LES IMAGES NUMERIQUES

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1 LES IMAGES NUMERIQUES Plan du cours Pourquoi? Comment? Qu est-ce qu une image numérique La couleur Le crénelage Le traitement d images La protection du contenu 2 Introduction 2 types d images issues de la photographie issues de l ordinateur Pourquoi? Comment? altération des photos sur support argentique manipulation délicate des films, pellicules numérique évite la dégradation des supports accès immédiat et précis archivage 3 4 Qu est-ce qu une image numérique Les images vectorielles Les images vectorielles décrivent les objets qu'elles contiennent par leurs caractéristiques géométriques, sous forme de "vecteurs" et dans un espace donné. 0,

2 Les images vectorielles Le PostScript Un éditeur (de texte ) Un visualisateur (GhostScript, GS, ) Les images vectorielles Un exemple %!PS-Adobe arc stroke showpage %EOF 7 8 Les images matricielles Une autre méthode pour représenter une image numériquement considère l'image comme un ensemble de points, les pixels. (pixels = picture elements = les plus petits constituants d'une image). Chaque point est défini par sa couleur. Comparaison entre vectoriel et bitmap Taille en largeur et en hauteur (en nombre de points) Étendue des couleurs 9 10 Les images de synthèse aucun support physique jeux vidéo art, design CAO constructions mathématiques en 2D ou 3D 3 paramètres : la teinte paramètre dominant la luminosité intensité lumineuse de la couleur la saturation degré de pureté de la couleur

3 fonctionnement de l œil : l œil distingue nuances 120 couleurs pures 30 niveaux de saturation 100 intensités sensible aux ondes entre 400 et 700 nanomètres BLEU VERT JAUNE ROUGE VERT BLEU VIOLET ROUGE NOIR ROUGE JAUNE ORANGE VIOLET NOIR BLANC MARRON BLEU JAUNE VIOLET VERT ORANGE BLEU NOIR ROUGE JAUNE

4 les cellules de la rétines sont spécialisées intensité teinte rouge vert bleu représentation par 3 composantes primaires synthèse additive additionner quelques lumières de couleurs différentes pour produire une lumière d'une autre couleur la somme des 3 couleurs "primaires additives" donne du blanc écrans synthèse soustractive supprimer certaines couleurs de la lumière blanche, afin d'obtenir la couleur souhaitée combinaison des trois pigments de base ("primaires soustractives") donne du noir imprimerie L image : modélisation de la couleur modèle RGB L image : modélisation de la couleur modèle HSL (Teinte (Hue), Saturation, Luminance) même chose pour CMY ou CMYK (CMJN) 23 Teinte = angle sur le cercle chromatique Saturation = distance au centre Luminance = hauteur 24 4

5 L Image : Couleur et Occupation mémoire L Image : Couleur et Occupation mémoire Le nombre de couleurs Images en niveau de gris Codage sur 1 octet 0=Noir et 255=Blanc Taille 16 Kb Taille 48 kb Taille 2 kb Tramage des couleurs (Floyd-Steinberg) Images en palettes Taille 2 kb 25 Taille 16 Kb Codage sur 1 octet 256 couleurs différentes 16 couleurs et 4 couleurs 26 L Image : Couleur et Occupation mémoire Images en couleurs réelles Afin d'éviter les contraintes de palette, chaque pixel peut être représenté par sa couleur exacte. Images True Color Images 24 bits 16 millions de couleurs La définition L Image : La taille la définition d une image est sa taille en points, ex: 640x480, ou en millions de pixels ex. définition de 8 méga pixels pour un appareil photo numérique (on dit souvent à tort «résolution de l appareil numérique») La résolution La résolution d une image correspond au rapport entre sa définition (taille numérique) et sa taille réelle = nb de pixels par unité de longueur exprimée en dots per inch (dpi) ou points par pouce (ppp) L Image : Le crénelage Le crénelage ou aliasing Apparition de crénelage lors de l échantillonage Le traitements d Image Le changement de taille réduction Agrandissement HORREUR!!!

6 Le traitements d Image Le changement de taille Le traitements d Image La rotation Après rotation de 15 * 4 Sans crénelage Avec crénelage 4 rotations successives Le traitements d Image La balance des couleurs Le traitements d Image Le contraste et la luminosité Le traitements d Image Les filtres passe-bas Le traitements d Image La théorie La valeur d un pixel est modifiée en tenant compte de la valeur des pixels voisins en définissant une matrice de calcul appelée noyau de convolution * = (27*1+15*1+18*1+14*1+29*1+13*1+12*1+19*1+21*1)/9=

7 Le traitements d Image Les filtres élaborés Le traitements d Image La vectorisation L OCR Le codage nécessité de trouver une convention 2 types : BITMAP (GIF, JPEG, PNG, ) QuarkXpress, ) vectoriel (PS, EPS, ) Le codage codage BITMAP 3 nombres pour chaque pixel : séquence RGB portabilité exactitude lourd en contenu Le codage sensibilité de l œil : couleur lumière + importance à la luminosité : image sombre - de nuances de couleur différences entre importance signaux : blanc = 59% vert, 30% rouge, 11% bleu Le codage Y = valeur de la luminosité = 0.30 R V B C b = B Y C r = R Y précision double pour la luminosité p/r à la colorimétrie on dégrade la chrominance en gardant une bonne qualité visuelle compression de l image

8 La compression but : réduire la quantité d information sans altérer le rendu visuel en l altérant de façon peu sensible La compression film 2h non compressé : 166 Go problème de stockage débit 185 Mbits/s problème de lecture image non compressée : problèmes de manipulation La compression 2 types : sans perte, pas d altération taux de compression 2 ou 3 avec perte, altération irréversible, artéfacts taux de compression 10 taux de compression qualité vidéo : débit de transmission déterminant La compression sans perte rudimentaire : codage en longueur J J J J J V B J J J J J 5 J 1 V 1 B 8 J J J J La compression avec perte La compression JPEG différentes sortes transformée en cosinus (JPEG) transformée en ondelettes transformée en fractales principe : le cerveau filtre 243 Ko 19 Ko 47 fréquence basse couleurs perceptibles formes perceptibles fréquence moyenne couleurs perceptibles formes indifférenciées fréquence haute couleur uniforme forme non perceptible plus d infos, moins de valeurs codées 5 étapes 48 8

9 La compression JPEG Le découpage en blocs 8*8 Les blocs comportent 64 valeurs entières comprises entre 0 et 255. Chaque valeur est indicée comme en calcul matriciel. La compression JPEG La transposition amplitude-fréquence On centre la plage des valeurs des pixel autour de zéro. Utilisation d une transformée en cosinus discrète (DCT) pour remplacer les intensités lumineuses en fréquences spatiales. S00 S01 S07 La valeur S00 représente la composante continue (de fréquence nulle) de la décomposition, elle est proportionnelle à la valeur moyenne des intensités des points du bloc. S10 S vu = C 4 ucv x= 0 y= 0 S yx cos (2 x+ 1) Πu 16 cos (2 y+ 1) Πv 16 S70 S Le filtrage La compression JPEG On élimine les informations non perçues. On multiplie la matrice des fréquences par une matrice de quantification La compression JPEG La mise en ordre ZigZag Matrice de quantification Matrice des fréquences spatiales Résultat La compression JPEG Le codage entropique On code les valeurs les plus fréquentes avec des mots plus courts (codage de Huffman) Catégorie Longueur Mot de code performances : La compression JPEG 0.08 octet par pixel, image reconnaissable 0.25 octet par pixel, image de qualité moyenne 0.75 octet par pixel, image de bonne qualité 2.25 octet par pixel, image visuellement identique à l original 54 9

10 Le format GIF Un système de palette profondeur de bit = 8 (256=2 8 ) affecte directement la taille du fichier Indice 12 Couleurs RVB Table des couleurs Palette possibilités : Le format GIF GIF entrelacés GIF transparents GIF animés GIF ou JPEG? différence de taille GIF ou JPEG? agrandissements JPEG : 20 Ko GIF : 48 Ko JPEG GIF : présence d applats Les autres BMP (bitmap) Format non compressé Fonds d écran TIFF (Tag Image File Format) Compressé ou non Trop volumineux PNG (Portable Network Graphics) Compression sans perte PSD Vrai couleurs, niveaux de gris, palette 8 bits Transparence et entrelaçage photoshop Les autres Les ondelettes Ce traitement exploite le lissé de l image. Cette méthode de compression consiste en une décomposition multiéchelle de l image dans les bandes fréquentielles orientées spatialement par un ensemble de filtres linéaires orthogonaux

11 Les fractales Les autres Le type de compression fractale utilise deux grandes idées : l interprétation de l image en terme de géométrie fractale et le théorème du point fixe. On exploite les facteurs d autosimilarité entre différentes parties de l image. Chaque morceau d image peut s exprimer à l aide d une transformé affine contractante d un autre morceau de la même image. Les fractales Bloc Fils Les autres Bloc Parent 61 Bloc Parent Et Bloc Fils 62 Les autres Jpeg Fractales Ondelettes Original Ondelettes Compression d images animées La perception d images animées Redondance de l information d une image par rapport à la suivante. Jpeg Fractales La norme MPEG Intra coded frames Predictive coded frames Bidirectionally predictive coded frames DC coded frames capter les informations visuelles de l objet sous la forme d un signal électrique (analogique) forme La saisie couleur texture effet 3D

12 La saisie 2 types d action : création d une image de synthèse modélisation + visualisation + animation capture d image naturelle conversion La numérisation signaux analogiques numériques (0 et 1) valeurs précises valeurs approximatives parmi un nombre fini de valeurs image = ensemble de nombres La numérisation L œil humain distingue 100 valeurs de luminosité entre le noir et la lumière maximale point à quantification : La numérisation remplacer des valeurs analogiques d une précision infinie par des valeurs possibles en nombre fini discrétisation : découpage de l espace en un nombre fini de points (pixels) La numérisation La technologie CCD Chaque capteur mesure la lumière renvoyée par un point du document Ces capteurs sont définis par Leur taille L étendue des couleurs qu ils peuvent enregistrer Résolution d acquisition fixe ou variable Par jeu d optique (focale variable) Par le capteur lui même (déplacement variable) La numérisation écran 576 lignes et 720 points point 3 valeurs entre 0 et 255 image représentée par 576x720x3 valeurs

13 La numérisation Problématique de la résolution et de la dynamique Dépend de l utilisation future du document numérisé La visualisation L adaptateur graphique Carte ou puce intégrée Mémoire vidéo qui récupère les données de l image (matrice de pixel et codage des couleurs) Convertisseur qui permet de générer le signal vidéo Affichage : résolution de 72 DPI (écran) Impression : résolution de 300 DPI L écran La visualisation 2 principales caractéristiques La taille de la diagonale (de 14 à 24 pouces avec un rapport de 4/3) La résolution d affichage Le nombre de couleur dépend de l adaptateur graphique L impression Reproduction des images sur papier Impression laser Impression à jet d encre Table traçante En noir et Blanc L impression Reproduction des niveaux de gris Juxtaposition des points noirs et blancs en proportion variable sur le papier. Technique de Tramage Points noirs de taille variable régulièrement placés sur une trame (lignes parallèles inclinées à 45 Technique de diffusion Points de même taille dispersés sur des zones de pixels contigus L impression L impression en couleur Fondée sur la synthèse soustractive Imprimantes jet d encre Technique de tramage Le nuancier Pantone

14 Le stockage pas de stockage webcam stockage consultation archivage La protection du contenu protection légale le droit d auteur Propriété qu à un créateur sur les œuvres de son esprit. Ce droit naît en même temps que l œuvre Il est indépendant du support physique Il permet de revendiquer la paternité de l œuvre Téléchargement, impression et stockage sont considérés comme des reproductions La protection du contenu protection physique : marquage «tampon» (type ) aquamarquage bientot-les-vacances.fr 81 14