Métrologie du brillant : développement et caractérisation psychophysique d'échelles de brillants

Gloss Metrology : development and psychophysical characterization of gloss scales

• Auteur / Autrice : Guillaume Ged
• Direction : Marc Himbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique. Lasers, nanosciences et métrologie
• Date : Soutenance le 26/09/2017
• Etablissement(s) : Paris, CNAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire commun de métrologie LNE-Cnam (Paris) - Surface du Verre et Interfaces (Aubervilliers, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Chevalier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaël Obein, Christine Fernandez-Maloigne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Simonot, Mathieu Hébert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réflectivité bidirectionnelle

Mesure

Brillant

Goniospectrophotomètres

Psychométrie

Perception visuelle

Instruments

Photométrie

Mots clés libres

Brillant visuel

BRDF

Echelles psychométriques

Sol-Gel

Goniospectrophotométrie

ConDOR

Gloss

BRDF

Psychometric scales

Sol-Gel

Goniospectrophotometry

ConDOR

Résumé

Le brillant est un attribut de l'apparence visuelle. Il s'agit d'une construction du système visuel, basée sur le signal optique en provenance d’une surface et capté par l'œil. Les développements récents en spectrophotométrie fondamentale ont produit des instruments à même de mesurer la réflexion lumineuse avec une acuité égale à celle du système visuel humain. Une description transverse, visuelle et optique, d'un même ensemble d'échantillons est maintenant possible. Dans ce travail, nous construisons via des procédés sol-gel une échelle de brillant métrologique multivariée en termes de topologie de surface, indice de réfraction, teinte et niveaux de brillant. Cette échelle est caractérisée par la suite en rugosité, en indice de brillant spéculaire et en BRDF. Nous présentons les techniques de mesure et les corrections employées sur ConDOR, notre goniospectrophotomètre dédié à la mesure haute résolution du pic spéculaire. Au terme de cette étude, l'instrument présente une résolution angulaire de 0,014°, la meilleure résolution atteinte à ce jour, deux fois inférieure à celle du système visuel humain. La dynamique est de 6,5 décades. ConDOR est employé pour mesurer les BRDF de plusieurs échantillons brillants issus de différentes échelles. Elles sont étudiées et les discutées. Un premier lien entre rugosité et BRDF est esquissé. Nous étudions finalement en nous basant sur une échelle de référence de brillant deux aspects de sa perception : l’effet d'un changement d'angle solide d'illumination et l’effet du réalisme de l'environnement d'observation. Nos résultats montrent que le système visuel est plus sensible aux variations de brillant dans des conditions d'observations réalistes, tant en matière d'éclairage que d'environnement. L’effet est particulièrement prononcé pour les échantillons mats. Les conditions moins réalistes ou moins naturelles peuvent mener les observateurs à la confusion.

Gloss is a visual appearance attribute. It is a construction from the visual system built on the optical signal from a surface and sensed by the eye. Recent developments in fundamental spectrophotometry lead to instruments able to measure luminous reflection with an acuity equal to the visual system in terms of angular resolution and dynamic. A cross-discipline description between optics and vision is now possible on a same set of samples. In this work, we build through sol-gel process a metrological gloss scale. It is multivariate in terms of surface topology, refractive indices, hue and gloss levels. This scale is then characterized in roughness, specular gloss and BRDF. We expose the measurement techniques and corrections used on our goniospectrophotomer ConDOR. This instrument is dedicated to high resolution measurement of specular peaks. By the end of this study, Condor has reached an angular resolution of 0.014°, the smaller achieved until now, twice better than the human visual system acuity. The dynamic range extends over 6.5 decades. ConDOR is used to measure BRDF of several glossy samples from different scales. These measurements are studied and discussed. A first link between roughness and BRDF is drawn.Using a reference gloss scale, we finally study two aspects of gloss perception: both effects of a change in the solid angle of illumination and in the observation environment realism. Our results indicate that the visual system is more sensitive to gloss variations under realistic conditions as well in lighting as in environment. This effect is particularly noticeable on matt samples. Lesser realistic or lesser natural conditions could lead observers to confusion.