Le spectre des radiations électromagnétiques « Il n'y a pas d'image sans lumière » [J.P.Achard] 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 = 10-9 m). Le spectre des radiations électromagnétiques Le 04/04/2007

Image : codage des couleurs

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. Le 04/04/2007

La théorie de l'analyse trichrome S'appuie sur la différence de sensibilité des neurones visuel. La rétine de l’oeil 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 (10 000 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. Le 04/04/2007

Cônes et bâtonnets Les cônes Les bâtonnets lumière intense, la vision nette des détails, la vision des couleurs. Les bâtonnets une grande sensibilité (10 000 fois plus sensible que les cônes) bas niveau de lumière moins précis ne différencient pas les couleurs. Le 04/04/2007

« Nous ne voyons pas avec nos yeux mais avec notre cerveau » [J. P « 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 Le 04/04/2007

Perception de la couleur Lorsqu'on regarde un objet, l’oeil 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 qu’il absorbe moins les radiations bleues que les vertes et les rouges. Dit autrement : la nature de la source lumineuse influence la perception des couleurs. Le 04/04/2007

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 Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

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 Le 04/04/2007

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 = 16 777 216 couleurs. Ce nombre est largement suffisant en égard aux performances du système visuel humain qui discerne 350 000 couleurs différentes. Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

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 d’un par triplet de phosphores – évite que les faisceaux d’une couleur aillent heurter des phosphores d’une autre couleur. Le 04/04/2007

Tube cathodique Le 04/04/2007

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, BlacK. Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

Image : codage de la couleur

Codage des images Pour chaque pixel : stocker la couleur. Coder une image : Les pixels. 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. Le 04/04/2007

Méthode simple Exemples 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 Le 04/04/2007

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,...). Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

Les Images Vectorielles La taille d’une 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 d’une 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. Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

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 65535 objets au maximum. Le 04/04/2007

Redimensionnement d'une image vectorielle Bitmap Vectorielle Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

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 Taille En octets En Ko Noir et Blanc X*Y*(1/8) 98.304 96 Ko Palette de 16 couleurs X*Y*(1/2) 393.216 384 Ko Palette de 256 couleurs X*Y 786.432 768 Ko True Color, 16 millions de couleurs. X*Y*3 2.359.296 2.304 Ko Le 04/04/2007

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). Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

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 Le 04/04/2007

Formats d'images matricielles Un grand nombre de formats existent. Caractéristiques : Nombre de couleurs. Méthode de compression utilisée. Contexte d'utilisation. Le 04/04/2007

Comparaison : taille des fichiers pour les images : Nom Résolution Définition Nombre de couleurs Image Droopy 1024x768 72 DPI 256 Trounesol 1600x1144 16 millions Exemples de résolution Exemples de numérisation Exemples de taille Le 04/04/2007

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. Image Nb couleurs Compression Taille Droopy 256   770 Ko RLE 613 Ko Tournesol 16 millions 5363 Ko 1745 Ko Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

Format TIFF (suite) Image Nb couleurs Compression Taille Droopy 256 Sans compression 771 Ko LZW 364 Ko 2 Huffman 156 Ko Tournesol 16 millions 5364 Ko 3395 Ko 462 Ko Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

Format GIF (suite) Image Nb couleurs Compression Taille Droopy 256 LZW 353 Ko Tournesol 1203 Ko Le 04/04/2007

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 d’affichage et transparence Le 04/04/2007

Format PNG (suite) Image Nb couleurs Compression Taille Droopy 256 LZW 310 Ko Tournesol 16 millions 2723 Ko Le 04/04/2007

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. Le 04/04/2007

Format JPG (suite) Image Nb couleurs Compression Taille Droopy 16 millions Taux 1 451 Ko Taux 10 159 Ko Taux 20 119Ko Taux 99 17Ko Tournesol 897 Ko 457 Ko 346 Ko 40 Ko Le 04/04/2007

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). Le 04/04/2007

Récapitulatifs : dessin (droopy) Format Nb couleurs Compression Taille BMP 256   770 Ko RLE 613 Ko TIFF 771 Ko LZW 364 Ko 2 Huffman 156 Ko GIF 353 Ko PNG 310 Ko JPG 16 millions Taux 1 451 Ko Taux 10 159 Ko Taux 20 119 Ko Taux 99 17 Ko Compression sans perte : GIF ET PNG. Compression avec pertes : JPG. Le 04/04/2007

Récapitulatifs : image (tournesol) Format Nb couleurs Compression Taille BMP 16 millions   5363 Ko RLE 1745 Ko TIFF 5364 Ko LZW 3395 Ko 2 Huffman 462 Ko GIF 256 1203 Ko PNG 2723 Ko JPG Taux 1 897 Ko Taux 10 457 Ko Taux 20 346 Ko Taux 99 40 Ko Compression sans perte : GIF, mais 256 couleurs. PNG, mais compression insuffisante. Compression avec pertes : JPG. JPG !!! Exemples pour résumer Le 04/04/2007