanc, parfois les paramètres des canaux RGB si l'écran permet de les ajuster, et les conditions de réalisation.

Ce profil contient donc les paramètres de la carte vidéo et permet aux applications d'ajuster les déréglages éventuels relevés par le programme de calibration pour ensuite convertir le gamut d'entrée dans celui de destination (d'abord celui de l'espace colorimétrique de visualisation, par la suite celui de l'imprimante).

X-Rite Monaco OPTIX XR : un succès mérité

En 2003, le système de calibration OPTIX XR  de Monacosystems, racheté depuis par X-Rite, reçut le prix Cool2 du magazine "Photo Electronic Imaging". 

En février 2004, le même produit remporta la palme du Meilleur rapport qualité/prix (Best Buy) de PC World magazine. Selon Mark Rutherford de PC World, "lors de nos tests, [la sonde Monaco OPTIX XR] a permis d’obtenir les tonalités de bleu les plus saturées et les nuances les plus fines sur l’échelle des gris, permettant à notre écran TFT de reproduire les subtilités que seuls les moniteurs CRT de haut de gamme pouvaient auparavant atteindre. La solution de X-Rite est relativement simple d’utilisation et offre des fonctions plus avancées telles que la possibilité de calibrer un moniteur en fonction d’une température de couleur personnalisée ou des conditions d’éclairage ambiantes." Qu'on se le dise.

Exploitation du profil ICC d'un écran

Généralement, le profil de l'écran est chargé automatiquement au lancement du système d'exploitation ou, plus rarement, de l'application. Optionnellement, dans le cas de MonacoOPTIX, vous pouvez charger un programme résidant appellé "Monaco Gamma" qui permet de charger ou décharger le profil de la mémoire (sous Windows en cliquant sur une icône située dans la barre de tâches).

Suite à ce que nous avons expliqué dans l'article sur la restitution des images sur ordinateur, rappelons que le profil ICC chargé par le système d'exploitation n'a rien à voir avec un espace de travail au sens propre. Le profil ICC d'un écran (comme celui d'une imprimante ou d'un scanner) contient plusieurs ensembles de données qui peuvent être exploitées indépendemment les unes des autres par le système d'exploitation ou les applications.

Dans le cas présent, la partie du fichier .ICM qui est chargée par le système correspond aux données qui seront intégrées dans la Look-Up Table ou LUT de la carte graphique. A ce niveau ci il n'est pas encore question de charger un espace colorimétrique de travail, tâche qui incombe aux applications graphiques.

Notons que si Photoshop est chargé et si vous souhaitez décharger le profil ICC de la mémoire, vous devez d'abord fermer Photoshop car il garde un droit exclusif sur le fichier .ICM.

Notons également que si vous utilisez Adobe Gamma après avoir créé un profil écran avec MonacoOPTIX par exemple, si vous sauvez le fichier sous le même nom, tout le fichier sera modifié, y compris la description qui deviendra "created with MonacoOPTIX modified by Adobe Gamma". Suite à cela,  vous ne pourrez plus non plus décharger le profil de la mémoire à travers l'utilitaire Monaco Gamma. Donc par évité tout conflit, si vous utilisez un logiciel de profiling, n'utilisez plus Adobe Gamma.

Si le profil ICC de l'écran n'a pas été chargé par le système d'exploitation, Photoshop par exemple vous permet d'assigner un profil à une image. De quoi s'agit-il ?

Assignation et Conversion de profil

Photoshop permet d'attribuer un profil spécifique à une image ou de convertir ses couleurs dans un autre espace de travail que l'espace courant, par exemple en vue d'une impression sur un périphérique particulier. Il s'agit du Menu "Image/Mode". Il contient deux options : l'assignation et la conversion de profil.

L'assignation d'un profil via le menu Image/Mode, "Attribuer un profil..." (Assign Profile...) permet en fonction des valeurs chromatiques envoyées à l'écran ou à l'imprimante de déterminer de quelle manière le périphérique voit les couleurs dans l'espace L*a*b. Mais il n'est pas neutre puisque le profil utilisé est basé sur des mesures de calibration. Il est également plus petit qu'un espace théorique tel qu'Adobe 1998. 

On peut utiliser cette option pour éventuellement charger un profil ICC d'écran qui n'aurait pas été chargé par le système d'exploitation. Toutefois généralement ce profil est chargé avant l'application et cette option sert essentiellement à choisir un autre profil d'imprimante.

A gauche assignation d'un profil à une image sous Photoshop. Au centre et à droite la conversion de l'espace colorimétrique par défaut dans l'espace Adobe 1998.

L'option convertir l'espace du profil original (celui attaché au document lors de sa sauvegarde ou l'espace qui lui a été attribué par défaut lors de son chargement) recalcule les couleurs dans autre un espace de couleurs, généralement celui de l'espace de travail le plus étendu ou celui d'une imprimante. Pour cela il faut choisir l'option "Convertir en profil..." (Convert to profile...) comme indiqué ci-dessus et choisir par exemple l'espace Adobe 1998 dans le cas d'un affichage sur écran, d'autant qu'il est quelquefois supporté par les imprimantes. On y reviendra.

En convertissant le profil original dans un espace de travail théorique, vous noterez que les couleurs physiques de l'image sont modifiées. Les valeurs chromatiques RGB (x,y,z) ont été recalculées dans le nouvel espace et sont généralement différentes de celles utilisées dans le profil du périphérique antérieur.

Remarque

Ainsi qu'on le constate, on peut facilement confondre profil ICC et espace de travail car tous deux sont représentés par des espaces de couleurs définis physiquement dans les mêmes fichiers .ICC et autre .ICM. La différence réside en fait dans l'utilisation que vous en faite. Oubliez la notion de profil d'écran car elle n'est exploitée qu'au démarrage du système d'exploitation. Ce que vous manipulez par la suite se sont en réalité différents espaces de couleurs, parfois adaptés à des périphériques plutpot que des espaces théoriques.

Pour obtenir des images neutres et de qualité chromatique constante, vous devez toujours utiliser le même espace colorimétrique de travail, par exemple Adobe 1998, dans tous les modes d'affichage du programme : dans les sous-menus Edit, Image et Aperçu (View).

A ce propos, précisons que le menu Aperçu/Epreuve (View/Proof) destiné à visualiser notamment un tirage avant impression, ce qu'on appelle le softproofing et sur lequel nous reviendrons en temps utile, peut-être exploité dans ce cadre ci pour afficher l'espace de travail supporté par l'écran comme le démontre les deux images suivantes. 

Au démarrage de votre appication graphique, si vous n'avez pas chargé le profil écran, l'application vous proposera un espace de travail par défaut, Adobe RGB s'il est défini dans les paramètres de gestion de couleur. Mais vous pouvez charger en lieu et place ou par la suite le profil calibré de l'écran en mode épreuve et constater les nuances entre les deux espaces de couleurs.

Nous reviendrons en détail sur le softproofing lorsque nous discuterons de la calibration des imprimantes car il contient des options spécifiques complémentaires.

La caractérisation d'un écran a permis de créer un profil ICM qui a ensuite été chargé par le système d'exploitation et rendu accessible à Photoshop. A gauche, une mire "originale" affichée à l'écran avant calibration (gamma 2.2, température de couleur de 7508 K, contraste élevé, luminosité trop faible, dominante cyan et bleutée). A droite, la mire rééquilibrée présentée sous Photoshop en mode d'épreuve personnalisé (menu Edit/Proof Setup, Custom) tenant compte du profil ICM) et ajustée par rapport à l'espace théorique L*a*b, D65, gamma 2.2, par la sonde Monaco OPTIX XR. La procédure de calibration et de caractérisation a duré moins de 5 minutes et le profil ICM est à présent disponible pour toutes les applications qui le supporte.

Assignation et sauvegarde d'un espace de couleurs avec l'image

Lors de la sauvegarde d'une image éditée dans un espace colorimétrique déterminé, vous pouvez lui associer cet espace de couleurs qui sera réactivé au prochain chargement de l'image. Pour cela vous devez forcer un "Save as..." et indiquer sous Photoshop que vous souhaitez attacher cet espace à votre image. Ce document indique par exemple que l'image a été sauvée avec le profil ICC du moniteur calibré précédemment.

Ce choix est également forcé et ne peut pas être modifié à ce stade si vous aviez déjà préalablement chargé cette image en lui imposant cet espace de couleurs. Cela est tout à fait normal puisque cette information est à présent "attachée" au fichier. Pour modifier ce lien, vous devez recharger l'image et dès que l'application vous demandera quel fichier lui attacher, assignez-lui un nouveau profil ou un autre espace de couleurs. A chaque fois le programme effectuera une conversion dans l'espace de destination.

Si un profil écran est activé sous Photoshop, il n'est plus possible de simplement attacher un espace colorimétrique au fichier, choix qui est réservé au paramétrage par défaut ou si vous forcez le chargement d'une image avec un espace colorimétrique déterminé.

Voici un document montrant la même image que la précédente mais sauvegardée en faisant référence à l'espace CIE plutôt qu'à l'espace plus limité du profil ICC du périphérique (mais pour se faire il a d'abord fallut charger l'image et lui assigner l'espace CIE).

Reste maintenant l'étape cruciale si vous imprimez à domicile, le tirage. Cela va nous permettre de décrire les procédures de calibration et de caractérisation des autres éléments de la chaîne numérique, l'imprimante, le scanner et l'APN. Mais avant cela, nous devons discuter brièvement d'un outil commun à ces trois périphériques dans ce contexte, la mire de calibration.

Prochain chapitre

Comment réaliser et exploiter le profil ICC d'une imprimante ?

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