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Une armée de points lumineux

Pour afficher une image sur un écran, on émet une lumière qui reconstitue les composantes colorées de l'image numérique. 

Pour cela, les écrans allument des millions de pixels, des rouges, des verts et des bleus, généralement regroupés par trois. Chaque trio de pixels produit une lumière perçue par notre œil comme un petit point coloré. Ces millions de pixels colorés forment une image. 

Autrefois, on pouvait distinguer les pixels de l'écran à l'œil nu, car leur taille était importante. Aujourd'hui, une loupe puissante ou un microscope sont nécessaires, surtout si l'on souhaite observer les pixels rouges, verts et bleus. 

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Trois couleurs pour une image

La synthèse additive - Article

Schéma de la synthèse additive.

La synthèse additive des couleurs est le procédé consistant à combiner leslumières de plusieurs sourcescolorées dans le but d'obtenir une lumière colorée quelconque dans ungamut déterminé.

La synthèse additive utilise généralement trois lumières colorées : unerouge, uneverte et unebleue (RVB ou RGB en anglais pourred,green,blue). L'addition de ces trois lumières colorées en proportions convenables donne la lumièreblanche. L'absence de lumière donne dunoir.

Les écrans et les projecteurs detélévision et d'ordinateur utilisent le procédé de la synthèse additive. Ils ne dépendent pas d'un éclairage extérieur. Laphotographie argentique en couleurs et l'impression en couleurs utilisent un autre procédé appelésynthèse soustractive dont lescolorants absorbent en partie la lumière d'unilluminant dont ils dépendent pour le rendu des couleurs.

Théorie

Lavision photopique humaine se base sur trois types de récepteurs de larétine de l'œil, lescônes, de sensibilité différente selon la longueur d'onde des rayons lumineux. Deux rayonnement lumineux, quel que soit leur spectre, sont vus identiquement s'ils impressionnent avec la même intensité chacun des trois types de cônes. En conséquence, il est possible de reproduire une sensation colorée intermédiaire quelconque en mélangeant troiscouleurs primaires entre elles.

La couleur n'est pas une propriété intrinsèque de la lumière. Il y a une grande différence « physique » entre une lumière jaune, de longueur d'onde 580 nm, mélangée à un peu de lumière blanche, et un mélange de lumières rouge et verte. Pourtant, elles stimulent les cellules de l'œil de la même façon, ce qui fait que l'on ne perçoit pas de différence. Lavision des couleurs est une capacité sensorielle et cognitive, c'est ce qui permet la synthèse additive, dérivée des expériencespsychophysiques de lacolorimétrie.

Les expériences deperception des couleurs montrent que toute lumière peut être perçue comme un mélange d'une lumièremonochromatique d'unelongueur d'onde donnée, dite dominante, et d'une lumière blanche. La proportion entre ces deux composantes est lapureté colorimétrique.

Le mélange de deux lumières colorées produit, selon les proportions, une série de couleurs de longueur d'onde dominante intermédiaire entre ces deux lumières, et de pureté moindre que celle obtenue à proportion des puretés des composantes.

Le mélange de trois lumières colorées peut se décomposer en deux mélanges de deux lumières, et le raisonnement montre qu'on peut ainsi reconstituer toutes les couleurs, dans les limites de pureté qu'on vient de décrire.

Les couleurs des lumières, pour la synthèse additive, doivent être mutuellementprimaires, c'est-à-dire qu'on ne doit pas pouvoir en reconstituer une par mélange des autres. Elles doivent êtreau moins trois. Leur composition spectrale est indifférente, seule leur couleur compte. On peut augmenter legamut avec plus de trois primaires, mais cette possibilité est peu exploitée, la vision humaine étant plus sensible aux différences entre teintes pour les couleurs pâles que pour les couleurs vives, et les scènes à reproduire, par la synthèse additive, ne comportant pas, le plus souvent, de couleurs pures.

Applications

La synthèse additive est le principe de composition des couleurs utilisé notamment dans lesécrans cathodiques, lesécrans LCD et lesvidéoprojecteurs.

Le spectre des lumières colorées n'ayant pas d'importance dans le procédé, tous les moyens peuvent servir. On peut filtrer la lumière blanche, la séparer en composantes colorées par desmiroirs dichroïques, utiliser des sources à spectre de raies (fluorescence) ou presquemonochromatiques comme lesdiodes électroluminescentes.

Procédés d'addition des couleurs

Dispositions possibles des mosaïques de lumières colorées dans un écran.

Dans les systèmes formateurs d'image, l'addition des lumières se fait parfois par superposition des lumières colorées, comme dans les vidéoprojecteurs tritubes. Le plus souvent, cependant, elle se fait par une mosaïque de points suffisamment petits pour se confondre à la vue, à la distance normale d'observation de l'image. C'est le cas dans les écrans de télévision et d'ordinateur. Lesvidéoprojecteurs àmatrice de micro-miroirs projettent successivement sur les mêmes point les composantes de couleur, lapersistance rétinienne effectuant le mélange.

Dans les années 1990,Polaroïd a proposé des diapositives couleurs à développement instantané selon un procédé à matrices de points.

Lesautochromes desfrères Lumière réalisés dès la fin du XIXe siècle utilisaient des pigments pour recréer la couleur par synthèse additive. Ces pigments agissaient comme des filtres colorés qui, à la prise de vue permettaient de n'impressionner une surface sensible noir et blanc qu'avec l'une des trois couleurs primaires, et à l'examen de la photo par transparence, de restituer la couleur de ce point de l'image.

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Des écrans au rendu de plus en plus fin

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