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Qu’est-ce que la luminosité ?

jeudi 18 mai 2017, par Daniel Metz

La luminosité d’une source lumineuse ou d’un objet éclairé est une caractéristique telle qu’on a la sensation de ressentir plus ou moins de lumière.

Mais derrière cette définition généraliste qui exprime notre ressenti visuel, il est parfois plus compliqué de comprendre comment certains appareils ou systèmes interprètent cette notion de luminosité.

1 - luminosité d’une couleur

En colorimétrie la luminosité est une grandeur qui définit la sensation lumineuse en complément des deux autres grandeurs qui sont saturation et teinte. Selon le système utilisé, l’interprétation de la luminosité peut varier légèrement, mais souvent aussi le nom change.

Système TSL : Teinte, Saturation, Luminosité
Système de Munsell : Teinte, Chroma, Valeur
Système lab L* (clarté) a (jaune/bleu ), b (rouge /vert)
Système CIE-XYZ Luminance = Y
etc.

2 - Matériel informatique et luminosité

Dans le domaine physique, on décrit la luminosité sous le terme de luminance. Luminosité et luminance décrivent la même grandeur mais mesurées sur des échelles différentes. Dans le monde physique, on décrit la luminance sur une échelle linéaire qui est liée à la quantité d’énérgie lumineuse.

Les appareils qui recueillent de la luminance comme les appareils photo, etc. captent la luminance de manière linéaire : si la source de lumière s’élève à 50% de son maximum, la captation sera de 50 %. C’est une mesure linéaire. Nous verrons plus loin que cette restitution linéaire de la luminance pose problème et qu’on utilise un correctif pour simuler notre propre perception de la luminosité.
Le sélecteur de couleur informatique suit la même logique : lorsqu’on tape la valeur 50 %, c’est bien une couleur de niveau 127/255 qui sera produite. C’est une logique linéaire.

Fig. 1. Dans un sélecteur de couleur, une entrée de valeur 0,50 donne toujours en sortie 127/255.
.

2 - Vision humaine et luminosité

La vision humaine est une structure extrêmement performante qui a la capacité de compresser la luminance vers le noir afin d’optimiser la réception des forts contrastes. On utilise le terme luminosité pour décrire ce ressenti visuel. Si la luminance d’une source de lumière s’élève à 18 % du maximum d’une scène éclairée, la perception visuelle sera un gris moyen de luminosité 50 %. Si la luminance s’élève à 50 %, nous la percevons comme un gris de luminosité 76 % [1].Cette spécificité de la vision s’apparente à ce qu’on appelle une courbe de luminosité dont la restitution est non-linéaire.

Fig. 2. Notre perception visuelle étant notre seul référentiel, nous ne pouvons la concevoir autrement que linéaire. L’échelle de luminance nous semble s’étendre sur une échelle plus dilatée. Mais physiquement c’est bien sûr l’inverse.

3 - Normes informatiques et luminosité

Comment rendre le matériel informatique qui considére la luminance comme linéaire compatible avec notre vision ? On introduit un dispositif qu’on nomme correction gamma, une fonction grossièrement approximative à celle de la vision humaine. La norme la plus courante en informatique comme en télévision qui apporte cette correction est la norme sRGB.

Fig. 3. Le capteur de l’appareil photo capte une image linéaire qui serait trop claire pour notre vision. La correction gamma vient corriger cela en poussant la luminance à 50 % dans les 3/4 de luminosité. L’image est maintenant plus ou moins conforme à notre vue.

4 - Luminance corrigée en luminosité

POur tous ceux d’entre nous qui découvrent la photométrie, il n’est pas évident de conceptualiser cette compression des données entre luminance objective et luminosité subjective.

Pour bien comprendre ce phénomène, on va prendre en référence, un gris dont on est certain que sa luminance est de 50 %. Pour cela on conçoit une grille en noir et blanc (sans niveaux de gris) dont le nombre de carrés blancs et exactement égale au nombre de carrés noirs. La proportion physique de lumière blanche est bien de 50 %. Une fois suffisamment éloigné pour confondre cette grille en un gris uniforme, on voit une luminance de 50 % dont la luminosité ressentie est effectivement de 73 % comme le confirme le pavé gris édité à 73 % (gris 186 / 255).


Pour que la trame de la grille devienne invisible pour ressembler à un gris, il faut s’éloigner de deux ou trois mètres de l’écran. Votre écran doit restituer correctement la norme sRGB pour avoir une correspondance précise.


[1Selon la luminosité officielle de la CIE qu’on nomme clarté. Nous verrons plus loin que cette même luminance de 50 % est restituée vers 73 % sous la norme sRGB.

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