Les objets que nous voyons émettent ou réfléchissent des quantités de lumière de longueurs d'onde variées que l'oeil interprète comme des couleurs. L'oeil humain peut différencier environ deux millions de couleurs. La nécessité de produire, de stocker et de transmettre des "documents colorés" (imagerie médicale, images satellitales, photographies numériques, ...) a conduit à imaginer des systèmes cohérents pour représenter fidèlement les couleurs qui les composent.

RGB - Les couleurs primaires (Red-Rouge, Green-Vert, Blue-Bleu)

La gamme infinie des couleurs naturelles peut être reproduite à partir de trois couleurs seulement. Les moniteurs d'ordinateurs n'émettent que du rouge, du vert et du bleu. Le mélange de différentes intensités de ces trois couleurs permet au moniteur de reproduire toutes les nuances que l'oeil peut percevoir. L'écran du moniteur est couvert de points lumineux (picture elements ou pixels) ou photophores qui s'allument quand ils sont frappés par les électrons. La carte graphique consacre trois octets au contrôle de l'intensité du rouge, du vert et du bleu de chaque pixel.

Le modèle RGB propose donc, pour chaque pixel, 256 intensités de rouge, 256 intensités de vert et 256 intensités de bleu. L'espace des 16 777 216 couleurs potentielles peut être représenté par un système de coordonnées orthogonal à trois dimensions (figure 1). Le mode "True Color" équivaut à "RGB 24 bits" ou "16 millions de couleurs". Ce modèle additif où le noir correspond à l'absence de lumière n'est pas très intuitif pour les utilisateurs non initiés (rouge + vert => jaune !) mais il est efficace sur les système qui utilisent un tube cathodique (CRT) pour afficher les images. Il ne tient pas compte des particularités de la perception visuelle des couleurs et n'est pas indépendant du matériel utilisé.

Pour obtenir des teintes progressivement plus claires, il faut augmenter proportionnellement chaque composant mais pas jusqu'au maximum. Pour obtenir des teintes progressivement plus sombres, il faut diminuer proportionnellement chaque composant non nul.

Variations de bleu (rr,vv,bb en hexadécimal) BleuFoncé1 (00,00,33) - BleuFoncé2 (00,00,66) - BleuFoncé3 (00,00,99) - BleuFoncé4 (00,00,CC) BleuVif (00,00,FF) - BleuClair1 (33,33,FF) - BleuClair2 (66,66,FF) - BleuClair3 (99,99,FF)

Variations d'orange (rr,vv,bb en hexadécimal) Orange1 (FF,CC,00) - Orange2 (FF,99,00) - Orange3 (FF,80,00) - Orange4 (FF,66,00) - Orange5 (FF,33,00) Orange6 (FF,CC,66) - Orange7 (FF,99,66) - Orange8 (FF,80,66) - Orange8 (FF,66,33) - Orange9 (FF,33,33)

Du gris au bleu (rr,vv,bb en hexadécimal) Gris (80,80,80) - Bleu Gris (66,66,99) - Bleu Terne (33,33,CC) - Bleu Vif (00,00,FF)

CMY(K) - Les couleurs secondaires (Cyan, Magenta, Yellow-Jaune (, blacK-Noir) )

Le bleu absorbe le rouge et le vert, le rouge absorbe le vert et le bleu, le vert absorbe le bleu et le rouge mais le cyan, le magenta et le jaune n'absorbent que leur couleur complémentaire respective le rouge, le vert et le bleu. Diagonalement opposées aux couleurs primaires du cube de la figure 1, on les appelle couleurs secondaires ou couleurs primaires par soustraction. Le modèle est utilisé en impression et dans toutes les techniques qui utilisent la superposition de couches de matière sur un support (encres, colorants ...). Le noir, souvent la quatrième cartouche d'une imprimante couleur, permet d'économiser l'encre couleur (plus chère) nécessaire pour le produire et d'obtenir un résultat plus pur que celui qui résulte d'un mélange (en pratique, un mélange de rouge, de vert et de bleu produit souvent du marron ou du gris).
Ce modèle soustractif où le blanc ne peut être obtenu que si le support (papier) est blanc est un peu plus intuitif que le précédent (réflexe peinture) . Il ne tient pas compte des particularités de la perception visuelle des couleurs et n'est pas indépendant du matériel utilisé. Bien que la transformation mathématique du modèle RGB vers le modèle CMY soit facile (la figure obtenue est le négatif du modèle), le résultat imprimé est rarement identique à l'original.

HSL - Les modèles naturels (Hue-Teinte, Saturation, Lightness-Luminosité/Luminance)

Les modèles HSL, HSB (Brightness), HSV (Value), HSI (Intensity), HCI (Chroma), ...  bien que dérivés de l'espace RGB comme le montre la figure 2, proposent une approche plus naturelle de la couleur en faisant intervenir des critères psycho-physiologiques. La teinte caractérise la couleur elle même (en général d'après sa position dans le disque chromatique), la saturation est une comparaison entre la couleur choisie et la même couleur pure, la luminosité est la contenance relative de noir et de blanc. Avec ce système, il est possible de décrire assez facilement une chemise verte délavée à la tombée de la nuit. Chaque modèle propose ses propres échelles de nombres (angles en degrés, pourcentages, échelles de 0 à 100) et sa propre définition de la saturation et de la luminosité (il en résulte quelques difficultés d'interprétation quand on ignore à partir de quel modèle les données ont été produites).

Voici, par exemple, les bases du modèle HSL fourni par MicroSoft dans FrontPage. L'espace HSL peut être représenté par deux cônes accolés par la base comme sur la figure 3. Notez qu'on est très proche du cube RGB en équilibre sur sa pointe noire de la figure 2. La teinte est liée à l'angle au centre formé par la projection du point coloré sur le disque chromatique et la ligne rouge. Le rouge correspond à 0° et chaque couleur primaire ou secondaire est décalée d'un angle de 40° (au lieu de 60°). Le maximum est 240. La saturation est liée à la distance entre le point coloré et l'axe du bicône. Elle est exprimée par un nombre entre 0 et 240. 0 correspond au gris (quelle que soit la teinte) et 240 à un point du cercle chromatique. La luminosité est liée à la distance entre la projection du point coloré sur l'axe du bicône et le sommet noir. Elle est exprimée par un nombre entre 0 et 240. Quelle que soit la teinte, 0 correspond au noir, 240 au blanc et 120 à l'équilibre des deux.

Ce modèle est très adapté au traitement d'images (on pourra représenter la chemise verte évoquée plus haut avant lavage ou au soleil) néanmoins, il ne tient pas compte des particularités de la perception visuelle des couleurs et n'est pas indépendant du matériel utilisé. Les nombreux systèmes d'équations proposés pour faire correspondre les codages HSL et RGB ne donnent pas des résultats équivalents.
Pour obtenir des teintes plus claires, il faut augmenter la luminosité. Pour obtenir des teintes plus pures, il faut augmenter la saturation.

CIE (LAB) - Les modèles humains (Commission Internationale de l'Eclairage)

A éclairement égal, certaines teintes paraissent plus claires (jaune, vert) que d'autres (rouge, bleu). La sensibilité de l'oeil n'est pas la même pour toutes les longueurs d'onde. De nombreux points du cube RGB produisent des couleurs indifférenciables.
La CIE a instauré des représentations tridimensionnelles "1931 (X,Y,Z)", (L*u*v*), "1976 (L*a*b*)" qui prennent pour référence la perception humaine. Pour chaque couleur du spectre a été recherché le mélange de rouge, vert, bleu qui produit le même effet sur un observateur standard dans des conditions de lumière et de vision définies avec soin. Chaque couleur est caractérisée par trois "tristimulus". Utiliser les spécifications de la CIE assure que le créateur et le spectateur verront exactement les mêmes combinaisons de teinte, saturation et luminosité dans chaque couleur affichée.
CIE-Lab et les espaces analogues ne sont pas compréhensibles intuitivement. L exprime la luminosité, a et b la chrominance ("a" pour le mélange vert-magenta, b pour le bleu-jaune). Ils décrivent la couleur telle que nous la voyons et, puisque basés sur la perception humaine, ils ne dépendent pas du matériel utilisé.

YUV - Les modèles TV

C'est le format de base utilisé par les standards PAL et SECAM. Y est la luminance qui décrit l'image noir et blanc, U et V la chrominance qui ajoute les couleurs à l'image. Ce modèle, ainsi que son dérivé YIQ utilisé par NTSC, est bien adapté aux compressions digitales ou analogiques mais il ne permet pas de recréer sur un téléviseur toutes les couleurs qui apparaissent sur un écran d'ordinateur.
Ces espaces ne sont pas indépendants du matériel mais ils sont destinés à être utilisés dans des conditions strictement définies à l'intérieur de systèmes fermés. Ils sont totalement inintuitifs pour un non spécialiste.