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Les mots chroma et saturation sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais ils sont définis comme des concepts distincts par la Commission internationale de l'éclairage (CIE), dont la terminologie est largement acceptée comme standard dans les domaines scientifique et technologique.

La distinction repose sur une différence importante entre les couleurs de la lumière qui atteint nos yeux à partir des différentes parties d'un objet et la couleur que nous voyons comme appartenant à l'objet lui-même. Dans la terminologie de la CIE :

La saturation est définie en fonction de deux attributs de l'apparence d'une zone unique et, comme ces attributs (la couleur et la luminosité), elle dépend entièrement de l'apparence de la lumière transmise par cette zone à l'œil.

La saturation est la coloration relative de cette lumière, indépendamment de sa luminosité ou de son absence de blancheur, et est notre perception de son déséquilibre énergétique relatif à travers le spectre, tel que détecté par nos récepteurs visuels.

La figure 1 illustre trois séries de zones dans chacune la saturation doit apparaître approximativement constante.

Dans chaque série, la lumière émise par les zones présente le même rapport de composantes RVB, ne variant qu'en termes de luminosité, et est perçue respectivement comme une lumière rouge relativement pure (saturation élevée, R1-R3), comme une lumière blanche (saturation nulle, W1-W3), et comme un rapport fixe de composantes de lumière rouge et blanche (saturation modérée, P1-P3).

Figure 1. Zones présentant une saturation élevée (R1-R3), une saturation modérée (P1-P3) et une saturation nulle (W1-W3).

Le paramètre appelé “Saturation” (S) dans l'espace couleur HSB, utilisé par exemple dans le sélecteur de couleurs d'Adobe Photoshop, est une estimation physique de la saturation d'une couleur RVB par rapport au maximum possible de son angle de teinte (H), et est basé sur un calcul très simple à partir de ses composantes r, g et b (encart, Fig. 1). Dans d'autres espaces et contextes de couleurs numériques, la “saturation” peut être un paramètre très différent, comme la chroma ou une chroma relative quelconque.

Si nous devions voir le monde à travers un trou dans un écran qui apparaîtrait comme une simple tache de lumière, nous serions capables de décrire la teinte, la luminosité, la couleur et la saturation de cette lumière, mais nous ne pourrions pas dire si les taches plus sombres et plus ternes représentent des objets sombres et ternes dans une lumière vive, ou des objets brillants et colorés dans une lumière faible.

Pour percevoir les couleurs des objets, nous devons être capables de faire des comparaisons entre les zones du champ visuel. Lorsqu'un objet est plus fortement éclairé, sa luminosité et sa coloration augmentent, mais sa luminosité (=valeur) et sa chroma, c'est-à-dire la luminosité et la coloration respectivement “jugées par rapport à la luminosité d'une zone éclairée de manière similaire qui semble blanche ou très transparente”, présentent un degré élevé de constance à travers différents niveaux d'éclairage, et sont donc perçues comme des attributs appartenant à l'objet lui-même (figure 2).

La clarté est notre perception de l'efficacité d'un objet en tant que réflecteur/transmetteur de lumière, et la chroma est notre perception de l'efficacité d'un objet en tant que réflecteur/transmetteur spectralement sélectif ; pour qu'un objet ait une chroma élevée, il doit réfléchir/transmettre de la lumière saturée en quantités relativement importantes.

Figure 2. Illustration des définitions de la luminosité et de la chroma.

Les figures 2 et 3 montrent les zones de la figure 1 dans deux contextes différents, produisant des perceptions de chrominance et de luminosité très différentes. Lorsque la luminosité d'une zone jugée blanche change au même rythme que la luminosité et la couleur de chaque série de saturation, les zones sont perçues comme ayant une luminosité et une chroma uniformes, et semblent donc avoir la même couleur d'objet (figure 2). Mais lorsqu'elles sont jugées par rapport au même blanc, les zones de chaque série de saturation sont perçues comme différentes en termes de luminosité et de chroma (Fig. 3) : les séries de saturation forment maintenant des lignes qui rayonnent à partir du point noir, en suivant des chemins de rapports chroma/luminosité à peu près uniformes, contrairement aux lignes verticales de chroma uniforme. C'est normal, car la chroma et la lightness sont la couleur et la luminosité jugées par rapport à la même chose, donc leur rapport se réduit au rapport entre la couleur et la luminosité, c'est-à-dire la saturation. Ces lignes rayonnantes de saturation uniforme sont importantes pour les peintres car elles définissent les couleurs de l'image qui créent l'apparence d'un objet de couleur uniforme à réflexion diffuse tourné vers une source de lumière2. Pour illustrer la distinction entre saturation et chroma, R1 et R3 ont la même saturation élevée, parce qu'ils émettent tous deux une lumière qui semble d'un rouge relativement pur, mais, par rapport au même blanc, R3 a un chroma plus élevé, parce qu'il émet une plus grande quantité de cette lumière rouge saturée, et est donc plus coloré.

Figure 3. Zones de la figure 1 dans un contexte différent de celui de la figure 2, ce qui entraîne une perception très différente de la luminosité et de la chrominance.

• luminosité : lightness
• brillance : brightness