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Le scanner sur les pixels

V - Le ratio épaisseur / luminosité des pixels
écrit le 23/09/2010, révisé le 13/07/2014

1- Sensation
Sur un écran LCD, par exemple, la taille d'un pixel est physiquement définie par une zone. On peut donc clairement noter que la taille d'un pixel est identique quelle que soit sa luminosité (j'évite volontairement le cas particulier de la couleur, qui dans ce cas nous ramène à la notion de "subpixel"). Si dans ce cas, on affiche plusieurs formes identiques de luminosité différente, les formes sombres sembleront plus petites. C'est un peu comme de ressentir de la chaleur en présence de la couleur rouge par exemple. On parle parfois de synesthésie pour ce genre de phénomène (mais ça n'a rien à voir avec la pathologie du même nom). Cette règle est bien connue des architectes qui agrandissent les espaces avec des murs clairs ou des filles qui portent un maillot de bain noir lorsqu'elles veulent cacher leurs rondeurs. Pas de bol, le noir donne aussi une sensation de lourdeur pour les objets. Le noir serait-il plus dense que le blanc ?

Ci-contre, le carré blanc sur fond noir semble légèrement plus grand que le carré noir sur fond blanc, pourtant de la même taille.

2- Réalité physique
Lorsqu'un pixel est affiché sur un CTM, une télévision, ou même un projecteur, on observe une netteté plus relative que sur un écran LCD. Cette netteté se traduit sur les moniteurs cathodiques notamment par le "pitch", qui correspond à la zone de flou constituant la frontière entre un pixel et le pixel adjacent. Mais le flou du moniteur peut aller au-delà de ce pitch, ce qui est le cas du moniteur couleur du CPC par exemple : en mode 2, le flou est à peu près de la taille d'un pixel en largeur.

Mais cette zone de flou a une particularité, c'est d'avoir les mêmes attributs qu'en photographie où la lumière l'emporte sur l'obscurité. Qu'est-ce à dire ? Si vous mettez votre appareil photo (argentique ou numérique) en pause lente dans l'obscurité, vous pourrez rester 1h ainsi, la photo restera noire. Mais il suffira d'un petit jet de lumière pour alors impressionner de façon définitive l'image. En revanche, l'inverse n'est pas vrai : l'obscurité même prolongée ne pourra jamais estomper une lumière même rapide. Le principe de moyenne ne s'applique donc pas ici, on parlera plutôt d'addition des lumières (synthèse additive). C'est exactement ce qui se passe sur tout ce qui est flou au niveau optique : la lumière l'emporte sur l'obscurité. C'est comparable à l'éblouissement par exemple : il est impossible de se faire éblouir par une brutale et puissante obscurité...

Le pixel est donc entouré d'une zone de luminosité décroissante de la taille du flou de l'écran. Il est ici alors important de préciser que du fait du fonctionnement d'un tube cathodique, dont les images sont dessinées par un balayage horizontal allant de haut en bas, le flou est différent verticalement et horizontalement. Le flou ne peut pas être inférieur au pitch, sans quoi une zone noire délimiterait chaque pixel, ce qui est par exemple le cas des écrans LCD. Mais on ne parle alors plus de flou ni de pitch, mais simplement de résolution.

Un pixel mode 1 noir sur fond blanc ou blanc sur fond noir n'ont physiquement pas la même taille sur l'écran du CPC. En fait, le pixel noir n'arrive même pas à être complètement noir.
Ci-contre, un pixel (mode 1) respectivement blanc, gris, blanc, gris. On peut voir que outre la variation de luminosité, on a une variation de taille bien réelle du pixel si on le regarde sur l'écran d'origine.

Cette explication, pour vous faire comprendre simplement ces quelques points :

> Autour d'un pixel, il y a une sorte de petit "halo lumineux" bien réel.
> Ce halo est plus grand que le pitch, il déborde donc sur les pixels adjacents.
> Il n'existe pas de halo sombre.
> Ce halo peut "agrandir" la taille d'un pixel lumineux s'il est entouré d'une zone sombre.

Donc et pour résumer : par contraste, on peut jouer sur la taille d'un pixel.

À chaque point blanc correspond un point noir de même taille. Mais il est tentant de comparer chaque point blanc au point noir de taille "réellement" supérieure. Cet effet sera d'autant plus marqué que vous utiliserez un écran cathodique pour l'observer.


3- Application sur de l'antialiasing
Sachant cela, on peut tout naturellement déduire une choses qui enrichira la définition purement mathématique de l'antialiasing. Les masses de même couleur ayant pour propriété de se rassembler en une unité visuelle (voir visuels ci-dessous et Gestalttheorie), et l'assombrissement d'un pixel en réduisant la taille, mettre un pixel de "petite taille" (donc "moins lumineux" dans notre cas) permettra de dessiner des contours précis à un objet. La précision sera donc supérieure au pixel.

En clair, le pixel "moins lumineux" ajouté à une masse "plus lumineuse" semblera lui appartenir (ils seront même "collés" l'un à l'autre). Cela aidera le regard à comprendre où se situe ce "petit pixel" à l'intérieur du "vrai pixel". Naturellement, c'est un peu imagé. Cela revient au problème de l'antialiasing, mais d'un point de vue différent. Et finalement, ce problème amène la question du subpixel traité dans le prochain chapitre.

Ci-dessus, le motif qui a été dessiné sur un CPC. On voit ici le rendu de ce motif à un endroit de l'écran du CPC. La zone illuminée est ramassée autour du pixel blanc. Si on voulait représenter cette image par des carrés de différentes tailles, on aurait alors les petits carrés représentés par les pixels gris à des endroits différents d'un pixel gris à l'autre.


4- Notion de profondeur
On a généralement tendance à voir ce qui est lumineux au premier plan, et ce qui est sombre en arrière-plan. Naturellement, cette règle n'est pas absolue et peut s'assortir de quelques exceptions exploitées par de nombreux artistes.

La même texture est représentée ici avec des variations sur le choix des zones claires et sombres. La lecture des images se fait spontanément en mettant en relief les zones claires.

Mais c'est d'autant plus vrai lorsque l'on travaille sur écran, où les images sont représentées sous forme de lumières. En effet, sur papier, les contrastes sont généralement moins forts et les hautes lumières moins vives. D'ailleurs, en français, on parlera de "jaillir de l'obscurité", "venir vers la lumière", etc.

Si par exemple on fait un ciel étoilé, les étoiles sombres paraîtront plus petites et plus lointaines... ça se tient, ça tombe bien !

Cette image est représentée à partir de points de taille identique (1 pixel) mais de luminosité différente (en niveaux de gris). On voit bien que les étoiles les plus lumineuses ressortent. Elles semblent plus grosses et plus proches. Au contraire, les plus sombres semblent lointaines et plus petites, se fondant dans le décor.


J'entends déjà les frustrés de la palette renâcler "oui, mais sur CPC on n'a qu'un seul gris". Mais l'objet de ce chapitre n'est pas de s'interdire la couleur, bien au contraire, il est question de réfléchir en fonction de la lumière des couleurs. Car nous avons de la chance, sur CPC, très peu de couleurs ont la même luminosité. On pourra donc exploiter les couleurs pour autre chose que leurs couleurs... Qui reprocherait au CPC son manque de grisaille ?

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