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Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/2007 1 « Il n'y a pas d'image sans lumière » [J.P.Achard] Le spectre des radiations.

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1 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ « Il n'y a pas d'image sans lumière » [J.P.Achard] Le spectre des radiations électromagnétiques La lumière blanche, fournie par le soleil ou une lampe à filament incandescent, est un rayonnement électromagnétique Le spectre visible est une petite partie du spectre général des radiations électromagnétiques dont la longueur d'onde est comprise entre 380 nm et 780 nm (1 manomètre = m).

2 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Image : codage des couleurs

3 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Le spectre des couleurs visibles Dans cette plage, le spectre de la lumière s'étend de façon continue en fonction de la longueur d'onde Chaque couleur visible peut être décomposée en trois couleurs de base, appelées les couleurs primaires. Les trois couleurs primaires sont indépendantes : aucune d'entre elles ne peut être obtenue par un mélange des deux autres.

4 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ La théorie de l'analyse trichrome S'appuie sur la différence de sensibilité des neurones visuel. La rétine de loeil comprend deux types de cellules visuelles : –les cônes (6 à 7 millions) –les bâtonnets (100 à 200 millions). Les cônes assurent, en lumière intense, la vision nette des détails et la vision des couleurs. Les bâtonnets, qui font défaut au centre de la rétine, ont, au contraire, une grande sensibilité ( fois plus sensible que les cônes) à bas niveau de lumière (dès que le flux lumineux < 1 lux). Ils sont cependant moins précis et surtout ne différencient pas les couleurs.

5 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Cônes et bâtonnets Les cônes ´ lumière intense, ´la vision nette des détails, ´la vision des couleurs. Les bâtonnets ´ une grande sensibilité ( fois plus sensible que les cônes) ·bas niveau de lumière ·moins précis ·ne différencient pas les couleurs.

6 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ « Nous ne voyons pas avec nos yeux mais avec notre cerveau » [J.P.Achard] Lorsqu'une lumière colorée excite la rétine de notre oeil, les cônes ont une différence de sensibilité : –certains sont sensibles au Bleu (B), –d'autres au Vert (V) –et d'autres au Rouge (R). Les cellules nerveuses transmettent au cerveau ces informations. Le cerveau combine ces 3 informations pour donner la sensation de couleur

7 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Perception de la couleur Lorsqu'on regarde un objet, loeil reçoit une lumière colorée qu'il attribue à l'objet. Mais en réalité, la couleur n'est pas une caractéristique propre de l'objet. Un objet éclairé par une lumière ne réfléchit que la composante du spectre visible qui correspond à sa couleur, les autres composantes étant absorbées. Il se comporte comme un filtre. On "voit« donc un objet par la lumière qu'il réfléchit. Un objet paraît bleu parce quil absorbe moins les radiations bleues que les vertes et les rouges. Dit autrement : la nature de la source lumineuse influence la perception des couleurs.

8 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Synthèse additive et soustractive En faisant varier l'intensité des trois couleurs primaires on peut obtenir n'importe quelle couleur visible. La synthèse des trois couleurs primaires peut être faite en deux façon : –additive : la couleur finale est obtenu par l'association des trois primaires que sont le Rouge, le Vert et le Bleu ; –soustractive : la couleur finale est créée en soustrayant des primaires à une source lumineuse de blanc pur utilisant trois filtres colorés. Dans ce cas, les couleurs primaires sont : le Cyan, le Magenta et le Jaune

9 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Le modèle RVB (en anglais RGB pour Red, Green, Blue) La synthèse additive : le modèle RGB. –RGB : Red, Green, Blue, 3 les couleurs primaires. –Ajout de composantes de la lumière. –Composantes de la lumière directement ajoutées à l'émission. –Si on ajoute les trois composantes, on obtient du blanc. –Ex. : moniteurs, télévisions couleur.

10 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Le modèle RVB l'espace de couleurs est construit par addition des trois couleurs primaires additives : le rouge, le vert et le bleu L'accroissement continue d'une seul composante entraîne un accroissement proportionnel de la luminosité d'ensemble. Le support initial noir ne réfléchit aucune couleur du spectre visible une couleur (COULEUR) est définie par une valeur entière attribuée à chaque couleur primaire : –COULEUR = r'R + v'V + b'B, avec r', v', b' N. Si les trois composantes sont maximales, la couleur résultante est le blanc –r'maxR + v'maxV + b'maxB = BLANC, avec r'max, v'max, b'max N

11 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Valeur maximale pour une composante ? Chaque valeur est représentée sur un nombre de bits (nb) qui peut être 1, 4 ou 8 bits. Ainsi, r', v', b' prennent des valeurs comprises entre 0 et 2nb-1. Sur 1 bit on a deux valeurs possibles et l'image sera monochrome. Sur 8 bits, soit un octet pour chaque couleur, il est possible de modéliser : 28 x 28 x 28 = 224 = couleurs. Ce nombre est largement suffisant en égard aux performances du système visuel humain qui discerne couleurs différentes.

12 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Le modèle RVB est le plus universellement implanté Correspond exactement au fonctionnement d'un moniteur couleur ou d'une carte graphique. Un écran TRC (Tubes à Rayons Cathodiques) est composé de triplets de pastilles de phosphore. Chaque pastille d'un triplet réalise une des trois couleurs primaires (R, V, B). La distance entre deux triplets, appelée pitch, détermine la résolution de l'écran. Exemple : Un écran 21 pouces offre une résolution de 1280x1024 avec un pitch de 0,28 mm.

13 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Le tube couleur à rayons cathodiques Chaque phosphore est rendu plus ou moins luminescent par un canon à électrons; Un masque : une plaque de métal perforée de nombreux petits trous à raison dun par triplet de phosphores – évite que les faisceaux dune couleur aillent heurter des phosphores dune autre couleur.

14 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Tube cathodique

15 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Le modème CMY (rappel) La synthèse soustractive : le modèle CMY. –CMY : Cyan, Magenta, Yellow, les 3 couleurs complémentaires de RGB. –Ajout de trois matières de couleur différentes. –Composantes de la lumière ajoutées après réflexion sur un objet. –Si on ajoute les trois composantes, on obtient du noir. –Ex. : imprimerie, imprimante. Extension : le modèle CMYK. –En pratique, le noir n'est pas tout à fait noir. –Ajout d'une composante "noir pur". –CMY K : Cyan, Magenta, Yellow, Blac K.

16 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Espace des couleurs et conversion Conversion entre RGB et CMY et vice-versa. Exemple : –Convertir le Blanc de RGB (1,1,1) à CMY (0,0,0) et vice versa. C = 1 – R, R = 1 – C, M = 1 - G G = 1 – M, Y = 1 – B, B = 1 - Y Conversion CMY vers CMYK : même principe.

17 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Image : codage de la couleur

18 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Codage des images Pour chaque pixel : stocker la couleur. Choix du modèle RGB : Red, Green, Blue. –Une couleur est une addition de ces 3 couleurs primaires. Certains formats supportent le modèle CMYK. Coder une image : –Les pixels.

19 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Méthode simple Pour chaque pixel : –On code chaque composante RGB sur n bits. –Chaque pixel occupe alors 3 x n bits. L'image peut avoir 2^n x 2^n x 2^n couleurs. –Dans le cas n = 8, on parle du mode True Color (24 bits). –Ce mode permet de distinguer 16 millions de couleurs. –Il existe aussi des modes 32 bits. On ajoute une quatrième composante sur 8 bits : –Le canal alpha. –Permet de gérer la "transparence" des points. –Evitant ainsi les effets de "marches d'escalier" pouvant apparaître sur des images. Exemples

20 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format des images : 2 types Les images matricielles "bit-map" : Données images. Formats BMP, GIF, JPEG, etc. On indique la couleur de chaque point de l'image (pixel), un à un. Les images vectorielles : Données graphiques. Formats DXF, PIC, WMF, CGM. On décrit l'image comme l'association de plusieurs objets graphiques simples (droites, ellipses,...).

21 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Les Images Vectorielles Images décrites comme l'association de plusieurs objets graphiques simples (droites, ellipses...) définis par éléments mathématiques appelés des vecteurs Ainsi, dans un graphique vectoriel, la représentation d'un pneu de bicyclette repose sur la formule mathématique d'un cercle possédant un rayon déterminé, placé à un endroit précis et rempli d'une couleur spécifique. On peut déplacer, redimensionner ou modifier la couleur du pneu sans altérer la qualité de l'image.

22 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Les Images Vectorielles La taille dune image vectorielle dépend de la complexité de l'image et du nombre d'instructions nécessaires pour la tracer Elle est beaucoup plus petite que la taille dune image bitmap Les images vectorielles sont indépendantes de la résolution 3 types de données graphiques : Points isolés => objets ponctuels. Lignes isolées => objets linéaires. Surfaces isolées => objets surfaciques.

23 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Les Images Vectorielles (2) Avantages : Codage riche prenant en compte la sémantique. Codage compact : fichiers de taille réduite. Redimensionnement facile, sans perte de qualité, les courbes sont lissées quelque soit l'échelle d'affichage. Les retouches sont aisées puisque les différents éléments de l'image sont indépendants. Inconvénients : Inutilisables pour des photographies. Pas adaptée aux images complexes avec un grand nombre d'objets de petites tailles. Formats peu standardisés, peu reconnus par les navigateurs Internet.

24 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Le format WMF Exemple : le format WMF Un fichier contient : Une suite d'objet (cercle, carre, bitmap, etc...). Chacun décrit par un entête Le format WMF peut contenir objets au maximum.

25 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Redimensionnement d'une image vectorielle Bitmap Vectorielle

26 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Images bitmaps Images bitmaps ou matricielles. On indique la couleur de chaque point de l'image (pixel), un à un. Stockage d'une image : Identificateur. Conditions d'acquisition. Description du contenu. Contenu physique. Représentation basée sur le modèle RGB.

27 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Méthode par palette Méthode simple : limitations. –Souvent, toutes les nuances disponibles ne sont pas utilisées. –Ou alors il n'y a pas assez de nuances pour une teinte donnée. –Ex. : image sur la mer, il faut beaucoup plus de nuances de bleu que de rouge. Méthode par palette : choisir les couleurs disponibles. La couleur de chaque pixel : –Est codée comme une référence dans une palette. –La palette contient les composantes RGB de la couleur. On obtient alors : –N couleurs parmi 2^M x 2^M x 2^M possibles. –N = nombre d'entrées dans la palette. –M = nombre de bits utilisés pour coder une composante d'une couleur dans la palette.

28 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Taille d'une image Taille brute : sans compression. Taille = X x Y x n. –X = nombre de colonnes. –Y = nombre de lignes. –n = nombre d'octets nécessaires pour coder un pixel. Cas d'une résolution de 1024 x 768. Nombre de couleurs : Nombre de couleurs TailleEn octetsEn Ko Noir et BlancX*Y*(1/8) Ko Palette de 16 couleurs X*Y*(1/2) Ko Palette de 256 couleurs X*Y Ko True Color, 16 millions de couleurs. X*Y* Ko

29 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Les images bitmap : qualité La qualité de l'image dépend de 2 paramètres. La résolution spatiale : –Le nombre de points (pixels) constituant l'image, en largeur et en hauteur. –Paramètre influencé par les périphériques utilisé pour l'acquisition (scanner,...) et la restitution de l'image (carte vidéo, écran,...). –Exemples : Image de télévision rapport 4/3 : 833 x 625. Super VGA : 1024 x 768. Le nombre de couleurs la composant (bits/pixel) : –Noir & Blanc : 1 bit. –256 couleurs : 8 bits. –16 millions : 24 bits (plus que le nombre de nuances de couleurs perceptibles par l'oeil humain).

30 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Avantages/limitations Images bitmaps (matricielles). Employées principalement dans les applications orientées images. Avantages : –Elles autorisent la qualité photographique : Limitations : –Codage "pauvre" de l'information. –Pas de distinction d'objet dans l'image. –Taille des fichiers importante. –Traitements d'image longs.

31 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Avantages/limitations (2) Limitations (suite) : –L'agrandissement provoque un effet de mosaïque : –La création d'une image "à la souris" est difficile. –Les retouches sont délicates : effacer un élément de l'image crée un "trou". Comparaison bitmap/vectoriel

32 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Formats d'images matricielles Un grand nombre de formats existent. Caractéristiques : –Nombre de couleurs. –Méthode de compression utilisée. –Contexte d'utilisation.

33 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Comparaison : taille des fichiers pour les images : NomRésolutionDéfinition Nombre de couleurs Image Droopy1024x76872 DPI256 Trounesol1600x DPI16 millions Exemples de résolution Exemples de numérisation Exemples de taille

34 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format BMP Défini par Microsoft pour Windows Caractéristiques : –1, 4, 8 ou 24 bits : jusqu'à 16 millions de couleurs. –Compression : compression sans perte RLE. –Fichiers de taille importante. Reconnu par une majorité de logiciels. ImageNb couleursCompressionTaille Droopy Ko Droopy256RLE613 Ko Tournesol16 millions 5363 Ko Tournesol16 millionsRLE1745 Ko

35 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format TIFF TIFF (Tagged Image File Format). –Origine Aldus et Microsoft. –Standard de codage des images scannées. –Le plus puissant mais le plus complexe à gérer. –Possibilité d'adaptation et d'évolution. –Différentes versions incompatibles! Caractéristiques : –Noir et blanc à 16 millions de couleurs. –Compression : RLE, LZW, JPEG, compression FAX, ou aucune. –Très bonnes performances en compression d'images noir et blanc. –Fichiers assez gros. Reconnu par une majorité de logiciels.

36 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format TIFF (suite) ImageNb couleursCompressionTaille Droopy256 Sans compression 771 Ko Droopy256LZW364 Ko Droopy2Huffman156 Ko Tournesol16 millions Sans compression 5364 Ko Tournesol16 millionsLZW3395 Ko Tournesol2Huffman462 Ko

37 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format GIF Format GIF (Graphic Interchange Format) : –Compuserve, 1987 : GIF87a. –Très utilisé : LE format du Web avec JPG. Caractéristiques : –256 couleurs parmi 16 millions. –Compression sans perte LZW, efficace s'il y a des zones homogènes. –GIF89a : possibilité de transparence, et d'animation. –GIF89b : possibilité d'entrelacement (chargement graduel de l'image). Reconnu par tous les logiciels ou presque.

38 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format GIF (suite) ImageNb couleursCompressionTaille Droopy256LZW353 Ko Tournesol256LZW1203 Ko

39 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format PNG PNG (Portable Network Graphic). –Pour remplacer le GIF (devenu payant!!!). –Le futur format du Web? Caractéristiques : –16 millions de couleurs. –Compression sans perte LZW. –Possibilité de transparence (niveau de transparence). –Possibilité d'entrelacement (chargement graduel de l'image). –Pas d'animation. Exemples daffichage et transparence

40 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format PNG (suite) ImageNb couleursCompressionTaille Droopy256LZW310 Ko Tournesol16 millionsLZW2723 Ko

41 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format JPG JPG ou JPEG (Joint Photographic Experts Group). –Très utilisé : LE format du Web avec GIF. –JPEG 2000 : compression par ondelettes (extensions :.jpf,.jpx,.jp2, j2c,.j2k,.jpc) Caractéristiques : –Plus efficace que GIF sur des photographies. –16 millions de couleurs. –Compression avec pertes. –Choix du taux de compression : de 1/4 à 1/20. –Pas de transparence, ni d'animation. –Possibilité d'entrelacement (chargement graduel de l'image). –Compression efficace, mais perte de qualité. Reconnu par tous les logiciels ou presque.

42 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Format JPG (suite) ImageNb couleursCompressionTaille Droopy16 millionsTaux 1451 Ko Droopy16 millionsTaux Ko Droopy16 millionsTaux 20119Ko Droopy16 millionsTaux 9917Ko Tournesol16 millionsTaux 1897 Ko Tournesol16 millionsTaux Ko Tournesol16 millionsTaux Ko Tournesol16 millionsTaux 9940 Ko

43 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Autres formats PCX (PiCture eXchange). –Environnement PC (mode CGA). –256 couleurs. –Compression RLE, adapté à de faibles nombres de couleurs. PICT –QuickDraw. –Traite aussi le vectoriel. –Spécifique à Macintosh. FAX –Transmission de documents. –Codage binaire (noir et blanc). –Compression RLC puis type Huffman. TGA –Créé par Truevision (cartes Targa et Vista). –Très puissant (comme TIFF). –Peu connu. –Compression RLC. –Palettes graphiques haut de gamme (PC).

44 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Récapitulatifs : dessin (droopy) FormatNb couleursCompressionTaille BMP Ko BMP256RLE613 Ko TIFF Ko TIFF256LZW364 Ko TIFF2Huffman156 Ko GIF256LZW353 Ko PNG256LZW310 Ko JPG16 millionsTaux 1451 Ko JPG16 millionsTaux Ko JPG16 millionsTaux Ko JPG16 millionsTaux 9917 Ko Compression sans perte : GIF ET PNG. Compression avec pertes : JPG.

45 Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/ Récapitulatifs : image (tournesol) FormatNb couleursCompressionTaille BMP16 millions 5363 Ko BMP16 millionsRLE1745 Ko TIFF16 millions 5364 Ko TIFF16 millionsLZW3395 Ko TIFF2Huffman462 Ko GIF256LZW1203 Ko PNG16 millionsLZW2723 Ko JPG16 millionsTaux 1897 Ko JPG16 millionsTaux Ko JPG16 millionsTaux Ko JPG16 millionsTaux 9940 Ko Compression sans perte : GIF, mais 256 couleurs. PNG, mais compression insuffisante. Compression avec pertes : JPG. JPG !!! Exemples pour résumer


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