Images fixes et photos Édition au 3-mai-14 ATTENTION CETTE VERSION EST EN TRAVAUX!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Beaucoup de scories ne sont pas encore remplacées par une version plus moderne. L'ordinateur a révolutionné l'utilisation de l'image, artistique comme technique, fixe comme animée (voir Images animées). Deux types d'images fixes sont possibles : les images de type photographique et le dessin point par point ( bitmap ou pixel-map ou carte de pixel). Elles sont issues de logiciel de dessin de ce type, d'appareils photographiques, de scanneurs Des logiciels permettent leur modification. les images en dessin vectorisé qui peuvent intégrer les précédentes. La base du travail en biologie est le dessin vectorisé : ajouter une légende à une photographie en est l'archétype. Exemple de dessin légendé (auteur Antoine GAUDIN) De très nombreux logiciels, plus ou moins compatibles, assurent ces deux types de fonction et parfois les deux combinées. Il n'est pas question ici de décrire un logiciel donné, chacun ayant des caractéristiques particulières, mais seulement l'existence d'outils de base et leur intérêt. 1. Images vectorisées 1.1. Généralités Qu est ce que le dessin vectorisé? Il s agit d une méthode de dessin basée sur des objets, pouvant d ailleurs être des images point par point, manipulés indépendamment les uns des autres, mais éventuellement regroupables. Ces objets sont décrits par un certain nombre de paramètres : nature de l objet (ex : rectangle) position de l objet (par exemple coordonnées du sommet gauche et du bas droit) nature du trait entourant l objet : épaisseur, motif, couleur nature du fond de l objet : motif, couleur. 1
L'occupation de la mémoire est donc limitée aux descripteurs : le dessin vectoriel est économique en mémoire. Lors de l'impression (ou de l'enregistrement d'un fichier en pdf), le logiciel utilise la résolution du périphérique et non celle de l'écran : l'impression sera donc de la qualité du périphérique. Plus la définition est grande et meilleur sera le rendu. Courbes de Bézier Un objet particulier possède une place essentielle dans le dessin vectoriel : objet formé de courbes de Bézier, C'est M. BÉZIER, ingénieur de Renault, qui, initialement, a inventé ce type d'objet pour décrire les carrosseries, objets formés de lignes courbes nombreuses et variées et non de segments de droites simples. Des dessins complexes vont pouvoir être ainsi créés avec un minimum de descripteurs car le dessin est défini par un certain nombre de points et les tangentes à la courbe en chaque point. On peut manipuler : la place du point la longueur de la tangente de chaque côté la direction de la tangente Un point peut être ajouté ou supprimé. Figure Exemple de courbe de Bézier Un objet ainsi décrit peut être facilement traité par un programme informatique. Ce concept est généralisé dans certains logiciels à tous les objets, par exemple au rectangle pourtant facilement décrit par quatre segments de droite. Remarquons que les polices de caractères (polices "vectorielles") que nous utilisons sont basées sur ces mêmes courbes de Bézier. Figure - La lettre & est reproduite et déformée par le logiciel de dessin (Illustratror) 2
1.2. L écran d un logiciel de dessin vectoriel La feuille de travail d'inkspace, choisie ici comme exemple car ce logiciel est puissant et gratuit, aura l aspect représenté ciaprès : la page au centre o avec un objet en courbe de Bézier (fond rose et ligne rouge) o un deuxième objet (parallélépipède violet) apparaissant par transparence. Un système de règles pour le repérage De nombreux outils à gauche, droite, haut, bas On comprendra facilement que la maitrise d'une telle complexité est longue et mérite beaucoup de temps. L'investissement en vaut la peine La gestion de la taille, de la place et la suppression Les objets sont de taille modifiable de façon très simple en cliquant sur une poignée et en tirant dessus (bouton de la souris enfoncé ). Remarquer que l'objet sélectionné est entouré de carrés blancs ou de flèches selon le logiciel. Pour supprimer un objet il suffit de le sélectionner à la souris et de presser la touche de correction ou de suppression. Pour déplacer un objet il suffit de le transporter à la souris On peut fixer Illustrator à gauche Inkspace à droite 3
exactement une position et d'autres paramètres dans bien des logiciels La gestion des motifs et des couleurs La gestion des motifs et des couleurs des objets est réalisée selon les principes suivants : L'objet est sélectionné. Dans la palette on peut modifier : La couleur du trait (Stroke paint) en jouant sur les trois couleurs fondamentales (BGR) et sur la transparence (A ou couche alpha). La couleur du fond (Fill) avec les mêmes paramètres. Le flou (Blur) L'opacité de l'objet entier (Opacity) On peut aussi ajouter un motif (pattern) au fond comme au trait. On peut aussi rendre "invisible" trait ou fond (à l'aide de la croix x située sous Fill pour ce logiciel) La gestion des traits La gestion des traits est assurée par exemple de la façon suivante L'objet est sélectionné. Dans la palette on peut modifier notamment avec Stroke style : La largeur du trait. L'aspect des extrémités. L'allure du trait (pointillés par exemple) La présence aux extrémités de "markers" comme les flèches 1.3. Les différentes actions possibles Positionnement d'un objet par rapport aux autres Les menus permettent des actions diverses dont voici quelques exemples. Lorsque l on dessine différents objets, ceux-ci ont une disposition relative : elle peut être modifiée par les ordres adéquats (Rapprocher, Premier plan, Éloigner et Arrière plan). Il sera donc possible de superposer des objets comme on le désire. Le schéma ci-dessous illustre cette hiérarchie des objets et la possibilité de les manipuler. 4
Figure superposition d'objets (attention, le chiffre est un objet lui-même mais il est groupé avec la figure correspondante ) Alignement des objets Aligner des objets soit par rapport à la grille magnétique, soit les uns par rapport aux autres est possible. On peut ainsi faire en sorte que des objets soient tous à la même abscisse ou ordonnée, qu ils soient répartis de façon régulière Le cadre cidessous montre ces différentes possibilités à utiliser après sélection des objets : 5
La rotation d un objet ou d un groupe d objets est faisable, ainsi que sa transformation par symétrie : Figure Rotations et miroirs (le reflet horizontal est aussi appelé miroir vertical et le reflet vertical miroir horizontal) Grouper ou Associer des objets Quand deux objets ou plus sont sélectionnés (par un clic souris sur chaque objet souhaité en maintenant la touche majuscule enfoncée ou en sélectionnant l ensemble avec l outil sélection), on peut les GROUPER (= ASSOCIER), ou inversement pour un groupe, les DISSOCIER (ou DÉGROUPER). Un objet peut être VERROUILLÉ si l on veut que sa position et sa forme soient FIXES. Le quadrillage représenté par des lignes sur l écran peut être activé ou supprimé. Il n est pas imprimé. La grille magnétique peut être annulée, permettant des déplacements précis d objets, ou réactivée pour gérer facilement l alignement manuel. Caractéristiques des objets On peut obtenir les propriétés d un objet : et les modifier directement aux valeurs souhaitées pour la position (X,Y), la largeur (Width) ou la hauteur (Height). NE CHERCHEZ PAS LA GOMME!!! Les logiciels de dessin vectorisés gèrent des objets : on ne peut gommer une partie du rectangle. On peut par contre superposer un objet n ayant ni couleur de fond, ni couleur de trait 1.4. Notion de calques Il est possible de réaliser un dessin sur plusieurs calques qui se superposent pour donner le dessin. On peut donc travailler avec un fond d'écran par exemple et ajouter dans le calque superposé des dessins. 1.5. Logiciels possibles Le logiciel professionnel le plus utilisé est Adobe Illustrator. Son utilisation est particulièrement complexe, son coût élevé, ses performances majeures. Il utilise de façon systématique les courbes de Bézier, même pour les lignes droites Mais bien d'autres peuvent être utilisés : Inkspace (gratuit) 6
Module de dessin de OpenOffice PowerPoint Pour les graphiques : les tableurs grapheurs comme Excel et le module d'openoffice Etc Word permet de réaliser des dessins de ce type. Nous vous conseillons d'utiliser un logiciel extérieur et d'intégrer le dessin réalisé pour s'éviter de délicats problèmes de mise en pages. L'outil de dessin de word reste primitif. Notes Les logiciels vectoriels gèrent des objets définis par leurs caractéristiques. 2. Images en point par point (pixel par pixel) ou matricielles 2.1. Généralités Qu est ce que le dessin point par point (bit map ou pixel map)? Il s agit d une méthode de dessin qui utilise simplement la colorisation d un ensemble de pixels de la surface dessinée. Chaque pixel aura donc une valeur donnée. L ensemble des pixels donnera donc une matrice de pixels représentée en mémoire. Dans ce cadre, il sera très facile de changer un pixel, de gommer, mais par contre, l impression dépendra directement de la définition choisie pour la matrice : écran : 72 ou 96 pixels par pouce soit 28 à 38 pixels par cm; imprimante laser ou jet d encre classique : 300 pixels par pouce soit 118 pixels par cm ou environ 12 pixels par mm) Figure Densité des points selon la définition L occupation mémoire est très importante. Si l on suppose un écran standard de 600 * 480 avec 4 octets par pixel, on a une image de 1,15 Mo (en millions de couleurs) Il faut donc soit disposer de support de grande capacité, soit compresser, ou combiner les deux opérations. Tous les logiciels point par point compressent donc à l enregistrement. Il existe évidemment de nombreux formats comme TIFF, jpg, gif, png qui posent problème lors de transferts entre logiciels ou entre systèmes d exploitation (voir l'annexe 1) Les outils pour dessin point par point ressemblent beaucoup à ceux du dessin vectorisé. La différence sera facile à voir sur un rectangle : la gomme permet d effacer un angle du rectangle ce qui n est pas possible en dessin vectorisé où l on cherche vainement la gomme!. Ci-dessous on montre l effacement du rectangle mais aussi du texte qui est devenu du dessin gommable : 7
Remarquer aussi les crénelages (échelles) que font les lettres. 2.2. L écran d un logiciel de dessin point par point L écran suivant montre un exemple de dessin point par point : on retrouvera les mêmes outils que dans le vectoriel (fonctionnant de la même façon mais ne générant pas d objets) et quelques outils supplémentaires dont les fonctions sont décrites ci-après. Tous les outils non décrits sont les mêmes qu en dessin vectorisé mais génèrent des pixels et non des objets. Les couleurs et motifs sont gérés de la même façon. outil baguette magique qui permet de sélectionner une zone de couleur donnée par un clic sur celle-ci outil lasso : permet des sélections d objets à main levée sans le blanc qui les entoure outil crayon outil aérographe pour peindre de la couleur de fond courante Il est souvent nécessaire de modifier la résolution de travail afin de pouvoir bénéficier de la résolution de l imprimante : il est possible de dessiner en 300 points par pouce. Les messages indiquant le manque de mémoire limitent l usage d une telle option. 2.3. Quelques exemples de documents réalisables Clavier Les images proviennent de la caméra vidéo (camescope), réalisées rapidement sans précautions particulières. Elles ont été numérisées sur Mac puis sauvées dans un format PICT. Ces images sont évidemment bitmap. Elles ont été retravaillées dans Photoshop pour essayer d obtenir un meilleur rendu. Pour ajouter les légendes, deux solutions : - dessin point par point - dessin vectoriel Le choix est évident : il faut utiliser le vectoriel qui permet, en manipulant des objets, de composer sa feuille et donc de modifier la disposition des légendes. 8
dénombrement de phages L image ci-dessous a été réalisée par numérisation rapide à la caméra vidéo d une boîte de Salmonella ensemencée en nappe sur laquelle ont été déposés des dilutions d une suspension de phages. Les légendes ont été ajoutées sous dessin vectoriel. dépôt de 10 µl d'une suspension de phage à la dilution indiquée boîte ensemencée en nappe avec une souche de Salmonella Typhimurium Une forme de base et ses variations En dessin vectorisé, une forme donnée peut être transformée de différentes façons : le dessin ci-dessous est réalisé avec la même forme modifiée en taille ou en épaisseur et couleur de trait. 2.4. Logiciels possibles Le logiciel le plus connu et le plus performant est probablement Adobe Photoshop. Bien d'autres peuvent être utilisés comme the Gimp (gratuit) 2.5. La compression des images La taille des images, surtout si une bonne résolution est souhaitée, est importante. Elles occupent beaucoup de place sur les supports de mémoire de masse et sont transmises plus lentement sur les réseaux. Pour réduire la place occupée, des algorithmes ont été écrits, de deux types : 9
Non destructifs : le logiciel rassemble des éléments identiques sous une forme compressée. On peut par exemple imaginer qu'une série de pixels identiques est remplacée par une indication de la nature du pixel et du nombre de répétitions. À l'affichage ou au traitement, le logiciel reconstitue l'image telle qu'enregistrée. Destructifs : le logiciel peut opérer de la même façon que précédemment mais est aussi capable de procéder au rassemblement de pixels proches sous une forme ramassée en réalisant des approximations.. À l'affichage ou au traitement, le logiciel reconstitue l'image mais des informations ont été perdues dans le traitement. Une telle compression est donc destructive mais n'est pas en général perceptible par l'individu. On procède de la même façon pour le son. Dans une première série d'images, le fichier a été compressé (jpg) jusqu'à 10%. On remarquera que les défauts visibles apparaissent sans être très visibles vers 10 %. À 5% ils deviennent vraiment visibles. Mais la taille des fichiers elle a beaucoup évolué! Si l'on estime l'image à 20% acceptable, le fichier a été réduit de presque 9 fois! Remarquons toutefois qu'augmenter la réduction ne permet pas de réduire linéairement la taille des fichiers qui tend vers 54 Kio. Le gain est donc limité avec les fortes réductions. Original (683 Kio) À 20% (78 Kio) À 10% (62 Kio) À 1% (54 Kio) Cette deuxième série d'images montre un détail de la première imprimées à taille quasiment réelles (les images précédentes sont réduites à 27% par le traitement de texte). La dégradation de l'image est très perceptible à 5% (compression de 95%). À 100% (150 Kio) À 20% (43 Kio) À 5 % (32 Kio) Si la compression est utile pour les images fixes, elle l'est encore plus pour des images animées (voir vidéo). 3. Traiter l image Une fois numérique, l'image peut être traitée par des logiciels pour en extraire l'information utile sous une forme numérique bien entendu. De nombreuses applications sont réalisées dans de nombreux domaines : chacun connaît les capacités des radars automatiques pour lire la plaque minéralogiques puis, avec une liaison télématique avec les fichiers des cartes grises, envoyer directement l'avis d'infraction! En biologie les applications sont nombreuses : Lecture des bandes d'électrophorèse et production du graphe correspondant. Comptage des colonies sur une boite de Petri. Lecture automatisée des boites d'antibiogramme. Gestion des chromatographies (édition du graphe et son analyse) Exemple de l'électrophorèse Les lecteurs d électrophorèse commercialisés peuvent être remplacés par l utilisation combinée du scanner ou de l'appareil photographique et de l ordinateur. L exemple suivant utilise le logiciel NIH (sur Macintosh), à diffusion libre, logiciel de traitement d images auquel ont été associées des macroinstructions permettant de gérer les gels d électrophorèse. Les opérations sont alors les suivantes : scannage ou photographie de l électrophorèse 10
récupération de l image dans le logiciel sélection de la zone à analyser tracé du graphe sélection manuelle des différents pics mesure de l aire des différents pics L ensemble des données peut être récupéré (données numériques, images) Électrophorèse après scannage Zone sélectionnée pour le tracé Calcul des aires en pixels au carré à la demande de l'utilisateur TRACÉ SANS CALIBRAGE Tracé de la ligne de base et des lignes verticales par l'utilisateur 4. Comment numériser? 4.1. Qu est ce que numériser? Il s agit de transformer une image en sa description informatique : des bits. Une image point par point sera ainsi transformée en une suite de bits que la machine reconnaîtra et pourra manipuler. La même opération peut être faite avec le son : le disque laser en est l illustration. 4.2. Numériser : pourquoi? Une image peut être intégrée dans un document de façon très simple à l aide de ciseaux et de colle. Pourquoi alors faire compliqué? Deux raisons : une fois numérisée l image peut être manipulée : élimination des parties sans intérêt (les légendes par ex.), ajout de texte, amélioration de l image (contraste, netteté, couleurs ) etc. une fois numérisée l image est intégrée dans un fichier : elle peut être facilement échangée (un document contenant les images sera complet alors que sur papier il faut adresser les images qui sont souvent des originaux). 4.3. Numériser : comment? Pour numériser il faut disposer d un appareillage permettant de réaliser le transfert vers l ordinateur. Avec une caméra La caméra vidéo analogique branchée sur une carte de numérisation, est remplacée aujourd'hui par la caméra vidéo numérique, devenue en 2002 le standard : les fonctions de numérisation sont intégrées, l enregistrement est numérique sur bande, disque dur ou cd réinscriptible 11
Carte de numérisation Des phototransistors, situées dans la caméra, récupèrent la lumière réfléchie. Le courant électrique issu des diodes, code la lumière sous forme analogique, et est écrit sur la cassette en analogique. Il peut être transmis à une carte de numérisation qui code en bits lʼimage et lʼenvoie à lʼordinateur Avec un appareil photo numérique (APN) Fonctionnant comme la caméra vidéo, il intègre la numérisation. Les photos sont placées en général dans une mémoire interne de type Flash (transfert par câble USB). La rapidité de la prise de vue peut les faire utiliser en remplacement du scanneur. Le nombre de pixels est en progression constante vers 16 millions de pixels par photo en 2014. Une photographie argentique fait 20 millions de pixels mais est très fortement concurrencée par le numérique aujourd hui. Ces APN sont capables de faire de petites vidéos. Les "smartphones" intègrent les fonctions des APN. http://chrisphil.free.fr/club/paragraphea.html http://www.amazon.fr/gp/feature.html?ie=utf8&docid=1000542103 http://www.deviens-photographe.com/index.php/2012/12/comment-fonctionne-mon-appareil-photo-reflex/ Avec le scanneur (numériseur) Les scanneurs sont des appareils permettant de transformer un dessin (qui peut être du texte) en données informatiques : ils numérisent donc le dessin fonctionnant un peu comme des photocopieuses en transmettant l image dans l ordinateur au lieu de la transmettre sur le rouleau photosensible. Ils sont commandés par l ordinateur : les informations sont donc échangées dans les deux sens. L image numérisée peut ensuite être traitée à l aide de logiciels de dessin ou de reconnaissance optique des caractères (OCR (ou ROC) = Optical Caractère Recognition (ou Reconnaissance optique de caractères) pour la récupération des textes imprimés et leur manipulation dans un traitement de texte. Lʼimage, placée sur la vitre, est illuminée progressivement. Des phototransistors récupèrent la lumière réfléchie. Le courant électrique issu des diodes est codé en bits envoyés à lʼordinateur Principe du scanneur couvercle de numériseur vitre de la surface de numérisation indicateur d'alimentation Numériseur (scanner) HP Scanjet IIcx, vue avant repère de document Un scanner à plat interrupteur d'alimentation Il existe des scanneurs de diapositives. Les photocopieurs modernes sont des scanneurs qui, une fois l'acquisition de l'image faite, vont envoyer les impressions sur le système d'impression. Ce ne sont que des imprimantes pouvant fonctionner en lien avec le scan ou avec l'ordinateur. 4.4. Stocker Les images occupent beaucoup de place. Les supports doivent être des mémoires de masse de grande capacité, disques durs, mémoires flash 4.5. Que faire ensuite? L image obtenue par numérisation doit, très généralement, être retraitée par des opérations de : recadrage modification du contraste et de la lumière etc modification des couleurs 12
élimination ou modification de certaines parties de l image changement de mode (couleurs vers niveaux de gris ou noir et blanc, modification du nombre de couleurs ) changement de format d enregistrement Le logiciel le plus performant pour ce type de modification est Adobe PHOTOSHOP, logiciel professionnel d usage complexe. Une version «light» est souvent commercialisée avec le scanneur. De nombreux autres logiciels pourront suffire, en particulier Graphic Converter sur Macintosh, ou encore AppleWorks (Mac et PC) ou Paint Shop pro (PC). 5. Trouver des images Copies d'écran de Graphic Converter montrant des traitements des images À l'heure d'internet, trouver des images devient particulièrement simple. Les différents moteurs de recherche permettent de trouver de très nombreuses images. La recherche peut être ciblée avec de nombreux critères comme la qualité de l'image, les couleurs dominantes, etc Il est possible aussi d'extraire de documents texte les images incluses (en particulier dans les documents pdf). Une utilisation personnelle ne pose guère de problème. Mais pour une utilisation collective ou la publication sur un site internet, il faut tenir compte d'éventuels droits attachés à l'image (droit d'auteur pour l'auteur, le photographe, l'agence ). Certaines images sont d'ailleurs marquées pour lutter contre cette forme de vol. Se méfier des personnes pouvant être sur les images sans leur consentement est aussi important pour s'éviter des déboires judiciaires. Annexe 1 : les principaux formats graphiques 13
Nom du format avec extension Matriciel Vectoriel Composite Commentaire BMP (BitMaP).bmp Format standard des images pour Windows : images non compressées en 1, 4, 8 ou 32 bits par pixel. (RLE si compressé) DXF.dxf Format vectoriel très utilisé dans le domaine de la CAO (logiciel Autocad par exemple) EPS ou EPSF (Encapsulated PostScript File) GIF (Graphic Interchange format).eps Description en langage postcript des images vectorisées pouvant inclure des images point par point. L image peut être une page. Outre l image originale, le fichier inclut une image basse résolution en format matriciel..gif Format d image matriciel permettant une forte compression (destructive) tout en gardant une qualité acceptable en 256 couleurs en général (1 à 8 bits par pixel). C est un format important des dessins sur Internet. Il permet la transparence et devrait être remplacé par.png. Un fichier peut contenir plusieurs images réalisant une animation simple (GIF animé). HP-GL.plt Format d image correspondant initialement aux tables traçantes JPEG (Joint Photography Experts Group).jpg ou.jpeg Format d image matriciel permettant une forte compression (destructive) tout en gardant une qualité acceptable. 24 bits par pixel. C est le format majeur des photos sur Internet. PCX (Paint Brush).pcx Format d image matriciel issu de Paint Brush (PC). PDF (Portable Document Format) PICT??? PNG (Portable Network Graphics).pdf Format d'image vectoriel, l'image pouvant être des pages de document, devenu quasiment la norme pour des documents composites ou même pour la gestion des écrans (Macintosh)..pct? C'est plutôt un langage de description de pages. Il peut être interactif avec des formulaires. Format d'image composite sur Macintosh qui a été remplacé par pdf avec le MacOS X. Il reste toutefois utilisé..png Format de norme publique devant remplacer GIF avec un grand nombre de couleurs. Il permet la transparence. PS (PostScript).ps Voir EPS? TIFF (Tagged Image File Format) WMF (Windows metafile).tif.tiff ou Format important des images matriciel en 1 à 24 bits par pixel. Les fichiers obtenus sont très lourds mais compressés via l'algorithme LZW..wmf Format d'image composite utilisé par Windows qui est l équivalent du PICT du Macintosh. Il existe des formats liés à des logiciels comme.psd pour Adobe PhotoShop. La plupart des logiciels peuvent enregistrer dans d'autres formats que leur format propre. Corrélats : Vidéo, Son, ROC ou OCR 14