La photo numérique et son codage

  • Post last modified:30 novembre 2022
  • Temps de lecture :15 min de lecture
  • Post category:SNT

L’exemple de la photo numérique est caractéristique des façons de procéder de la révolution informatique par rapport aux approches traditionnelles. Les technologies de la photographie argentique d’antan ont eu une évolution très lente, liée aux progrès en optique, mécanique et chimie.

Boite en bois avec un objectif : le tout représantant un viel appareil photo argentique
Ancien appareil photo avec plaque argentique
Un téléphone portable et un appareil photo numérique à coté d'un ordinateur
Un téléphone portable et un appareil photo numérique

Ce n’est plus du tout le cas de nos jours, davantage due aux algorithmes qu’à la physique :

  • algorithmes de développement 
  • algorithmes d’amélioration de l’image brute
  • algorithmes d’aide à la prise de vue.

La photographie numérique présente un coût marginal très faible et une diffusion par internet facile et immédiate : chaque jour, des milliards de photos sont prises et partagées

Qu'est-ce qu'une image numérique?

Une image numérique est une série de points appelés pixels (picture element ; des carrés alignés) possédant chacun une couleur bien précise.

Décollage de la fusée Ariane 5 de l'E.S.A.
Décollage de la fusée Ariane 5 de l'ESA. Définition de l'image : 750 000 pixels
Image pixelisée du décollage de la fusée Ariane 5.
Image pixelisée du décollage de la fusée Ariane 5. Définition de l'image : 540 pixels

Qu'est-ce que la " Définition d'une image "

La définition d’une image numérique est le nombre de pixels en tout qui compose l’image.

Exemple :

  • L’image gauche de la fusée Ariane a une taille de 1000 px par 750 px. Sa définition est de 1000 px × 750 px = 750 000 pixels = 750 kilopixels.
  • L’image pixelisée à droite a une taille de 27 px par 20 px. Sa définition est donc de 27 px × 20 px = 540 pixels.

Qu'est-ce que la " Résolution d'une image "

La résolution d’une image numérique correspond à un nombre de pixel par unité de longueur.

Exemple :

Unité simple : Le pixel/cm. Si on a 100 pixel/cm, il y a donc 100 pixels tous les 1 cm.

Unité employées par les logiciels : le ppp (pixel par pouce ; 1 pouce = 2,54 cm) ou parfois le dpi (dots per inchs).

Si on a 300 ppp (ou 300 dpi), il y a donc 300 pixels tous les 1 pouce (2,54cm).

Exercice 1 : Utilisation du vocabulaire

Rédiger les réponses sur un fichier de traitement de texte (word, write…) :

  1. Quelle est, en pixel, la taille ou dimension (Longueur et largeur en pixels) de l’image ci-dessus ?
  2. Quelle est la définition de cette image encadrée ?

Traitement d'une image numérique à l'aide d'un logiciel

  • Télécharger l’image ci-dessous (clique-droit dessus puis « Enregistrer sous… » dans le dossier « Documents / SNT / Photo numérique« )
  • L’ouvrir avec le logiciel GIMP (version 2.10).
Vue de la planète Terre depuis l'espace
  • Vous allez modifier la taille de l’image (=sa définition) en 8 x 8 pixels. Pour ce faire, allez dans l’onglet : (voir image ci-dessous)

  • Observer l’effet de la pixelisation sur l’image ; l’image étant devenu toute petite, vous devez zoomer en appuyant sur la touche « ctrl » de votre clavier ET en roulant la molette de votre souris.  
  • Dans l’onglet Fichier / Exporter sous…, sauvegarder cette image dans le dossier : Document / SNT / Photo numérique, en la nommant « Terre-pixelisée-colorée » au format (ou extension) jpg.

Exercice 2 :

Insérer la photo pixélisée « Terre pixélisée colorée » dans le même document de traitement de texte que l’exercice précédent.

Comment une image en Noir & Blanc est-elle codée ?

  • Gardez la même image modifiée précédemment avec Gimp : « Terre pixélisée colorée »
  • Pour transformer l’image en noir et blanc : dans l’onglet « Image / Mode / Couleurs indexées » cocher la case « Utiliser la palette noir et blanc sur 1 bit »
  • Pour enregistrer cette image au format PBM : Fichier / Exporter sous… (une fenêtre apparait comme sur l’image quelques lignes plus bas).
    • Changer le nom du fichier : (voir l’image ci-dessous). Nommer l’image : « Terre pixélisée NB »
    • Choisir le format ou extension PBM : voir l’image ci-dessous.

Fenêtre apparaissant sur le logiciel Gimp après être allé dans les onglets "Fichier / Exporter sous..."

  • Cliquer sur « Exporter » en bas à droite
  • Sélectionner « code ASCII » pour l’encodage.
  • Ouvrir ensuite ce nouveau fichier image avec un logiciel éditeur de texte (notepad+ ou sublimetext ou textedit…).
  • Observer les informations contenues lorsqu’un éditeur de texte ouvre une image.

Exercice 3 :

  1. Copier-coller les suites de 0 et de 1 dans le même document de traitement de texte que l’exercice précédent.
  2. Faites les retours à la ligne adéquats pour reproduire la photo numérique pixelisée en noir et blanc.

Comment une image en niveaux de gris est-elle codée ?

Exercice 4 :

  • Rouvrir la photo « Terre-pixelisée-colorée » avec Gimp.
  • Pour transformer l’image en niveaux de gris : même méthode que le noir et blanc (voir plus haut) mais en choisissant « niveaux de gris ».
  • Pour exporter l’image au format ou extension PGM : même méthode que plus haut mais vous devez choisir dans la liste *.pgm (et non pas *.pbm) ; l’enregistrer en la nommant « Terre pixelisée NG »
  • L’ouvrir avec un logiciel éditeur de texte (wordpad ou notepad+ ou textedit…)
  • Une série de nombres s’affiche. Chacun d’entre eux correspond à un pixel.
  1. Quel est le nombre le plus élevé de la liste ?
  2. Sachant que chaque nombre que vous lisez correspond à 1 pixel, combien de niveau de gris existe-t-il ?
  3. Associer à chaque schéma la matrice de valeur de pixel correspondant.

Remarque : Dans ce codage, le noir représente la valeur minimale, soit 0, et le blanc la valeur maximale.

Calcul du poids d'un fichier

Pour calculer la place ou le poids qu’occupera un fichier sur un disque dur, vous pouvez consulter le site web suivant : formation.dunoyer.free.fr

Pour la suite, nous n’allons plus travailler avec un logiciel comme Gimp installé localement (=sur notre ordinateur) mais avec un neticiel ; un logiciel installé dans un datacenter ou centre de données (=cloud). Les traitements et calculs nécessaires sont réalisés sur leurs serveurs.

Exercice 5 : L'image en noir et blanc

  • Télécharger l’image ci-dessous (clique-droit dessus puis « Enregistrer sous… » dans le dossier « Documents / SNT / Photo numérique« )
  • Rendez-vous sur le site deleze.net en cliquant sur le lien hypertext.
Image d'un ordinateur quantique de IBM
Photo d'un ordinateur quantique (IBM)

Rentrer les paramètres suivants sur la page web du site deleze.net : 

  • Nombre de gros pixel / sur la hauteur : 20
  • Taille d’un gros pixel : 1
  • Couleur initial des gros pixel : Couleur moyenne de la case
  • Nombre maximal de couleur : Noir et blanc
  • Format : PNG
  • Cliquer sur pixeliser et enregistrer cette image dans votre dossier SNT en le nommant correctement.

Travail :

  1. Nous avons vu précédemment que chaque pixel en noir et blanc est codé 0 ou 1 pour blanc ou noir. Calculer, en octet, le poids théorique de cette image en noir et blanc.
  2. Rendez-vous dans le dossier contenant l’image et cliquer-droit dessus pour afficher ses « Propriétés ». Noter le poids occupé par le fichier. Comparer avec votre valeur théorique.

Exercice 6 : L'image en 4 niveaux de gris

Rentrer les paramètres suivants :

  • Nombre de gros pixel / sur la hauteur : 20
  • Taille d’un gros pixel : 1
  • Couleur initial des gros pixel : Couleur moyenne de la case
  • Nombre maximal de couleur : 4 niveaux de gris
  • Format : PNG
  • Cliquer sur pixeliser et enregistrer cette image dans votre dossier SNT en la nommant correctement.

Travail :

  1. L’image est codée en 4 niveau de gris. Combien de bits est-il nécessaire pour avoir 4 gris différents ?
  2. Calculer, en octet, le poids théorique de cette image en 4 niveaux de gris.
  3. Rendez-vous dans le dossier contenant l’image et cliquer-droit dessus pour afficher ses « Propriétés ». Noter la taille ou poids occupé par le fichier. Comparer avec votre valeur théorique.

Exercice 7 :

Mais d’où provient la différence entre le poids théorique d’une photo numérique et son poids réel ?

Travail :

  1. A l’aide du document pdf accessible sur le site pedagogie.ac-nantes.fr, répondre à la question précédente. 

Les métadonnées d'une image numérique

La différence est due aux informations attachées à la photo. On appelle « exif » : toutes les métadonnées liées à une photo numérique.

  • Sur votre téléphone portable, rendez-vous dans votre galerie photo.
  • Choisissez une photo et  consulter les données exif de celle-ci ; parfois, elles sont notées par un i ou propriétés pour y accéder.

Si vous ne disposez pas de téléphone portable :

  • Télécharger une photo sur le web
  • Rendez-vous sur le site verexif.com
  • Télécharger votre photo sur le site puis « Afficher exif ».

Exercice 8 :

  1. Noter les infos ISO, Sensibility, EV, Focal et les autres.

Pour comprendre à quoi correspondent les ISO, sensibilité etc…, on s’aidera de la simulation d’expérience ci-dessous puis réalisez le travail demandé ci-dessous.

Les réglages de l'appareil photo numérique / téléphone portable

Vous pourrez effectuer des réglages sur la vitesse d’obturation, l’ouverture, la sensibilité, et l’exposition. Une fois la photo prise, des explications sont proposées et vous pouvez en faire d’autres pour comparer vos différents réglages.

Exercice bonus :

Indiquer à quoi correspondent l’ISO, la sensibilité, l’ouverture.

Retoucher une photo numérique avec python

On a vu comment retoucher une photo avec un logiciel et un neticiel. En cliquant sur le lien à droite, vous verrez une 3ieme façon de retoucher : avec un script python.

Source – phychiers.fr

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