Introduction à l`imagerie numérique

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Introduction à
l’imagerie numérique
Sommaire
Chapitre 1
La phase d’acquisition
1.1 Introduction à l’imagerie numérique
3
1.2 Le scanner
7
1.3 Le camescope numérique
8
1.4 L’appareil photo numérique
9
Chapitre 2
Traitement de l’image
2.1 La correction
16
2.2 La retouche
16
2.3 L’assemblage
16
Chapitre 3
La restitution
3.1 L’impression
17
3.2 La projection
20
3.3 Annexe
21
3.4 Lexique
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2
Chapitre 1
La phase d’acquisition
1.1 Introduction à l’imagerie numérique
L’image numérique
Une image numérique est constituée de Pixels.
Numérique ou digital : les informations sont codées sous forme chiffrée.
Un pixel est caractérisé par un rapport des couleurs Rouge, Vert, Bleu (RVB).
Par exemple, si pour chaque couleur on a 256 niveaux (2 puissance 8
niveaux), le point constitué de trois couleurs aura 256x256x256 = 16 777
216 couleurs possibles. On dit que la couleur est codée sur 24 bits (3 fois 8
bits) ou a une profondeur de couleur de 24 bits.
En image numérique fixe, le « déclenchement » consiste à stocker
l’information en 24 bits de chaque pixel. Le temps de balayage électronique
du capteur correspond grossièrement au temps d’obturation de l’appareil
argentique.
En image numérique animée, le balayage du capteur est effectué 25 fois par
seconde pour respecter la fréquence du cinéma traditionnel.
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1. La matrice
•
Une image est composée d’une
succession de points collés les uns aux
autres, que l’on appelle des PIXELS
une fois visibles sur l’écran.
•
La vision d’ensemble porte le nom de
MATRICE (un tableau).
Regardez cette matrice !
Chacun de ces points est composé de
trois couleurs : Rouge, Vert, Bleu.
C’est le système R.V.B. que nous
allons détailler à présent.
2. Rouge-Vert-Bleu
Chaque point de l’écran est en réalité
composé de trois sources lumineuses
Rouge, Verte et Bleue : C’est le mode
R.V.B.
Chaque PIXEL perçu par l’œil est donc
composé de trois points se superposant.
Le principe
C’est un système additif.
Quand on juxtapose de manière égale
ces trois couleurs primaires, une
lumière blanche apparaît au centre.
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La chaîne numérique
La chaîne numérique s’oriente autour de trois phases principales :
1. La phase d’acquisition
L’acquisition est la transformation de la réalité (scène ou document) en fichier
informatique.
Elle est faite par des capteurs que l’on appelle plus spécifiquement CCD.
Éléments CCD
La lumière est projetée sur le C.C.D.
(Charge Couple Device) qui convertit
ces informations en données
numériques.
Cette étape consiste à prendre des images, issues de différentes sources et de les
transférer dans votre PC.
Les scanners, les appareils photos numériques ou cameras vidéos utilisent
généralement le principe des capteurs CCD (Charge Couple Device). C’est à dire que
des milliers de petits « yeux » photographient chacun des points de l’image qui
s’afficheront sur votre écran.
La qualité de numérisation dépend entre autre de la qualité de résolution de ces
appareils.
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Trois possibilités s’offrent à vous pour importer, au choix :
• L’image située dans un scanner à l’aide du Pilote.
• L’image provenant d’un appareil photo numérique.
• L’image provenant d’un camescope numérique.
2. Le traitement
Le traitement est une série de corrections et de retouches de l’image.
- On peut ainsi rectifier les défauts survenus lors de la prise de vue : correction de
couleurs, de luminosité, rayures …
- On peut aussi modifier le document (enlever ou ajouter un personnage, effacer
des éléments non souhaités…)
- Compresser l’image pour rendre le fichier d’origine plus compact.
3. La restitution
La restitution sert à diffuser l’image.
- Sur papier
- Par projection
- Par envoi électronique
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1.2 Le scanner
Fonctionnement d’un scanner
La surface de référence des
scanners est le A4 (21x29,7
cm), parfois le legal US
(21,6 x 35,6cm).
La densité des capteurs
détermine la définition
optique (600, 1200 voire
2400 points par pouce
linéaires).
Les constructeurs parlent
parfois de densité interpolée
(les points intermédiaires
sont calculés en fonction de
la valeur des points voisins)
et un 1200 points optiques
peut donner des fichiers en
9600 points interpolés.
Cependant, la densité
optique est le critère de
base !
Les capteurs CCD
permettent de numériser des
objets qui ne sont pas
strictement appliqués sur la
vitre alors que les CIS ne
voient que ce qui est pressé
contre la vitre (Le plus
répandu reste le CCD).
La quasi totalité des
scanners est reliée au PC par
l’interface USB.
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1.3 Le camescope numérique
Le caméscope est destiné à capter des
images animées, il est moins exigeant
en définition puisque l’œil associe les
images successives et compense donc
la netteté. Un caméscope se révèle
donc être un très modeste appareil
photo numérique à la définition à peine
suffisante.
Le principe de compression vidéo
(MPEG par exemple) est basé sur le
découpage en séquences bornées par
deux images clefs ; chacune des
images intermédiaires étant
représentée par la différence sur
l’image qui la précède.
Les CODECS correspondent à différents
algorithmes ; ils servent à compresser
les vidéos lors de l’enregistrement et à
décompresser lors de la lecture.
Le problème des camescopes
numériques vient du compromis réalisé
entre la qualité des images et de la
fluidité du film.
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1.4 L’appareil photo numérique
On pourrait penser que les appareils
photos numériques ressemblent aux
appareils photos argentiques.
Ils sont tous les 2 équipés d’une
optique (assemblage de lentilles), d’un
diaphragme et d’un obturateur.
Toutefois, dans le cas de l’argentique,
l’image est impressionnée sur une
pellicule photo tandis que le numérique
enregistre l’image sur des cellules
photos électriques.
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Découpe d’un appareil photo numérique
Le nombre de pixels s’exprime en méga pixels (millions de pixels) mais les fabricants
disent rarement la taille physique du capteur, or une trop forte densité sur une petite
surface détermine un bruit de fond (apparition de valeurs aberrantes pour certains
pixels) nécessitant de baisser leur sensibilité et de traiter l’image par des moyens
informatiques pas nécessairement maîtrisés par tous les constructeurs.
Le nombre de pixels est déterminant pour la finesse de l’image mais cette notion est à
rapprocher de l’usage prévu de la photo : un capteur de 2 méga pixels donnera une
photo parfaite en 10x15 cm et quasi parfaite en 15x20cm.
Les photo sites ne voient qu’une couleur déterminée par le filtre placé à l’avant. Ils
délivrent cependant un message en 3 couleurs par interpolation d’information avec les
sites voisins : le capteur filtré en Bleu par exemple détermine la quantité de lumière
Verte et Rouge d’après la quantité de lumière reçue par les sites voisins filtrés en
vert et en rouge (RVB).
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Le stockage
Les appareils traduisent l’image en fichier. Le RAW est le fichier natif issu
directement du calculateur, il est d’un format spécifique à l’appareil.
Le TIFF est un standard de compression sans altération : l’image originale est
respectée mais encore encombrante.
Le JPEG est un format dont on peut faire varier le taux de compression. A taux
faible, on perd très peu d’informations ; à forte compression, l’image résultante a
perdu des informations. Pour compresser, le système associe des pixels
d’information semblable pour coder une seule définition. Les fichiers comportants
des zones uniformes (ciel, mer …) prendront moins de place que des fichiers très
détaillés (sous bois, ville …).
Le GIF se limite à 256 couleurs au maximum et sera réservé aux images
comportant des aplats de couleurs et peu de dégradés.
Les formats standard de mémoires évoluent pour prendre de moins en moins de
place tout en étant de plus en plus fiables, la technologie est celle des mémoires
flash dont les informations sont conservées même sans alimentation électrique.
La capacité d’une carte en nombre de clichés est fonction de
la taille du fichier et donc du type de capteur, du taux de
compression et de la définition choisie.
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La taille des photos
Le capteur génère une image dont la taille est fonction du capteur et de la
profondeur de couleur.
Par exemple, un capteur générant une image de 1530 x 2048 pixels en 24 bits
nécessite 1530 x 2048 x 24 = 75 202 560 bits ou 75 202 560 / 8 =9 400 320
octets ou 9,4 méga octets. Une carte de 64 Méga octets ne stockera que 6
images !
La compression JPEG minimum ramènera l’image d’origine de notre exemple à un
peu moins de 2 MO et si on compresse davantage en restant dans des limites
tolérables, on peut descendre à 700 KO. Dans ce cas, on stockera 30 à 100 images.
Les appareils permettent de prendre les clichés avec une partie des capteurs
seulement. Un appareil de 1530 x 2048 pixels permettra de prendre une photo en
1024x768 par exemple par interpolation de pixels. Le fichier généré sera dégradé
mais de taille bien plus modeste. Ceci est suffisant dans certains cas.
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Image numérisée en 300 * 300 dpi
L’image de gauche est numérisée en
300 ppp. C’est une image de bonne
qualité formée par un nombre
important de pixels.
L’image ci-dessous est formée par un
nombre limité de pixels dans la mesure
où elle est numérisée en 100 ppp.
Cette image est donc de moins bonne
qualité mais elle prend aussi moins de
place dans le disque dur de votre
ordinateur.
Image numérisée en 150 * 150 dpi
LE C.C.D est alors composé de 150
capteurs par colonne.
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La résolution des images
C’est la résolution qui définit la qualité de
l’image. Plus celle-ci est élevée, plus l’image
est détaillée.
Vous n’utiliserez pas la même résolution
pour une image destinée à l’impression que
pour l’envoyer par e-mail.
Il existe un rapport direct entre le poids (en
Ko), la taille (en Cm) et la résolution des
images (en dpi ou ppp).
A 150 dpi, l’image ci-dessus pèse 50
Ko.
La même image, ci-contre numérisée à
75 dpi ne pèse plus que 12 Ko.
Attention :
Si vous conservez la même taille pour
l’image numérisée en 72 dpi, vous
observerez une perte de qualité.
En effet, moins de pixels composent
cette image, ce qui explique sa qualité
médiocre.
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Le transfert des photos
Pour transférer des photos de l’appareil à
l’ordinateur, les fabricants livrent un câble de
liaison, en général USB et un logiciel de
transfert.
Des fabricants livrent les appareils avec une station d’accueil,
celle-ci est connectée au PC en permanence, le simple fait de
poser l’appareil sur la station transfère les images et recharge
les batteries de l’appareil.
Des appareils modernes sont reliés par un standard FIREWIRE
qui permet des débits donc des temps de transfert beaucoup
plus courts.
En insérant une carte dans les lecteurs, reliés au PC, on assure
le transfert des données.
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Chapitre 2
Traitement de l’image
Les créations
Vous allez pouvoir :
z Personnalisez vos documents avec :
- Des cartons d’invitation
- Des faire-part
- Envoyer une photo par e-mail
- Réaliser votre album photo
numérique
- Réaliser vos sites Web
z Corriger des photos
-
Le contraste
La luminosité
Les couleurs dominantes
Les rayures
Les yeux rouges
z Recadrer
z Isoler une partie de l’image
z Appliquer des effets
Les plus courants :
•
ADOBE
Photodeluxe
Photoshop (LE)
•
Corel
Photo house
•
Macromédia
Fireworks
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•
Microsoft
Photo Editor (Avec le PACK
office)
Photo draw
•
Ulead
Photoimpact
•
JASC
Paint shop pro
Chapitre 3
La restitution
Comme une photo argentique, l’image numérique peut se transférer sur
papier imprimé, par diaporama électronique ou par Internet.
Le même document peut utiliser les trois voies et par exemple être expédié
sous forme très compressée.
La résolution des imprimantes se calcule aussi
en dpi ( ou ppp) et leurs caractéristiques à
l’heure actuelle varient de 360 (qualité
normale) à 2800 dpi.
3.1 Les modes d’impression
L’impression jet d’encre consiste à envoyer
sur le papier de minuscules gouttes d’encre
Cyan, Magenta et Jaune pour créer
l’image définitive à partir des petits points
colorés obtenus (CMJN).
Les imprimantes laser sont moins bien
adaptées à l’impression des photos par
l’impossibilité de mélanger les colorants et
donc à former des demi teintes.
C’est cependant le laser qui donne les
meilleurs résultats sur papier ordinaire
mais aussi qui produit les documents les
moins chers.
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La résolution et la taille d’impression
Le document pris en 2 méga pixels sera parfait en 10x15 mais on commencera à voir
nettement les points à partir de 20x30. L’imprimante elle, donnera toujours la même
définition, quelle que soit la surface imprimée.
Schéma 1:
Les tailles d’impression en fonction de la résolution de la photographie
Schéma 2:
Le nombre de pixels en fonction de la taille d’impression désirée
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Le papier et les encres
L’encre est constituée de colorants et de solvants, c’est un produit technique
complexe soumis à des contraintes extrêmes.
Pour se fixer sur le papier rapidement (jusqu’à 25 mille gouttes par
seconde), l’encre doit être attirée par lui afin de ne pas rebondir, mais pas
trop afin de ne pas s’étaler ! La tension superficielle de ces deux éléments
doit donc être complémentaire, surtout pour le papier photo dont la surface
brillante micro poreuse doit en outre laisser pénétrer l’encre.
Dans le temps, les composants chimiques de l’encre et du papier ne doivent
pas interagir entre eux ni avec les polluants atmosphériques courants pour
que l’image ne se dégrade pas trop dans le temps...
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3.2 La projection
1)
Le vidéo projecteur
Vos images pourront être diffusées par un vidéo projecteur !
Voici les définitions courantes des projecteurs:
SXGA:
XGA:
SVGA:
VGA:
1280 x 1024 pixel soit 1,3 méga pixels.
1024 x 768 pixel soit 0,8 méga pixels.
800 x 600 pixel soit 0,48 méga pixels.
640 x 480 pixel soit 0,31 pixels. …
Il sera donc préférable de dégrader dans la définition du projecteur les images à
afficher pour alléger la taille des présentations qui n’auront donc pas la qualité
des projections de diapositives.
2) Les images et Internet
Vos images pourront également être diffusées sur un site Internet ou envoyées
par courrier électronique.
Le problème majeur reste l’adéquation entre la qualité du cliché et le temps de
transmission en rapport avec le type de connexion Internet dont on dispose.
Une photo de 1 Méga octet sera transmise en quelques secondes en très haut
débit, il lui faudra quelques minutes en connexion par modem RTC (modem
raccordé sur la ligne de téléphone).
Il sera donc nécessaire d’utiliser les formats Gif et Jpeg dont nous avons parlé
auparavant pour leur donner une taille suffisamment réduite et être ainsi
accessible plus rapidement.
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3.3 L’annexe
♦
La consultation
Consulter, regarder et manipuler vos images nécessite en général l’utilisation de
logiciels spécifiques.
Un logiciel de consultation qui se comporte comme une table lumineuse pour des
diapos. Les images d’un fichier sont visibles sous forme de petites icônes.
Le plus commun est ACDSEE que l’on peut acheter en boutique ou essayer pour
une durée de 2 mois en le téléchargeant sur le site www.ACDSYSTEMS.COM.
XNVIEW est un autre logiciel proposant les mêmes services mais totalement
gratuit.
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LEXIQUE
♦
Pixel : contraction de l'expression anglaise Picture Element ; la plus petite
représentation graphique sur un écran auquel peut être attribué la luminosité, la
couleur, le clignotement.
♦
Bits : c'est la plus petite représentation numéraire des systèmes d'informations,
elle ne peut prendre que deux valeurs 0 et 1.
8 bits représentent un octet (bytes en anglais).
♦
Argentique : procédé d'impression de la photographie classique, les rayons
lumineux noircissent plus ou moins fortement les ions argents présents sur la
pellicule photo, ce qui va reproduire l'image photographiée.
♦
CCD : de l'anglais Couple Charged Device, ce sont les cellules photos-sensibles
que l'on trouvent sur les appareils photos numériques, ils transforment l'énergie
lumineuse reçue en signal électrique.
♦
USB : de l'anglais Universal Serial Bus. C'est une norme de connexion de
périphériques externes, dont l'intérêt est d'être beaucoup plus rapide que le port
série.
♦
FIREWIRE : c'est une norme de connexion de type série à très haut débit (10 à
40 Mo/s maximum). Elle est utilisée notamment pour connecter au PC des
périphériques externes très rapides (graveurs externes, disques durs externes,
caméras vidéo, etc..) .
♦
CODECS : Codec est l'abréviation de COmpression-DECompression. Il s'agit
d'algorithmes appliqués à un ensemble de données, utilisés en vidéo numérique
pour diminuer le volume des données.
♦
MPEG : Motion Picture Experts Group. Norme de compression pour le son et les
images en temps réel.
En compression vidéo, le principe de base est de ne stocker que ce qui change
d'une image à une autre. Le format MPEG2 équivaut, en qualité d'image, au VHS.
♦
DPI : de l'anglais Dot Per Inch ou Point Par Pouce (PPP). C'est la densité de CCD
par pouce linéaire, dans le cas des scanners des appareils photos et caméscopes
numériques.
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LEXIQUE
♦
Interpolation : Calcul de données supplémentaires afin d'augmenter la
résolution d'une image, la qualité d'un son. On distingue, par ordre de qualité
croissante, l'interpolation par proximité, l'interpolation bilinéaire, l'interpolation
bicubique.
♦
Photosites : Un photosite est constitué d'un substrat de silicium dopé, sur lequel
on a déposés un isolant et une électrode, tous deux étant transparents.
Lorsqu'un photon arrive sur le photosite, il traverse l'électrode et l'isolant, et
donne lieu à la génération d'une charge négative lorsqu'il atteint de substrat de
silicium.
Les charges négatives ainsi formées sont "stockées" dans le photosite grâce à
l'action de l'électrode qui est chargée positivement.
Résultat : l'image est enregistrée sous la forme de charge électriques contenues
dans les photosites.
♦
RAW : Un fichier au format RAW est un fichier qui contient les niveaux de lumière
enregistrés par le capteur.
Ce "négatif digital" présente de nombreux avantages. Le format RAW est un
format haute résolution beaucoup plus compact que le format TIFF (fichiers 2 fois
plus petits).
Le traitement de l'image peut être plus complexe puisqu'il s'appuie sur le
processeur de votre PC qui est plus puissant que le processeur de votre appareil.
Le format RAW est le plus adapté à la pratique du labo numérique. L'image n'a
pas subi de compression et la profondeur des couleurs est supérieure au 24 bits
du format TIFF ou JPEG (30 bits pour le Canon PRO70, 36 bits pour le Nikon D1).
Elle n'a pas non plus subi de traitement interne et le rendu des couleurs est très
naturel.
Il n'existe pas de format RAW standard et vous devez impérativement passer par
le driver du constructeur pour visualiser les photos.
♦
TIFF : de l'anglais Tagged Image File Format, c’est un format d'image non
compressé.
♦
GIF : Graphics Interchange Format, format de fichiers graphiques très utilisés
dans la conception de pages Web.
Le nombre de couleurs de ce type d'image est limité à 256 et peut gérer la
transparence.Compact Flash Carte mémoire ou carte fonction amovible
réinscriptible mise au point par Sandisk en 1994.
Ce format de carte mémoire, probablement le plus répandu, est utilisé par Canon,
Nikon, Casio, Kodak ...
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LEXIQUE
Cette carte est dotée d'un contrôleur intégré.
Il en existe deux versions : la CF1 de 3.3 mm d'épaisseur et la CF2 qui a 5 mm
d'épaisseur.
♦
JPEG : Joint Photographic Experts Group
Format de d'image compressé avec pertes de données.
C'est la norme de fait de compression d'image dans les appareils photo
numériques. La compression JPEG est basée sur le codage des couleurs,
sachant qu'un appareil photo numérique restitue 16.7 millions de couleurs et
que l'oeil humain n'en perçoit que 2500, la compression JPEG réduit donc le
nombre d'informations concernant les couleurs.
Le taux de compression est réglable. L'information concernant la luminosité
étant plus importante que l'information couleur, la plupart des pixels stockent
ici uniquement l'information luminosité.
Lorsque le fichier JPEG est ouvert, la couleur manquante est automatiquement
calculée à partir de l'information existante.
♦
SXGA : Super Extended Graphics Array
Désigne une résolution image de 1280 x 1024.
♦
SVGA : Super VidéoGraphics Array
Super VGA, fait référence à une résolution d'affichage d'écran égale à 800 x
600.
♦
CMYK CMJN : Cyan, Magenta, Yellow et Key
Cyan, magenta, jaune et noir (CMJN en français).
Il s'agit des couleurs utilisées pour l'impression en couleurs. (synthèse
soustractive des couleurs).
Le blanc est la couleur par défaut (en fait, la couleur du papier) et le noir est
obtenu par addition du cyan, du jaune et du magenta à leur intensité maxi
male .
En pratique, le noir obtenu n'est pas vraiment noir. Il est plutôt marronverdâtre. Pour obtenir un vrai noir, on va donc soustraire la part de noir du
cyan, du magenta et du jaune et il sera reproduit par de l'encre noire.
l'espace colorimétrique devient donc CMJN.
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LEXIQUE
♦
RVB : Rouge, Vert , Bleu (Red, Green, Blue en anglais = RGB)
Les trois couleurs de base de la synthèse additive des couleurs.
Votre écran et votre imprimante ne reproduisent pas les couleurs avec le
même espace colorimétrique.
L'écran travaille avec l'espace RVB. Le noir est la couleur par défaut et le
blanc est obtenu par addition du rouge du vert et du bleu à leur intensité
maximale.
Vous venez de voir avec nous un cours sur L’imagerie numérique.
Copyright © 2000-hc
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