Image Numérique. René Brou 2012

Transcription

1 Image Numérique Caractéristiques d une image Digitalisation et capteurs CCD (APN,Scanner...) Traitement (compression réversible ou non) Mémoire (Occupation, dynamique et flux) Affichage et visualisation René Brou 2012

2 Numérisation Deux étapes: 1- Découpage en pavés réguliers (échantillonnage en pixels) 2- Codage de l information (gris ou couleur) en chaque point en données binaires qui détermine la dynamique du signal digital.

3 Notion de pixel Une image est constituée d'un ensemble de points appelés pixels (pixel est une abréviation de PICture ELement) Le pixel représente ainsi le plus petit élément constitutif d'une image numérique. L'ensemble de ces pixels est contenu dans un tableau à deux dimensions constituant l'image : Etant donné que l'écran effectue un balayage de gauche à droite et de haut en bas, on désigne généralement par les coordonnées [0,0] le pixel situé en haut à gauche de l'image, cela signifie que les axes de l'image sont orientés de la façon suivante: * L'axe X est orienté de gauche à droite. * L'axe Y est orienté de haut en bas. Y X

4 Définition et résolution On appelle définition le nombre de points (pixel) constituant l'image, c'est-à-dire sa "dimension informatique" (le nombre de colonnes de l'image que multiplie son nombre de lignes). Une image possèdant 640 pixels en largeur et 480 en hauteur aura une définition de 640 pixels par 480, notée 640x480. La résolution, terme souvent confondu avec la "définition", détermine par contre le nombre de points par unité de surface, exprimé en points par pouce (PPP, en anglais DPI pour Dots Per Inch); un pouce représentant 2.54 cm. La résolution permet ainsi d'établir le rapport entre le nombre de pixels d'une image et la taille réelle de sa représentation sur un support physique. Une résolution de 300 dpi signifie donc 300 colonnes et 300 rangées de pixels sur un pouce carré ce qui donne donc pixels sur un pouce carré. La résolution de référence de 72 dpi nous donne un pixel de 1"/72 (un pouce divisé par 72) soit 0.353mm, correspondant à un point pica (unité typographique anglo saxonne).

5 Résolution La résolution (exprimée en dpi ou ppp), lie le nombres de pixels d'une image à ses dimensions réelles. Le carré de gauche: fait 2,54 cm de large (=1 pouce).il contient 3 points (3 pixels) en largeur.on a mis 3 points dans 1 pouce: la résolution est de 3 ppp (ou 3 dpi).dans les carrés suivants (milieu et droite), on a mis 8 points dans 2,54 cm (8 dpi), puis 16 points (16 dpi) A 3 dpi, difficile de dire de quelle lettre il s'agit. A 8 dpi, on voit que c'est un A majuscule. A 16 dpi, c'est encore mieux. Plus la résolution est élevée, plus les points sont nombreux. Plus on veut de points, plus il faut de place en mémoire et sur disque dur pour les stocker. C'est pour cela qu'il est important de faire un bon compromis entre la qualité d'une image et la place nécessaire pour la stocker.

6 Capteur photographique Un capteur photographique est un composant électronique photosensible servant à convertir la lumière qui est un rayonnement électromagnétique (UV, visible ou IR) en un signal électrique analogique. Ce signal est ensuite amplifié, puis numérisé par un convertisseur analogique-numérique et enfin traité pour obtenir une information numérique en binaire. Le capteur est donc le composant de base des appareils photo numériques,(apn) Les CCD (charged coupled device) sont groupés en matrices dont les dimensions imposent la résolution disponible. Actuellement les capteurs vont de à 2 milliards pour des surfaces de 36x24 mm. Le temps de collection du capteur lié à sa nature physique et au logiciel d échantillonnage joue un rôle important dans son utilisation. Il diffère pour un scanner ou une caméra video.

7 Capteur photosensible

8 Informations dans un pixel Une image est donc représentée par un tableau à deux dimensions dont chaque case est un pixel. Pour représenter informatiquement une image, il suffit donc de créer un tableau de pixels dont chaque case contient une valeur. L ensemble de l image est une image bitmap.la valeur stockée dans une case est codée sur un certain nombre de bits déterminant la couleur ou l'intensité du pixel, on l'appelle profondeur de codage (parfois profondeur de couleur).

9 Codage du contenu d un pixel * bitmap noir et blanc: en stockant un bit (1 ou 0) dans chaque case, il est possible de définir deux couleurs (noir ou blanc). * bitmap 16 couleurs ou 16 niveaux de gris: en stockant 4 bits dans chaque case, il est possible de définir 24 possibilités d'intensités pour chaque pixel, c'est-à-dire 16 dégradés de gris allant du noir au blanc ou bien 16 couleurs différentes. * bitmap 256 couleurs ou 256 niveaux de gris: en stockant un octet (8 bits) dans chaque case, il est possible de définir 256 dégradés de gris allant du noir au blanc ou bien 256 couleurs différentes. * palette de couleurs (colormap): On définit une palette, ou table des couleurs, contenant l'ensemble des couleurs pouvant être contenues dans l'image, à chacune d elles est associé un indice. Le nombre de bits réservé au codage de chaque indice de la palette détermine le nombre de couleurs pouvant être utilisées. Chaque case du tableau à deux dimensions représentant l'image va contenir un nombre indiquant l'indice de la couleur à utiliser. * true color: cette représentation permet de représenter une image en définissant chacune des composantes (RGB: rouge, vert, bleu). Chaque pixel est représenté par un entier comportant les trois composantes, chacune codée sur un octet, c'est-à-dire au total 24 bits (16 millions de couleurs). Il est possible de rajouter une quatrième composante permettant d'ajouter une information de transparence ou de texture, chaque pixel est alors codée sur 32 bits.

10 Occupation mémoire Pour connaître le poids (en octets) d'une image, il est nécessaire de compter le nombre de pixels que contient l'image, cela revient à calculer le nombre de cases du tableau, soit la hauteur de celui-ci que multiplie sa largeur. Le poids de l'image est alors égal à son nombre de pixels que multiplie le poids de chacun de ces éléments. Voici le calcul pour une image 640x480 en True color (24 bits ) : Nombre de pixels : 640 x 480 = or 24 bits / 8 = 3 octets Le poids de l'image est ainsi égal à : x 3 = octets 1 kilo octet= 1024 octets soit sensiblement: / 1024 = 900 ko ou kb (B pour Byte) on trouve également la mauvaise écriture Ko

11 Poids des bitmaps Définition de l'image Noir et blanc (1 bit) 256 couleurs (8 bits) couleurs (16 bits) True color (24 bits) 320x ko 62.5 ko 125 ko ko 640x ko 300 ko 600 ko 900 ko 800x ko ko ko 1.4 Mo 1024x ko 768 ko 1.5 Mo 2.3 Mo

12 Définitions et qualité Il est important de faire un bon compromis entre la qualité d'une image et la place nécessaire pour la stocker. A une distance de 25 cm environ l oeil sépare des points distants de 1/10 de mm Les écrans d'ordinateurs sont habituellement utilisés en 72 ou 75 dpi. C'est aussi dans cette résolution que sont les images sur Internet (dans votre navigateur). A l'impression c'est assez laid, mais à l'écran c'est suffisant. Les fax sont généralement en 200 dpi. Les imprimantes grand public font entre 360 dpi (qualité normale) et 1400 dpi. Cela permet d'obtenir une qualité tout à fait honorable pour des travaux courants (courrier, rapports...). Les scanners grand public font généralement 300, 600 ou 1200 dpi. Les photocomposeuses et le matériel d'impression professionnel fonctionnent bien souvent à 4800 dpi ou plus. C'est indispensable pour avoir des impressions de très bonne qualité, tels que les magazines ou les livres. Une image a donc 3 caractéristiques: sa taille en points (ou pixels) ses dimensions réelles (en centimètres ou pouces) sa résolution. Ces 3 informations sont liées. Si vous en connaissez 2, vous pouvez toujours calculer la troisième. Le calcul est très simple: points par pouce=nb de points/dimension en pouce

13 Compression La compression consiste à réduire la taille physique des blocs d information décrivant une image. Un décompresseur est nécessaire pour reconstruire les données originelles grâce à l algorithme inverse de celui utilisé à la compression.dans le cas de compression symétrique la même méthode est utilisée pour compresssion et décompression.la compression asymétrique demande plus de travail (plus de temps) pour l une des deux opérations. Le quotient(taux) de compression est le rapport du nombre de bits dans l image compressée au nombre de bits dans l image originale. La compression avec perte permet d éliminer quelques informations pour avoir le meilleur taux de compression,elle est irréversible. Elle ne peut s appliquer aux fichiers exécutables.

14 Formats d images Sans perte et compressé :BMP,PNG,TIFF Lossy (avec perte) compression : JPEG,JPEG 2000

15 Formats courants GIF a été mis au point par CompuServe en 1987 pour permettre le téléchargement d images en couleur. Il a rapidement montré ses limites pour ce qui est de l image de type photographique et n est pas employé dans les appareils photo. JPEG est un acronyme de Joint Photographic Experts Group, nom d un comité créé en 1986 résultant de la fusion de plusieurs groupes (d où le joint) de professionnels de l industrie de l image. Ce comité a donné son nom à la norme ouverte de compression d images numériques JPEG. Ensuite cette norme a donné son nom au format de données défini et au format de fichier le plus utilisé pour contenir ces données. JPEG est un format de compression destructif (il détruit des informations pour arriver à ses fins), basé sur la perception des détails par l oeil (comme le MP3 coupe des informations considérées comme non perceptibles par l oreille). Cependant, la compression du JPEG est paramétrable, oscillant entre 100% (compression quasiment sans perte, mais avec un gain faible en poids) à 0% (compression maximale, image trash. Les taux courants vont de 20:1 à 25:1 sans perte notable de qualité.

16 La compression JPEG Le format JPEG est un format dit «destructeur», il perd en détail sur l'image tout en restant dans des limites acceptables. Techniquement la compression JPEG commence par découper l'image en blocs plus ou moins grands ; puis il détermine la ou les couleurs principales de ce bloc et les enregistre. Grossièrement si la couleur principale est verte, il enregistrera du vert pour toute la zone.on comprend dès lors qu'un fichier JPEG très compressé et donc léger puisse être flou, perclus de zones «pixelisées» ou d'artefacts de compression. À l'inverse, un fichier JPEG peu compressé sera très lourd. Aussi, c'est une banalité, mais : il faut chercher le meilleur compromis. La base consiste à enregistrer vos fichiers JPEG à une compression de 75% ou 80% (qualité moyenne ou supérieure).tous les logiciels ne sont pas égaux devant la compression. Le format JPEG produisant des images un peu floues, utilisez la fonction d'accentuation ou d'amélioration de l'image de votre logiciel avant de compresser votre image. Le résultat final sera généralement plus concluant. Enfin, ne recompressez jamais un fichier déjà compressé! Les artefacts dûs à la compression se multiplieraient pour produire une image de piètre qualité. Le format JPEG est un format final, pas un format de travail.

17 La compression PNG Le format PNG est un format dit «non destructeur», comprenez par là qu'il enregistre rigoureusement la couleur de chaque pixel Mais alors, comment compresse-t-il une image? Tout simplement en limitant le nombre de couleurs!nous parlons ici du PNG 8 bits : ce format permet de limiter la palette à 256 couleurs maximum. Les images produites restent donc aussi nettes que les originales, mais les dégradés seront immanquablement détériorés. Moins votre image aura de couleurs et plus elle sera légère. une image en noir et blanc peut bien souvent être réduite à 4 couleurs (noir, blanc et deux gris intermédiaires) ; une images en niveaux de gris ou en camaïeux pourra n'en compter que 16 ; une image plus colorée pourra aisément être limitée à 64, 128 ou 256 couleurs. Suivant votre logiciel, il vous sera possible d'éditer très finement votre palette, pour supprimer manuellement certaines couleurs. Le format PNG permet également de produire une image transparente. Soit en «transparence d'index», mieux supportée par les anciens navigateurs (notamment Internet Explorer 6) cette forme de transparence exige de bien surveiller les bordures des zones jouxtant les zones transparentes : des effets d'escalier ou de contrastes imprévus peuvent ternir le rendu final. En effet la transparence d'index se contente de rendre une couleur totalement transparente, sans aucun intermédiaire. Soit en «transparence alpha», pour laquelle la palette peut comporter des transparences intermédiaires (définies en pourcentage) ce qui permet de «lisser» les bordures voire de créer des effets de superpositions. L'inconvénient est qu'un ancien navigateur (toujours Internet Explorer 6) assimilera toute couleur transparente à une transparence totale, voire remplacera les transparences par un gris des plus disgracieux.

18 Exemple d affichage d écran 1 inch=1 pouce=2,54cm 375x300 mm Dpi=dot per inch ppi= point par pouce 72 dpi= 25,4/72=0,352 mm 375/1280=0,294mm

19 EXIF Exchangeable image file format Ces renseignements (resource fork)se trouvent soit dans un fichier adjoint à l image(data fork) soit au début de l image compressée.c est le cas pour les JPEG. Tag Orientation: Top=ligne 0 Left hand=colonne 0 à gauche