Les écrans lumineux à la loupe

Ecran loupe

Nous vous proposons ici de chercher à comprendre comment fonctionne l'affichage coloré de vos écrans d'ordinateur, de smartphone ou de téléviseur. Nous verrons que ces écrans sont constitués d'un très grand nombre de petits émetteurs de lumières colorées ROUGE, VERTE et BLEUE dont les intensités lumineuses peuvent être modulées. C'est le mélange optique dans l'oeil de ces lumières colorées qui permet, par synthèse additive, de générer toutes les sensations colorées possibles. Le codage numérique des images RVB est basé sur ce principe.

Matériel

écran loupe
  • un ordinateur équipé par exemple d'un logiciel de dessin type Paint (ou de tout logiciel permettant d'accéder à un menu "couleurs personnalisées", ce qui est le cas aussi de la plupart des logiciels de traitement de texte, tableur, ...)
  • si vous en avez, un écran de faible résolution c'est à dire ayant des pixels relativement moins nombreux donc de plus grande taille
  • une loupe (la plus puissante que vous trouvez) et/ou un appareil photo numérique, ou un microscope USB

Protocole

pixels écran

La surface de nos écrans de télévision, d'ordinateur ou de smartphone est constituée d'un réseau carré (comme un carrelage) de petits émetteurs de lumière colorée appelés pixels (contraction de "picture elements" : éléments d'image). Pour comprendre comment son fabriquées les couleurs émises par nos écrans, il faut :

  • choisir une zone colorée de l'écran
  • regarder les pixels de cette zone de très près, de façon à détailler leur structure et voir leurs couleurs individuelles
  • tester ainsi plusieurs couleurs différentes
code RVB couleur

Comment générer des couleurs différentes sur un écran ?

Pour générer des couleurs différentes et de façon contrôlée sur un écran, vous pouvez utiliser la palette de couleurs d'un logiciel comme Paint par exemple. Pour faire apparaitre à la fois une couleur personnalisée et le codage RVB correspondant, allez dans le menu "modifier les couleurs" (ou "autres couleurs", "couleurs personnalisées" suivant les logiciels). Si vous pointez une couleur sur la palette, le logiciel affiche son code RVB. Inversement si vous entrez des nombres (compris entre 0 et 255) dans les cases Rouge, Vert et Bleu, le logiciel génère la couleur correspondante en faisant émettre pour chaque pixel de la lumière ROUGE, VERTE et BLEUE juxtaposée, avec une intensité proportionnelle aux trois nombres entrés. Reste à observer de près la zone colorée obtenue pour en faire apparaitre la structure des pixels.

pixels écran

Comment voir les pixels d'un écran ?

Si vous disposez d'un écran à gros pixels, comme c'est le cas par exemple des anciennes télévisions à écran cathodique, il vous sera facile d'en observer les pixels : il suffit de déposer une goutte d'eau sur la surface de l'écran, l'effet loupe dû à la forme arrondie de la goutte fait apparaitre les pixels. Sur les écrans modernes, les pixels sont généralement trop petits pour être rendus visibles à travers une simple goutte d'eau. On peut alors procéder de différentes façons, suivant le matériel dont on dispose :

  • Avec une loupe puissante : placez la loupe contre votre œil et approchez-vous à quelques cm de l'écran ; réglez finement la distance entre l'écran et la loupe de façon à obtenir une image nette avec un grossissement maximum.
  • Avec un appareil photo numérique : activer le mode macro si vous en avez un, placez l'objectif de l'appareil photo à la distance de l'écran la plus courte possible permettant d'obtenir une image nette (il y a une distance minimale au delà de laquelle la mise au point n'est pas possible), utilisez le zoom numérique pour agrandir l'affichage au maximum.
  • Avec l'association des deux : photographier l'écran à travers la loupe. Ce protocole n'est pas facile à mettre en œuvre car il faut à la fois régler la distance entre l'écran et la loupe de façon à obtenir une image grossie au maximum (le vérifier en regardant à l'oeil à travers la loupe), régler la mise au point de l'appareil photo pour que l'image de l'écran vu à travers la loupe soit nette (si le mode automatique échoue dans ce réglage, passez en manuel si votre appareil le permet) et bien centrer l'objectif de l'appareil photo et la loupe (sinon l'image est distordue). On préfèrera donc la solution suivante si on en a les moyens.
  • Avec un petit microscope USB (on en trouve aujourd'hui pour une vingtaine d'euros) : vous n'avez qu'à viser l'écran, en plaçant le microscope contre l'écran et en réglant la mise au point. Si vous disposez de deux écrans, vous pouvez viser l'un et observer l'image donnée par le microscope USB sur l'autre. Sinon vous pouvez tout faire sur le même écran, en le partageant en deux fenêtres juxtaposées : une pour le logiciel de dessin, une autre pour le logiciel du microscope.

Observations

Triades RVB

Sur cette photographie, obtenue avec un microscope USB visant une zone de couleur blanche affichée sur l'écran LCD (liquid cristal display : écran à cristaux liquides) d'un ordinateur portable, on voit que chaque pixel est constitué d'une "triade RVB", c'est à dire de l'association de trois petits émetteurs de lumière, de couleurs ROUGE, VERTE et BLEUE. Un pixel "BLANC" n'émet donc pas de lumière blanche ! Il émet des lumières ROUGE, VERTE et BLEUE juxtaposées. Si on observe l'écran sans grossissement, les triades de chaque pixel ne sont pas résolues par l'oeil : les trois lumières colorées se mélangent sur la rétine (on parle de "mélange optique"), créant ainsi par synthèse additive (comme pour les mélanges de lumières colorées sur un écran) la sensation colorée "BLANC".

code RVB

Toutes les autres couleurs sont générées en modulant l'intensité des émetteurs de lumière ROUGE, VERTE et BLEUE : par exemple pour faire du "JAUNE" on laisse allumés au maximum les émetteurs ROUGE et VERT et on éteint l'émetteur BLEU. On peut le vérifier en regardant le code RVB affiché par le logiciel (Rouge = 255, Vert = 255, Bleu = 0) ou l'allumage des pixels sur l'image agrandie (on y voit de la lumière ROUGE et VERTE, pas de lumière BLEUE).

Ici encore, on peut voir que l'écran n'émet pas de lumière JAUNE : l'impression visuelle de couleur JAUNE est générée dans l'oeil par synthèse additive de lumière ROUGE et VERTE juxtaposées sur l'écran.

Seules les couleurs de base ROUGE, VERT ou BLEU, primaires de la synthèse additive, sont réalisées avec de la lumière correspondant à la couleur vue : un seul des trois émetteurs de chaque pixel est allumé. En allumant plus ou moins fort, on obtient une couleur plus ou moins lumineuse. Par exemple, en diminuant l'intensité de l'émetteur ROUGE (en laissant toujours les émetteurs VERT et BLEU éteints) on obtient un rouge bordeaux.

Question bonus

Vous pouvez maintenant vous amuser à chercher les codes RVB de toutes les couleurs qui vous passent par la tête. Certaines teintes, comme le beige ou le parme par exemple, sont délicates à obtenir (il faut régler finement les trois nombres).

A l'inverse, vous pouvez entrer un code RVB et regarder à quelle couleur il correspond. Certains résultats vous étonneront peut-être. Par exemple, essayez le code (Rouge = 128, Vert = 128, Bleu = 0), identique à celui du JAUNE mais deux fois moins lumineux. Peut-être vous attendez-vous à obtenir un "jaune foncé" ? Essayez ...