Traitement numérique du signal et des images - LIASDboubchir/TSI/tsi-cours1.pdf · Cours 1...
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Traitementnumériquedusignaletdesimages
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Cours1Représenta6onnumériquedel’image
• Généralités• Composi0onetcaractéris0ques• Codagedecouleurs:modescolorimétriques• Typesd’image
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Qu'est-cequ'uneimagenumérique?
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Élémentd’image:pixel• Uneimagenumériqueestcons0tuéed'unensembledepointsappelés
pixels(associa0ondumot“picture”et“element”enanglais,liDéralementun“élémentd’image”,abrévia0ondePICtureElement).
• Unpixelreprésentelepluspe0télémentcons0tu0fd'uneimagenumérique.
• L'ensembledecespixelsestcontenudansuntableauàdeuxdimensionscons0tuantl'image.
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Ladéfini6on
• Ladéfini6onestlenombredepixelscons0tuantl’image.• Ellereprésenteladimensioninforma0que:nombredepixelsenlargeuret
hauteur.• Défini0on=nombredecolonnesxnombredelignes.• Exemple:uneimagepossédant20colonneset20lignesauraune
défini0onde20x20.
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Larésolu6on
• Larésolu6onestlenombredepixels(appeléspoints)contenudansunelongueurdonnée(enpouce).
• Elleestexpriméeenpointsparpouce(PPP,enanglais:PPIPixelPerInchorDPIpourDotsPerInch).
• Unpouceestuneunitédemesurebritanniquequimesure2.54cm.• Larésolu0onpermetd'établirlerapportentreladéfini0onenpixelsd'une
imageetladimensionréelledesareprésenta0onsurunsupportphysique(écran,papier,etc...).
• Quelquesexemplesderésolu0onsfréquemmentu0lisées:– Ecrand’ordinateur:72dpipourun15’’en800x600– Fax:engénéraleen200dpi– Scannersgrandpublic:entre360et1400dpi– Différentesrésolu0ond’impressionendpi/ppp
• Imprimantes:entre360dpiet1400dpi.• Matérield'impressionprofessionnel:auminimum4800dpi(impressiondequalitéetgarndestaillespourlesaffiches)
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Résolu6on:exemple
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• Calculdelarésolu0onpouruneimage:• Larésolu0ond’uneimageestcalculéeenfonc0ondesadéfini0onetdesa
taille.• Résolu0on=défini0on/dimension• Exemple:
– larésolu0ond'uneimagede300x300pixelsmesurant3poucesparcoté=300/3=100dpi
Résolu6on:formule
Exercice:Calculerlarésolu0ondeceDeimage
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• Latailled'uneimagenumériquepeutsedéfinirpar:1) sadéfini0onenpixels(ex:640x480pixels)2) sesdimensionsenpouces(ex:12’’)3) sarésolu0onendpiouppp.(ex:300dpi)
• Ces3défini0onssontliées.Sivousenconnaissezdeux,vouspouveztoujourscalculerlatroisième.
• Formules:① Résolu0on=défini0on/dimension② Défini0on=résolu0onxdimension③ Dimension=résolu0on/défini0on
• Exercice:Quelseraitladéfini0onenpixeld'unefeuillescannéed'unelargeurde8,5poucessurunehauteurde11poucesen300dpi?
Récapitula6f
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• Codagedescouleursouprofondeurdescouleurs:Enplusdesadéfini0on,uneimagenumériqueu0liseplusoumoinsdemémoireselonlecodagedesinforma0onsdecouleurqu'ellepossède.C'estcequel'onnommelecodagedecouleursouprofondeurdescouleurs,exprimeenbitparpixel(bpp):1,4,8,16bits...Enconnaissantlenombredepixelsd'uneimageetlamémoirenécessaireàl'affichaged'unpixel,ilestpossiblededéfinirexactementlepoidsquevau0liserlefichierimagesurledisquedur(oul'espacemémoirerequisenRAMpourréaliseruncalculsurceDeimage)
• Formule:Calculerlepoidsd'uneimageenoctet
• NombredepixeltotalXcodagecouleurs(octet)=Poids(octet)
• Exercice:Quelestlepoidsd'uneimaged'unedéfini0onde640x480codéesur1bit(noiretblanc)?
Codagedescouleurs
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• Codebinaire:codeu0liseparl'ordinateurpourenregistrerdesinforma0ons.• 1bit=2états;(0ou1)=21• 2bits=4états,=22• 4bits=16états,=24• 8bits=256états,=28• etc...
• 1Octet=8bits• 1Kilo-octetsou1Ko=1024octets• 1Méga-octetsou1Mo=1048576octets• 1Giga-octetsou1Go=1073741824octets• 1Terra-OctetouTo=???
Codebinaire(rappel)
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1-Modebitmap(noiretblanc):– Aveccemode,ilestpossibled'afficheruniquementdesimagesen
deuxcouleurs:noiretblanc.– Ilu0liseuneseulecouche.– Codageen1bitparpixel(bpp):=>21=2possibilités:[0,1]– =>Chaquepixelpeutdoncavoir2couleurspossibles:soitnoirousoit
blanc
Lesdifférentsmodesdecouleurs
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2-Modeniveaudegris:-Ilpermetd'obtenirdifférentesvaleursdegris,afind'afficherdesimagesnuancées.-Ilu0lisequ'uneseulecouche.- Codageen8bitsparpixel(bpp)=>28=256possibilitéesChaquepixelpeutavoir256nuancesdegrispossibles- Codageen16bitsparpixel(bpp)=>216=65536possibilitéesChaquepixelpeutavoir65536nuancesdegrispossibles
Lesdifférentsmodesdecouleurs
Exempledephotopossibleen8bppNuancesde256gris
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3-Modecouleursindexées:- Permetd'obtenirjusque256couleursfixes,définiesàl'avancedansunepale[e.- Ilu0lisequ'uneseulecouche.- Codageen8bitsparpixel(bpp)=>28=256possibilitéesChaquepixelpeutavoirjusque256couleursfixespossibles.
Lesdifférentsmodesdecouleurs
Note:Avec256couleurs,certainsdégradésdeceDeimageapparaîtronttramés,laqualitéestprochedelaphotomaisilestpossibledefairebeaucoupmieux...Leprochainmodedecouleurmontrel'intérêtd'u0liserdes«couches»decouleurs. 14
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4-LesModescolorimétriquesRVB/CMJN:Afindecréerdesimagesencoreplusrichesencouleurs(etdoncdisposerdeplusqu'unepaleDelimitéeà256couleurs),l'idéedemélangerdescouleursprimairesen«couches»estarrivée.Ilfautsavoirqu'ilexistedeuxsystèmesdereprésenta0ondescouleursparmélange,selonqu'onlesreproduisentsurunécrand'ordinateurousursupportpapierviauneimprimante:
Lesdifférentsmodesdecouleurs
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EnmodeRVB,Les3canauxsontdoncséparésen3couchesafind'offrirdenouvellescombinaisonsdecouleurspossiblesparlavaria0ondechaquecouleursprimaires.Lorsqu'ontravailleenmodeCMJNpourréaliserundocumentimprimé,ilyauradonc4couchespourréalisercesmêmescouleurs.
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4-1ModecouleurRVB:grâceaumélangedes3couchesdecouleur,ilestpossibledereproduireunplusgrandnombredenuancesqu'avecunepaleDeenmodecouleursindexées.
Lesdifférentsmodesdecouleurs
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-AvecuncodageenRVB8bitsPARCOUCHE:Chaquecoucheu0lise8bit(1octet),soit256nuancespossibles:8BitspourleRouge,8bitpourleVertet8bitspourleBleu.Doncu0lisa0onde3x8bits=24bitsu0liséesautotal.=>256x256x256=224=16,7milions(Chaquepixelpeutprendre16,7Milionsdecouleurspossibles!)-AvecuncodageenRVB16bitsPARCOUCHE:Chaquecoucheu0liseledouble,soit16bits!(65535nuances).3x16=48bitsu0liséesautotal.=>65535x65535x65535=248=4milliards(4milliardsdenuancesdecouleurssontpossibles!)
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4-2ModecouleurCMJN:Commelesécransd'ordinateurnepeuventafficherqueduRGB,PhotoshopséparelesimagesCMJNen4couches(Cyan,Magenta,JauneetNoir)ouchaquecouleurestexpriméeenpourcentage)etconver0letoutenRGBpourêtrelusurl'écran.Cependantlefichierpossèdebien4couchesdis0nctes.
Lesdifférentsmodesdecouleurs
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-AvecuncodageenCMJN8bitsPARCOUCHE:Chaquecoucheu0lise8bit(soit256nuancespossibles):8BitspourleCyan,8bitpourleMagenta,8bitspourleJauneet8bitspourleNoir.Doncu0lisa0onde4x8bits=32bitsu0liséesautotal.=>256x256x256x256=232=4milliards(4milliardsdenuancesdecouleurssontpossibles!)-AvecuncodageenCMJN16bitsPARCOUCHE:Chaquecoucheu0liseledouble,soit16bits!(65535nuances).3x16=64bitsu0liséesautotal.=>65535x65535x65535x65535=248=18446744073709551616nuancesdecouleurssontpossibles!
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Exempled’applica6on:
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Calculdupoidsdel'imageci-dessous(10x11enbitmapnoiretblanc):
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Lestypesd’image
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1)LesimagesMatricielles:Lesimagesmatricielles(ouimageenmodepoint,enanglais«bitmap»ou«raster»)sontcellesquenousu0lisonsgénéralementpourres0tuerdesphotosnumériques.Ellesreposentsurunegrilledeplusieurspixelsformantuneimageavecunedéfini6onbienprécise.Lorsqu'onlesagranditrop,onperddelaqualite(«pixelisa0on»).
2)LesimagesVectorielles:Cesontdesimagesdontlapar0culariteestquechaqueformequilacomposeestdécritemathéma6quementàpar0rdepointsetdetangentes.Ellenepeuventpasdécrireuneimagetropcomplexecommeunephotographie,maissonttoutàfaitadaptéesaurendutypographiques,auxlogosetautresformescomposéesdetracéssimples.
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LesformatsdefichierBITMAP
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1)Principauxformatsdefichiernoncompressés:Cesontlesformatsdefichiersdit«nondestruc0fs».Ilsenregistrentchaquepixeld'uneimagecommenousl'avonsvuprécédemment,etu0lisentengénéralbeaucoupdemémoire.Departleurpoidséleve,ilsnesontpasadaptéspourlewebmaisdoiventêtreu0liséslorsqu'onàbesoindepréserverlatotalitedesinforma0onsd'uneimagepourretravaillerdessusparexemple.• BMP:Formatna0fdewindows,ilpermetd'enregistrerdesimagesbitmapen1,4,
8ou24bitenmodeRVB.IlgèreégalementlespaleDespourlescouleursenmodeindexées.
• TIFF:ilpermetdestockerdesimagesdehautequaliteennoiretblanc,couleursRVB,CMJNjusqu'a32bitsparpixels.Ilsupporteaussilesimagesindexéesfaisantusaged'unepaleDedecouleurs.
• RAW:C'estunformatbrutqui«code»lesimagesavecunmaximumd'informa0onsuivantlecapteurdel'appareilquil'acrée.Ilpermetensuitededéveloppernumériquementsesphotosenlesenregistranten.0ffaveclesréglagessouhaitées(températuresdecouleurs,contrastes…etc).
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LesformatsdefichierBITMAP
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2)Principauxformatsdefichiercompressés:Cesontlesformatsdefichiersdit«destruc0fs».IlspermeDent,selonunalgorithmepar0culier,degagnerplusoumoinsdemémoireensupprimantcertainesinforma0onspeuounonpercep0bleparl'œilhumain.Ilssontpar0culièrementadaptésàinternet,maisnedoiventpasêtreu0liséslorsd'untravaildecréa0onsousphotoshopcarchaquenouvelenregistrementdétérioreunpeupluslefichier.Onlesu0liseradoncpourexporterdesimagesdes0néesàlavisualisa0onsurinternetoul'archivage.• JPG:Normedecompressionpourlesimagesfixes;Elledonnelapossibilitede
sélec0onnerletauxdecompressionenfonc0onduniveauderes0tu0onrecherche(qualiteréglablessuruneéchellede0à12).Ellesupprimelesinforma0onsredondanteetlesdétailsfins.Fonc0onneen8bit/pixelenRVBouCMJN.
• GIF:C'estunformatlégerquipeutégalementcontenirdesanima0ons.UneimageGIFnepeutcontenirque2,4,8,16,32,64,128ou256couleursparmi16.8millionsdanssapaleDeenmodeRVB.Ellesupporteégalementunecouleurdetransparence.
• PNG:ilpermetdestockerdesimagesennoiretblanc(jusqu'a16bitsparpixels),encouleursréelles(Truecolor,jusqu'a48bitsparpixels)ainsiquedesimagesindexées,faisantusaged'unepaleDede256couleurs.
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LesformatsdefichierBITMAP
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Lacompressiondedonnéeconsisteàobtenirdesfichiersplusléger,afind'améliorerlavitessedetransfertsurinternetoulimitél'espacedestockageu0lisésurundisquedur.Ilexistedeuxprincipauxtypesdecompression:(1)Lacompressionsansperte:.zip.cab.rar.ace.7z.tar.gzip...appeléeaussi«compactage»,ceDesolu0onconsistesimplementàcoderlesdonnéesbinairesdemanièreplusconcisedansunfichier.Ellepermetainsideretrouverlatotalitédesinforma0onsaprèsuneprocédurededécompactage.U6lisa6on:Aucoursdelachaînedeproduc0onetpourarchivage(ex:lorsdutravailderetouched'image,archivagedeprojets...)(2)Lacompressionavecperte:.jpg.gif.Concernantessen0ellementlesfichiersdemédia(image,son,vidéo),elleconsisteenune«réduc0on»del'informa0onbaséesurnotreproprelimitehumaineàpercevoircesmédias.Puisquel'œilneperçoitpasnécessairementtouslesdétailsd'uneimage,ilestpossiblederéduirelaquan0tédedonnéesdetellesortequelerésultatsoittrèsressemblantàl'original,voireiden0que,pourl'œilhumain.U6lisa6on:Enfindechaînedeproduc0on,lorsdeladiffusionnumérique(ex:siteInternet,logicielsurappareilmobile,présenta0oninterac0ve...)
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Exercices:
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① Quelseraitladéfini0onenpixelsd'unefeuillescannéed'unelargeurde8,5poucessurunehauteurde11poucesen300dpi?
② Quelestlarésolu0onenPPPd’unephotode1181x1772Pixels(2,1Mp)dedimension10cmx15cm?Estellecorrectepourimprimercelle-ci?
③ Aquellesdimensionsuneimagededéfini0on2048pixelsx1536pixelsetd’unerésolu0onde150pppsera-t-elleimpriméesionrèglel’impressionsur150ppp?