Une photo numérique est un tableau de nombres. Le capteur de l’appareil transforme la lumière en valeurs numériques, puis des algorithmes construisent, améliorent et compressent l’image. Comprendre ce codage permet de calculer la taille d’une image, de la transformer par programme et de garder un regard critique sur les images retouchées.
Objectifs
- Distinguer définition et résolution d’une image
- Coder la couleur d’un pixel en RVB et calculer le poids d’une image
- Expliquer le rôle du capteur et des algorithmes de traitement
- Connaître les métadonnées EXIF et la compression
- Appliquer un traitement simple à une image en Python
1. Pixels, définition et résolution
Pixel : Le pixel (de l’anglais picture element) est le plus petit élément d’une image numérique : un petit carré d’une seule couleur.
| Grandeur | Définition | Exemple |
|---|---|---|
| Définition | nombre de pixels de l’image (largeur × hauteur) | 4000 × 3000 = 12 000 000 pixels, soit 12 mégapixels |
| Résolution | nombre de pixels par unité de longueur, en ppp (pixels par pouce, 1 pouce = 2,54 cm) | 300 ppp pour une impression de bonne qualité |
Taille d’impression
- Image de 3000 pixels de large, imprimée à 300 ppp.
- Largeur : 3000 ÷ 300 = 10 pouces.
- 10 × 2,54 = 25,4 cm.
L’image peut être imprimée sur 25,4 cm de large à 300 ppp.
2. Le codage des couleurs
Sur un écran, chaque couleur est obtenue par synthèse additive de trois couleurs primaires : Rouge, Vert, Bleu (RVB, ou RGB en anglais). Chaque composante est codée sur 1 octet (8 bits), donc par un entier de 0 à 255.
| (R, V, B) | Couleur obtenue |
|---|---|
| (0, 0, 0) | noir |
| (255, 255, 255) | blanc |
| (255, 0, 0) | rouge |
| (255, 255, 0) | jaune (rouge + vert) |
| (128, 128, 128) | gris moyen |
- Nombre de couleurs possibles : 256 × 256 × 256 = 16 777 216, soit environ 16,7 millions.
- Poids d’une image non compressée : nombre de pixels × 3 octets.
- Une image en niveaux de gris n’utilise qu’un octet par pixel (0 = noir, 255 = blanc).
Poids d’une photo de 12 mégapixels
- 12 000 000 pixels × 3 octets = 36 000 000 octets
- soit 36 Mo (1 Mo = 1 000 000 octets)
Sans compression, la photo pèserait 36 Mo.
3. Du capteur à l’image
Le capteur d’un appareil photo est couvert de millions de photosites qui mesurent la quantité de lumière reçue. Chaque photosite ne mesure qu’une couleur, grâce à un filtre : dans la matrice de Bayer, la plus répandue, on trouve deux fois plus de filtres verts que de rouges ou de bleus (l’œil humain est plus sensible au vert).
- Dématriçage : un algorithme calcule les trois composantes de chaque pixel à partir des photosites voisins.
- Corrections : balance des blancs, exposition, contraste, réduction du bruit, netteté.
- Compression et enregistrement du fichier avec ses métadonnées.
| Date | Événement |
|---|---|
| Vers 1826-1827 | Nicéphore Niépce réalise la plus ancienne photographie conservée. |
| 1969 | Invention du capteur CCD, qui transforme la lumière en signal électrique. |
| 1975 | Premier prototype d’appareil photo numérique. |
| Années 2000 | Les appareils numériques remplacent l’argentique ; les téléphones intègrent des appareils photo. |
4. Métadonnées, compression et traitement
- Les métadonnées EXIF enregistrent la date, l’heure, le modèle d’appareil, les réglages (ouverture, temps de pose, sensibilité ISO) et parfois les coordonnées GPS du lieu de prise de vue.
- La compression JPEG réduit fortement le poids en supprimant des détails peu visibles : c’est une compression avec perte. Le format PNG compresse sans perte.
Traiter une image revient à appliquer un calcul à chaque pixel. Ici, l’image est une liste de lignes, chaque ligne une liste de pixels (R, V, B).
def negatif(image):
resultat = []
for ligne in image:
nouvelle_ligne = []
for (r, v, b) in ligne:
nouvelle_ligne.append((255 - r, 255 - v, 255 - b))
resultat.append(nouvelle_ligne)
return resultat
def gris(pixel):
r, v, b = pixel
g = (r + v + b) // 3
return (g, g, g)À retenir
- Définition = nombre de pixels ; résolution = pixels par pouce (ppp).
- RVB : 3 composantes de 0 à 255, 1 octet chacune ; environ 16,7 millions de couleurs.
- Poids non compressé = nombre de pixels × 3 octets.
- Capteur (photosites, matrice de Bayer) → dématriçage → corrections → compression.
- EXIF : métadonnées (date, réglages, parfois position GPS) ; JPEG avec perte, PNG sans perte.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.