Pigment Digital : des couleurs du patrimoine culturel aux nécessités industrielles en métrologie spectrale – DigiPi

Notre ambition est de créer les fondements d’une métrologie spectrale par :
- une mesure robuste et précise de la distance entre deux spectres de réflectance ou de radiance,
- la caractérisation des variations spatiales des spectres de réflectance d’une surface colorée perçue comme homogène, mais pourtant spectralement non-uniforme.

La nécessité de maîtriser la stabilité et l'exactitude de telles mesures optiques est omniprésente dans l'industrie civile ou militaire, l’aérospatial, le médical ou dans la valorisation du patrimoine culturel. Il n’existe pourtant aucune solution métrologique répondant à ce besoin alors que les outils d’acquisition spectrale se multiplient. Ce manque est dû à la complexité du problème : le traitement des mesures est lié aux Sciences du Numérique, mais les Sciences Physiques portent la validation et l’interprétation. DigiPi propose de briser cette barrière en associant un laboratoire spécialisé dans le traitement numérique de la couleur et de l’information spectrale avec un laboratoire spécialisé dans la caractérisation de matériaux hétérogènes et complexes et dans la modélisation de leurs propriétés optiques.

Dans le cadre de cette bi-disciplinarité, nous produirons de nouvelles expressions de mesure de la distance entre spectres répondant aux contraintes de robustesse, de généricité et de maitrise des incertitudes. Notre apport sera d’intégrer la spécificité mathématique du spectre, qui n’est ni un vecteur ni une fonction de densité de probabilité, mais au mieux une série ou une fonction. L’autre apport de DigiPi à ce niveau sera de proposer une décomposition de la distance en sous-parties autorisant des interprétations simples et directes reflétant bien la variabilité spectrale.

Il n’existe pas de métrologie sans étalons ou références. Nous créerons des gammes de surfaces ordonnées selon la variation des paramètres de fabrication. La caractérisation par différents procédés (profilométrie, microscopie, …), puis la modélisation physique des propriétés optiques des couches picturales permettra de mieux comprendre la variabilité spectrale en fonction de leurs caractéristiques physiques et chimiques. En particulier, nous adapterons un modèle optique existant de type 4 flux afin de rendre compte de paramètres jusque-là non intégrés (rugosité de surface, distribution de la taille des pigments). Cet ensemble de connaissances permettra de croiser les mesures de distance spectrale avec ces données de caractérisation ou de modélisation pour obtenir une validation complète. Ces surfaces et données de références permettront l’évolution de cette métrologie au-delà de DigiPi.

Le second objectif de DigiPi est de produire des attributs numériques caractérisant la non-uniformité couleur à partir d’images hyperspectrales. Cet objectif est relatif à l’analyse de l’aspect micro-texturé d’une surface. Notre originalité réside dans la recherche d’attributs valides au sens métrologique de la physique et pouvant être corrélées avec les modèles de la vision humaine. Les attributs numériques seront comparés (corrélation de rang) aux paramètres morphologiques et chimiques issus des modèles décrivant les couches picturales des surfaces de référence. En parallèle des images fractales, issues des modèles mathématiques produits par le comité technique TC8-14 de la Commission Internationale de l’Éclairage, seront utilisées pour estimer la stabilité des incertitudes quel que soit le contenu spatio-chromatique.

Les mesures de distance/similarité inter-spectrales et les attributs de caractérisation de l’aspect non-uniforme correspondent à des besoins industriels, patrimoniaux, médicaux, environnementaux…La preuve du gain en précision et de son intérêt industriel et applicatif sera démontrée dans au moins deux usages : l’un lié au contrôle qualité industriel en production de produits colorés et l’autre dans le contexte patrimonial pour la caractérisation des dégradés de couleur dans une large collection de vélins royaux.