Synthèse additive

La vision photopique humaine se base sur trois types de récepteurs de la rétine de l'œil, les cônes, 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 trois couleurs 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. La vision des couleurs est une capacité sensorielle et cognitive, c'est ce qui permet la synthèse additive, dérivée des expériences psychophysiques de la colorimétrie.

Les expériences de perception des couleurs montrent que toute lumière peut être perçue comme un mélange d'une lumière monochromatique d'une longueur d'onde donnée, dite dominante, et d'une lumière blanche. La proportion entre ces deux composantes est la pureté 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 mutuellement primaires, c'est-à-dire qu'on ne doit pas pouvoir en reconstituer une par mélange des autres. Elles doivent être au moins trois. Leur composition spectrale est indifférente, seule leur couleur compte. On peut augmenter le gamut 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.

La synthèse additive est le principe de composition des couleurs utilisé notamment dans les écrans cathodiques, les écrans LCD et les vidéoprojecteurs.

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 des miroirs dichroïques, utiliser des sources à spectre de raies (fluorescence) ou presque monochromatiques comme les diodes 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. Les vidéoprojecteurs à matrice de micro-miroirs projettent successivement sur les mêmes point les composantes de couleur, la persistance rétinienne effectuant le mélange.

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

Les autochromes des frères Lumière réalisés dès la fin du XIX^e 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.