Université de Technologie de Belfort Montbéliard par S. Lamrous Le 04/04/2007 1 « Il n'y a pas...

Le 04/04/2007

Université de Technologie de Belfort Montbéliard

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par S. Lamrous

« 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 petitepartie du spectre général desradiations électromagnétiques dont la longueur d'onde est comprise entre 380 nm et780 nm (1 manomètre = 10-9 m).

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Image : codage des couleurs

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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.

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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.

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Cônes et bâtonnets•Les cônes

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.

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par S. Lamrous« 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

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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.

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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

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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.

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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∈

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par S. LamrousValeur 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.

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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.

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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 trousà raison d’un par triplet de phosphores – évite que les faisceaux d’une couleur aillent heurter des phosphores d’une autre couleur.

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Tube cathodique

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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.

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par S. LamrousEspace 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.

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Image : codage de la couleur

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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.

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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

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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,...).

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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 dupneu sans altérer la qualité de l'image.

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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.

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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.

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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.

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Redimensionnement d'une image vectorielle

Bitmap Vectorielle

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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.

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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.

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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

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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).

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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.

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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

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Formats d'images matricielles

• Un grand nombre de formats existent.

• Caractéristiques : – Nombre de couleurs. – Méthode de compression utilisée. – Contexte d'utilisation.

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Comparaison : taille des fichiers pour les images :

Nom Résolution DéfinitionNombre de

couleursImage

Droopy 1024x768 72 DPI 256

Trounesol 1600x1144 72 DPI 16 millions

Exemples de résolution

Exemples de numérisation

Exemples de taille

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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

Droopy 256 RLE 613 Ko

Tournesol 16 millions 5363 Ko

Tournesol 16 millions RLE 1745 Ko

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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.

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Format TIFF (suite)


Droopy 256Sans

compression771 Ko

Droopy 256 LZW 364 Ko

Droopy 2 Huffman 156 Ko

Tournesol 16 millionsSans

compression5364 Ko

Tournesol 16 millions LZW 3395 Ko

Tournesol 2 Huffman 462 Ko

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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.

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Format GIF (suite)



Tournesol 256 LZW 1203 Ko

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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

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Format PNG (suite)



Tournesol 16 millions LZW 2723 Ko

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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.

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Format JPG (suite)Image Nb couleurs Compression Taille

Droopy 16 millions Taux 1 451 Ko

Droopy 16 millions Taux 10 159 Ko

Droopy 16 millions Taux 20 119Ko

Droopy 16 millions Taux 99 17Ko

Tournesol 16 millions Taux 1 897 Ko




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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).

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Récapitulatifs : dessin (droopy) Format Nb couleurs Compression Taille

BMP 256 770 Ko

BMP 256 RLE 613 Ko

TIFF 256 771 Ko

TIFF 256 LZW 364 Ko

TIFF 2 Huffman 156 Ko

GIF 256 LZW 353 Ko

PNG 256 LZW 310 Ko

JPG 16 millions Taux 1 451 Ko




Compression sans perte : GIF ET PNG. Compression avec pertes : JPG.

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Récapitulatifs : image (tournesol) Format Nb couleurs Compression Taille

BMP 16 millions 5363 Ko

BMP 16 millions RLE 1745 Ko

TIFF 16 millions 5364 Ko

TIFF 16 millions LZW 3395 Ko

TIFF 2 Huffman 462 Ko

GIF 256 LZW 1203 Ko

PNG 16 millions LZW 2723 Ko





Compression sans perte : GIF, mais 256 couleurs. PNG, mais compression insuffisante.

Compression avec pertes : JPG. JPG !!!

Exemples pour résumer

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