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Qu’est ce que la luminance ?

dimanche 21 mai 2017, par Daniel Metz

1 - Approche intuitive de la luminance

En préalable avant d’aborder les définitions et caractéristiques de la luminance, voici deux exemples visuels pour aider à situer la relation intime entre luminance et intensité lumineuse。

Fig. 1. On est ébloui par l’ampoule claire parce que la luminance du filamentes est très élevée. On peut regarde sans difficulté l’ampoule dépolie parce que sa luminance est 10 fois plus faible. Pourtant les deux ampoules délivrent une intensité lumineuse identique.

C’est donc bien uniquement l’éclat de la lumière telle qu’on la ressent qui définit la luminance. En quelle sorte, c’est l’intensité lumineuse sans tenir compte de la surface. Ainsi toutes les comparaisons visuelles de luminosité se font en utilisant la luminance.

Fig. 2. Le smartphone et le téléviseur ont une luminance identique, on a la sensation d’un même éclat lumineux. Par contre, le smartphone par sa petite taille ne renvoie que peu d’intensité lumineuse. Il éclaire peu si on s’en sert comme d’une lampe de poche.

Sur un écran, la lumière produite par toute sa surface décrit l’intensité lumineuse. La lumière produite par un seul petit pixel décrit la luminance.

2 - La luminance est une grandeur photométrique

La luminance [1] est la correspondance dans le domaine physique de la sensation visuelle qu’on nomme luminosité. Ces deux grandeurs décrivent exactement la même chose mais sur une échelle différente. Voir aussi :Qu’est-ce que la luminosité.

La luminance dont le nom complet est luminance lumineuse [2] décrit la quantité d’énergie lumineuse perceptible par l’œil. Elle a une correspondance en radiométrie qui est la luminance énergétique [3](ou radiance en anglais).

En photométrie, la grandeur étalon de référence est l’intensité lumineuse mesurée en candela (cd). La luminance en découle directement pour ne retenir que l’éclat lumineux en se passant de la dimension surface :

Luminance = intensité lumineuse / surface apparente

L = cd / m^{2}

Le symbole de la luminance est L ou Lv. Elle s’exprime en candela par mètre carré, symbole cd / m^{2} . C’est une grandeur de dimension J/L^{2} .

On peut aussi décrire la luminance directement depuis le flux lumineux et la mesurer en lumen par mètre carré et par stéradian :

L = lm / m^{2} . sr

Une définition mathématique plus complète :


3 - Luminance L et efficacité lumineuse spectrale relative V(λ)

L’efficacité lumineuse spectrale relative est une fonction qui démontre que la luminance est influencée par la perception visuelle des couleurs spectrales. Dans cette expérience où le flux lumineux est relatif, ce dernier est égal à la luminance. L’expérience de 1924 du facteur de visibilité V(λ) 1924, qu’on nomme aujourd’hui efficacité lumineuse relative est la toute première expérience qui détermine une grandeur photométrique moderne, en l’occurrence le flux lumineux.

Fig. 3. La fonction V(λ) exprime une luminosité relative qui se développe entre 0 et 1.

Dans cette fonction V(λ) 1924, qui s’appuie sur la vision diurne, la luminance maximum est égale à 1 pour une spectrale λ = 555 nm ; puis les valeurs déclinent pour atteindre 0 pour les valeurs spectrales en limite des couleurs visibles.

La fonction V(λ) 1924 définie à l’origine en lumen, peut aussi bien définir à une constante près la luminance. C’est ainsi que Schrödinger en 1925 propose d’utiliser V(λ) 1924 comme courbe de luminance pour le futur modèle XYZ.

Fig. 4. La fonction V(λ) prend le nom de fonction de luminance.

3 - La luminance notée Y en colorimétrie

La CIE propose en 1931 un nouveau modèle colorimétrique nommé CIE-XYZ dans lequel la luminance sera portée uniquement par la primaire Y. C’est le premier modèle colorimétrique qui sépare clairement luminance et chromaticité. La luminosité classique qu’on trouve en colorimétrie est abandonnée au profit d’une courbe de photométrie déjà existante, la courbe V(λ) 1924. On a donc un système avec Y égale V(λ) où la luminance Y est pratiquement toujours utilisée comme une luminance relative, bien qu’il soit possible de l’utiliser comme en photométrie. Elle est alors décrite entre les valeurs 0 et 1 ou entre 0 et 100, étant toujours une portion relative de la luminance maximum que peut produire le système.

4 - La luminance vidéo ou Luma

le signal vidéo sépare l’information de luminance sur un canal et l’information de chrominance sur deux autres canaux. On emploie ici le terme de luminance par abus de langage pour indiquer la luma. En vidéo, la luma Y’ indique toujours une luminance corrigée par une correction gamma qui a pour but de la rapprocher de la luminosité L* dénommée clarté par la CIE.


[1La luminance fut autrefois appelée éclat et brillance qui sont des termes obsolètes.

[2Pour montrer l’appartenance au domaine de la photométrie, on ajoute l’adjectif lumineux (se) à toutes les grandeurs photométriques. On dit aussi luminance visuelle.

[3la radiométrie est un domaine principalement concerné par la puissance énergétique par exemple la consommation énergétique

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