Quel futur en imagerie numérique – Un spectre affichable plus large

Depuis l’apparition des premiers affichages couleurs et jusqu’à aujourd’hui, les écrans reposent sur la nature de l’œil humain, et représentent les couleurs dans l’espace RVB (rouge, vert, bleu). L’objet de ce billet est de s’interroger sur la validité de ce choix, et de manifester une certaine impatience envers une nouvelle technologie en la matière.

Sans aller plus loin que quelques considérations superficielles, rappelons que la rétine, le capteur au fond de l’œil, est composée de bâtonnets, qui sont sensibles à la luminosité, et de trois types de cônes, respectivement sensibles à trois plages de fréquences grossièrement centrées sur le rouge, le vert et le bleu. C’est la raison pour laquelle les affichages utilisent les couleurs rouge, vert et bleu : c’est la synthèse additive.

Planche n°19 du test du Docteur Shinobu Ishihara
Pourtant tout le monde n’est pas nécessairement sensible à ces trois couleurs. L’exemple le plus commun est le daltonisme : certaines personnes n’ont que deux, voire un seul type de cône, ce qui explique le fait qu’elles sont incapables de distinguer certaines couleurs. La forme la plus commune de daltonisme (la deutéranopie : l’absence de cône sensible au vert) est ainsi de percevoir indistinctement le rouge et le vert.

Mais alors, inversement, les personnes non daltoniennes ne sont-elles pas finalement daltoniennes dans une certaines mesures elles aussi ? N’y a-t-il pas des couleurs que mêmes les gens avec une vision considérée comme normale ne peuvent distinguer ? Je n’entends pas par là notre capacité à ne percevoir que le spectre dit visible, où à nécessiter un minimum d’écart entre deux teintes pour pouvoir les différencier. Mais par exemple, lorsqu’un écran affiche du vert et du rouge simultanément, on perçoit du jaune. Mais est-ce du jaune pour autant ? Non. Pour s’en convaincre, testons : observons son spectre lumineux. Pour cela, voici donc l’image présentée dans le précédent billet, représentant différentes franges de couleurs.

Franges de couleur

Le but est donc de constater la contribution de chaque frange dans les différentes fréquences du spectre visible, qui rappelons-le ressemble à ceci.

Spectre de la lumière visible

Notez comme toutes les couleurs des franges sont présentes dans ce spectre. Idéalement, une frange devrait donc avoir une forte intensité à la fréquence correspondant à sa couleur, indépendamment d’une éventuelle intensité sur d’autres fréquences.

Avec l’aide d’un CD, ou de tout autre objet capable de diffracter la lumière, observons donc le spectre des différentes raies. Les photos qui suivent présentent plusieurs problèmes, qu’il convient de prendre en compte. L’écran de test tout d’abord est un cathodique (je referai peut-être un test avec un LCD si l’occasion se présente), dont le calibrage est probablement discutable. La balance des blancs de la prise de vue n’est quant à elle pas terrible, d’où un jaune qui semble tirer sur le vert. Enfin il faut remarquer que les franges ont une certaine largeur (il fallait pouvoir les photographier), ce qui entraîne un spectre moins précis (les décompositions sur la largeur d’une frange se chevauchent un peu). Ces remarques préalables étant faites, voici le résultat.

Frange blanche

Frange rouge

Frange jaune

Frange verte

Frange cyan

Frange bleue

Frange magenta

Prenons le cas de la frange jaune : l’écran est sensé afficher une raie de jaune. Pourtant sur le spectre on observe du vert et du rouge, et un peu de bleu (dû à la luminosité de l’écran, qui a tendance à blanchir les couleurs), mais en tout cas pas de jaune. Ce n’est pas du jaune. c’est seulement une couleur que l’on perçoit comme jaune. Enfonçons bien le clou : un écran ne peut pas afficher de jaune, pas plus qu’il ne peut afficher du cyan, du magenta, ou du blanc (le spectre devrait alors ressembler à celui indiqué plus haut). Cependant si l’on mettait du véritable jaune à côté on ne verrait pas la différence, car faute d’être sensible à cette couleur nos yeux réagissent de la même façon à ces deux couleurs.

Du moins, la majorité des gens ne verraient pas la différence. Car il existe également le contraire du daltonisme : des personnes ne possédant pas trois, mais quatre types de cônes différents (des quadrichromates ; il existerait mêmes des pentachromates), le quatrième étant sensible au jaune justement. Les personnes dans ce cas doivent donc percevoir la différence entre du jaune et un mélange de vert et de rouge aussi nettement que je perçois la différence entre du vert et du rouge. N’en connaissant pas personnellement (et je serais très intéressé par le témoignage de quelqu’un ayant cette expérience), je n’ai pas de témoignage le confirmant, mais j’ai la conviction que pour elles les écrans doivent sembler bien peu fidèles…

Notez d’ailleurs que même pour les personnes ayant une vue classique à trois types de cônes, la synthèse additive ne constitue pas une approximation suffisante. En effet, il existe des couleurs que la plupart des gens savent distinguer et que les écrans sont parfaitement incapables d’afficher. Vous n’êtes pas convaincu ? Vous voulez un exemple ? Essayez d’afficher du orange fluo pour voir.

Alors ma question est : quand aura-t-on des affichages qui ne soient plus basés sur cette astuce médiocre de la synthèse additive, mais qui soient véritablement capables d’émettre n’importe quelles fréquences (notez le pluriel) du spectre visible ? Dans un premier temps, l’amélioration peut passer par l’utilisation d’un plus grand nombre de couleurs primaires (voir ma note ci-après). Mais au delà, on peut imaginer la mise au point d’un matériau dont les caractéristiques chromatiques pourraient être contrôlées par excitation par un courant. On pourrait alors envoyer des signaux correspondant au spectre souhaité et obtenir la couleur correspondante, de la même façon qu’en envoyant à un haut-parleur un signal, on obtient un son ayant pour spectre le spectre de ce signal (avec plus ou moins de fidélité bien sûr).

La publication de ce billet a été pas mal retardée par la démonstration du spectre de l’écran, que je n’avais ni le temps ni l’occasion de réaliser (d’ailleurs un grand merci Boris pour le coup de main lors de la séance photo). Or entre temps j’apprenais par le site Akihabara News que Sharp travaille sur la construction d’un écran LCD avec cinq couleurs primaires. Cela me conforte donc dans la conviction que l’amélioration radicale du spectre des écrans est l’une des évolutions proches de l’imagerie numérique.

Beam

Article « Rouge vert bleu » sur Wikipédia

Cours « La vision des couleurs »

Article « Daltonisme » sur Wikipédia

Un dispositif de test simple pour observer le spectre d'un écran

Cette image qui pique les yeux est l’un des éléments d’une petite expérience liée à un prochain article. Elle va me servir à observer le spectre de la lumière émise par un écran selon la couleur affichée.

Bien que cela ne transparaisse pas tellement dans ce blog, un de mes sujets d’intérêts majeurs est la 3D, et plus généralement l’imagerie numérique. Si je n’ai ni la connaissance ni l’expérience suffisantes pour traiter avec régularité et aplomb du sujet, j’ai néanmoins quelques idées sur son devenir. Aussi je vais tâcher de publier quelques articles sur le thème : « Quel futur en imagerie numérique ». Plusieurs sont déjà en cours, dont certains pratiquement terminés.

L’un d’entre eux, qui devrait être le premier à être publié, concerne le spectre des écrans actuels et leurs lacunes. Afin de soutenir mon propos, j’ai besoin d’un dispositif simple permettant de mettre en évidence le spectre d’un écran. N’étant pas dans un laboratoire d’optique, je ne dispose bien évidemment pas d’un appareil permettant une quelconque mesure. De plus, je préfère une méthode simple, éventuellement grossière mais néanmoins rigoureuse, que n’importe quel lecteur peut reproduire.

Observer le spectre d’une source de lumière ? Un prisme bien sûr, répond-t-on automatiquement. Mais qui possède un prisme ? En avez-vous ne serait-ce que déjà eu un entre les mains ? Moi non, ou peut-être une fois, dans un lointain cours de physique au lycée. Il va donc falloir trouver autre chose de plus commun. Alors que je faisais le tour de ce qui pouvait faire l’affaire, mon attention s’est arrêtée sur… un CD traînant sur mon bureau (sourire bête et bienheureux de celui qui vient de trouver une solution simple et inattendue à son problème). Tout le monde possède au moins un CD. :-) Un rapide test réalisé immédiatement après s’est avéré concluant.

Ça fait un peu solution bricolage, mais après tout les expériences d’Augustin Fresnel (dont j’ai déjà parlé) étaient autrement plus rudimentaires, et lui ont pourtant permis d’obtenir des résultats qui feront trembler la communauté scientifique. Et par « rudiementaires », il faut comprendre qu’il faisait des mesures sur des rayons de lumière éclairant des fils de fer en traversant des gouttes de miel, faute de lentille !

À venir donc, une petite réflexion sur la technologie actuellement utilisée pour les affichages, dès que j’aurai pu tester et photographier le bricolage expérimental dont il est question.