L'image numérique
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L’ IMAGE NUMERIQUE
I.
Quelques définitions …
1. Définition d’une image : D’après le Petit Robert, une image est la « reproduction exacte ou représentation analogique d’un être ou d’une chose ». Une image physique (par exemple optique) est une
image continue qui appartient au monde (infini) des réels alors qu’une image
numérique est une image discrète (finie) faisant partie de l’espace des entiers
et pouvant être traitée sur ordinateur. Mathématiquement une image est une fonction à 2
dimensions d’intensité f(x,y) avec ·
une
amplitude de l’intensité de cette image nommée f, ·
(x,y)
étant un point dans un espace 2D. L’image f(x,y) est représentée par une matrice de
MxN éléments, sachant qu’un pixel (picture element) correspond à
un élément f(i,j) de cette même matrice (7).
Les images numériques sont des images bitmapped,
puisque les coordonnées x,y d’un pixel sont localisés (mapped) par les bits
(124).
C’est une image matricielle (89). La numérisation (conversion du signal analogique en
signal numérique) nécessite 2
opérations : ·
La
discrétisation des coordonnées spatiales (ou échantillonnage spatial) :
l’image analogique est découpée en petits pixels de coordonnés x,y ·
La
discrétisation de l’amplitude f ( ou
quantification des niveaux de gris ou en couleurs) Ces deux opérations déterminent respectivement la taille (par le nombre de pixels) et la
dynamique (par l’étendue de la gamme des teintes de gris ou de couleurs liée au
nombre d’octets) de l’image et influencent la quantité d’information contenue
dans une image numérisée (7). 2. Définition de l’octet (74, 124) En fait, le signal électrique mesuré est exprimé en
décimal (un chiffre est composé des unités, dizaines, centaines, milliers…) et
sera converti en signal binaire utilisant une succession de 0 et de 1. Ces deux
valeurs sont appelées bits (binary digit ou élément binaire). Le langage binaire convertit ces rangs (unités,
dizaines, centaines, milliers…) en valeurs 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 si le
chiffre qui les représente est 1. Sinon la valeur est égale à 0. la somme de
ces valeurs donne l’équivalent décimal. Exemples : Valeur décimale = 142 = 128+16+8+4
→ la valeur binaire est 10011010
En informatique on utilise l’octet qui équivaut à 8 bits : de 00000000 à 11111111, soit 256 combinaisons de bits. Comme les multiples binaires sont des puissances de
deux, ·
un
kilo-octet (Ko) = 1024 octets (et non 1000), ·
un
méga-octet (Mo) = 1024 Ko, ·
un giga-octet (Go) = 1024 Mo.
II.
Codage des niveaux de
gris et de couleurs
1. Synthèse de la couleur ·
La
couleur est codée dans le cadre de la photographie numérique par une base.
La base est un ensemble de d’éléments dont chaque
couleur est une combinaison des éléments de la base et dont chaque élément est
indépendant (et ne peut donc résulter d’une combinaison). On distingue différentes bases : 1)
des
bases de couleurs : -
base
à trois couleurs RVB, rouge, vert, bleu (ou synthèse additive : le mélange
en quantité égale de trois lumières colorées produit une lumière blanche) (40), fondée sur la sensibilité
trichromatique de l’œil, fig 30 -
base
à trois couleurs CMJ, cyan, magenta, jaune,
fig 31 (ou synthèse soustractive puisque « la combinaison de deux
pigments est, par définition, la somme de leur soustraction -autrement dit, on
obtient une couleur dérivée d’un éclat moindre ») (79) -
base
à quatre couleurs CMJK, cyan, magenta, jaune, noir (par synthèse soustractive
particulière due aux propriétés physico-chimiques des produits : un
mélange égal de trois produits chimiques cyan, magenta et jaune donnera du gris
et non du noir).
2)
Une
base TSL composée de trois éléments
psycho-visuels : teinte (couleur), saturation (quantité de blanc),
luminosité (intensité émise) (40), fig 32 . ·
Nous
allons nous restreindre à la base trichromie RVB utilisée en photographie
numérique, fig 33.
Cette base est composée de -
trois
couleurs dites primaires : rouge, vert et bleu -
trois
couleurs secondaires : cyan (bleu + vert), magenta (rouge+bleu) et jaune
(rouge + vert). L’addition des 3 couleurs primaires en proportion
équivalente et égale à 100 % donne une lumière blanche et le noir correspond à
l’absence de couleur (proportion nulle). 2. Quantification des niveaux de gris ou de couleurs La valeur de f(i,j) est quantifiée sur n bits et
peut avoir 2 n valeurs entières : (7,124) ·
En
utilisant 8 bits : 0 ≤
f(i,j) ≤ 255 soit 256 (=2 8) niveaux de gris ou couleurs ·
Avec
16 bits : 0 ≤ f(i,j)
≤ 65 535 soit 65 536 (=2
16 = 255 2) niveaux de gris ou couleurs ·
Avec
24 bits : 0 ≤ f(i,j) ≤ 16 777 215 soit 16 777 216 (=2
24 = 255 3) niveaux de gris ou couleurs La valeur n, exprimée en bits, est appelée
profondeur d’image ou encore profondeur de couleur (89). 3. Codage des niveaux de gris Les images sont codées sur un octet et renferment donc 256 niveaux de gris ; par convention 0 désigne le noir ( 0 % de lumière) et 255 le blanc ( 100% de lumière) 4. Codage de la couleur Dans le cadre d’une image à 24 bits codée en base
RVB (3 octets), chaque pixel peut avoir une valeur comprise entre 0 et 255 soit
2553 possibilités = 16 777 216
possibilités de couleurs. On utilise une base hexadécimale pour coder plus simplement les 256 couleurs. Cette base utilise 16 caractères : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Après 15 (relatif à la base décimale), on code 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 20, 21… Les valeurs de 0 (0 %) à 255 ( 100 %) correspondant à une couleur sont exprimées par 2 symboles xx soit environ xx/255 % allant de 00 à FF. Ainsi les 3 couleurs RVB sont codées par 6 symboles précédé d’un dièse, c’est-à-dire une paire par couleur : #RR VV BB et non par les 3 octets (soit 24 symboles) relatifs aux 3 couleurs (74)
Fig 35 : codages des couleurs 5. La température de la couleur La perception d’un
environnement en couleur est conditionnée par le rapport des trois couleurs
primaires. Prenons l’exemple de la pellicule argentique bien connue de tous, le
rayonnement bleu prédomine si on photographie un ciel dégagé en lumière du jour
alors que le soir le rayonnement rouge inonde une chambre éclairée à
incandescence. Cette tendance d’un
corps à émettre de la lumière sur une certaine longueur d’onde est caractérisée
par la température de couleur exprimée en degré Kelvin. Le degré Kelvin est une
unité de température centésimale mesurée à partir du 0 absolu soit –273.15 °
Celsius. On mesure cette température de couleur avec un thermocolorimétre.
Les capteurs à l’instar des
pellicules argentiques sont étalonnés selon une lumière précise définie par des
normes. Ainsi une photographie faite en
intérieur sans flash avec une pellicule
argentique « lumière du jour » à 6 500° présentera une dominante
orangée : il aurait fallu utiliser
une pellicule « tungstène »de température inférieure à 3 000 ° donc
riche en rouge et pauvre en vert et bleu. Cette même photographie prise avec un
éclairage au néon présentera une dominante verte car ce tube néon émet un fort
rayonnement dans le vert bien que sa température de couleur soit voisine de
celle des ampoules à incandescence. Revenons à la photographie numérique, la température fixée au capteur est de 5 500° Kelvin. Elle peut être ajustée manuellement selon des blancs de référence (qui servent de bases pour étalonner les couleurs) propres à chaque source de lumière (74) 6. Le blanc de référence Ainsi la balance des blancs est au photoscope ce que les différents types de pellicules (lumière du jour et tungstène) et filtres correcteurs sont à l’appareil argentique. Lorsque le blanc a été étalonné selon la température de couleur ambiante, l’image présente une gamme de couleurs réalistes sans dominantes bleutée ou orangée (74). La température de couleur du blanc a été normalisé selon des environnements standards par la Commission Internationale de l’Eclairage :
Le
menu de réglage de la balance des blancs permet ainsi de réduire les dominantes
colorées dues aux différentes sources de lumière (82). Les réglages sont : -
Automatique : la nature de la source lumineuse est détectée afin d’ajuster la
balance des couleurs. Par exemple, ils
appliquent un autre algorithme de balance des couleurs en fonction d’une
lumière ambiante plutôt tungstène ou fluorescent ou lumière du jour ou lumière
du flash (44), - Blanc mesuré : l’étalonnage du blanc se fait généralement en présentant un bout de carton blanc devant le viseur, placé sous un éclairage évidemment identique au sujet (76), -
Lumière du jour : c’est le réglage de base des flashs et capteurs CCD
(82), -
Tungstène : une dominante bleue est appliquée afin d’éliminer la lumière
jaune-rouge d’une lampe à filament de tungstène (82), -
Tube fluorescent : plusieurs sous-réglages existent car, selon la nature du gaz,
la lumière va tirer dans le vert ou le magenta (82), - |
