9 - La vision de Schrödinger

Quelques années avant que commence la construction du modèle CIE 1931, Erwin Schrödinger dans une publication de 1920, dévoile une intuition remarquable et étonnante sur sa vision d'un système colorimétrique idéal.

Fig 。1. Il n'y a pas de coupure franche entre les ondes visibles et invisibles. Les ondes électromagnétiques  entrent en visibilité et en sortent de façon très progressive selon une courbe de Gauss.

Erwin Schrödinger propose aux concepteurs de la CIE que la fonction d'efficacité lumineuse spectrale relative appelée  à l'époque facteur de visibilité V(λ) développée par les scientifiques du secteur de la photométrie, se rapproche  de la luminosité du secteur de la colorimétrie pour former un concept unique.

Fig. 4 - Pour simuler la luminance de la fonction d'efficacité lumineuse, il faudra introduite des correctifs sur la luminosité RGB sous forme de coefficients de luminance, ce qui correspond à introduire un plan de luminance nulle.

1 - L'invisible en photométrie vient se confondre avec  le noir de la colorimétrie

L’idée centrale que Schrödinger développe dans son billet "Les fondamentaux de la théorie de la colorimétrie en lumière du jour" [1] est que les résultats des travaux colorimétriques ne doivent pas être interprétés sur leur aspect comptable, mais plutôt traduits comme des sensations visuelles vécues. Il veut nous faire comprendre que la vision humaine ne peut pas être segmentée en plusieurs éléments indépendants, mais doit être abordée dans son ensemble.

La publication d’Erwin Schrödinger a vraiment impressionné l’ensemble de la classe scientifique de l’époque. il reçut le prestigieux Haitinger Prize of the Vienna Academy of Sciences pour cette contribution scientifique majeure concernant la colorimétrie. Dans cette publication, Schrödinger explique en détail que la zone des ondes électromagnétiques de la photométrie correspond en colorimétrie à une zone de luminance nulle.

Fig. 3. En haut, le dessin original de Schrödinger, et en dessous sa représentation décryptée.
La courbe du spectrum locus se déploie comme une courbe d'efficacité lumineuse spectrale.

Après avoir parcouru les explications de Schrödinger, l'axiome peut paraître évident, mais à l’époque (et aujourd’hui encore), ce qui correspond au noir dans un espace colorimétrique est plutôt perçu comme un point unique. Schrödinger va bouleverser cette notion du point noir en définissant l’emplacement de la luminance nulle sur un plan sans limites se développant dans l’espace colorimétrique. Il n’est donc plus question de point noir, mais d’un plan de luminance nulle.

Il devient évident que cette correspondance doit s’appliquer à l’ensemble des longueurs d’onde visibles ou invisibles. Dans cette théorie , la fonction V(λ) appliquée aux ondes électromagnétiques correspond à la fonction de luminance dans un espace couleur.

Cette conception visionnaire de Schödinger considérée comme une vue de l’esprit uniquement théorique sera intégralement reprise ensuite par l'équipe de la CIE et notamment par Deane Judd chargé de l'intégrer dans la construction du nouveau système CIE.

3 - Une luminance inhabituelle

Les concepteurs de l'époque ne travaillaient pas sur des graphiques en trois dimensions, mais le plus souvent sur le diagramme rg (voir figure 4). Ici le plan de luminance nulle en projection devient une droite nommée Alychne (du grec, sans lumière). La luminance se développe perpendiculairement à la droite de luminance nulle.

Fig. 4 - Nous verrons plus loin que le résultat du développement du modèle CIE-RGB est représenté par la courbe du spectrum locus dans le diagramme rg. L'apport de Schrödinger est représenté par la droite Alychne.

Schrödinger ne se contente pas de développer une théorie audacieuse, il donne les solutions pour y parvenir en indiquant les deux critères indispensables. Le premier est l'équation qui permet de faire correspondre la fonction V(λ) avec la luminance dans le RGB

Cette équation est un postulat très audacieux qui est la clé de voute du modèle CIE-1931. C'est cette formule qui utilise ce qu'on appelle les coefficients de luminance notés LR, LG et LB, et qui va permette si on lui donne les bonnes valeurs d'obtenir la position précise du plan de luminance nulle dans l'espace colorimétrique RGB

Le deuxième critère est de placer dans le modèle CIE-XYZ, deux des primaires sur le plan de luminance nulle (voir figure 3), laissant ainsi la troisième porter toute la luminance. Il incita de partir d'un RGB avec les primaires rouge et bleue au plus proche de la limite de visibilité afin d'élargir le gamut. C'est ce que fit Judd en extrapolant les primaires existantes vers un rouge [700 nm] et un bleu [435,8 nm].

Après avoir donné ses conseils, Schrödinger ne fut pas un participant à la construction du modèle CIE-XYZ. c'est Deane B. Judd, entré dans l'équipe en 1920 qui supporta la lourde charge de mettre en application toutes ces recommandations. 

Notes :
[1] Grundlinien einer Theorie der Farbenmetrik im Tagessehen von Erwin Schrödinger. 1920.