1 / 50

Le média image

Institut Supérieur d’Informatique Année Universitaire 2008-2009 Chapitre 3. Le média image. Plan. Nature physique de l’image Qu'est-ce que la lumière? La perception visuelle chez l'être humain Synthèse de couleurs Additive Soustractive

kenyon
Download Presentation

Le média image

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Institut Supérieur d’Informatique Année Universitaire 2008-2009 Chapitre 3 Le média image

  2. Plan • Nature physique de l’image • Qu'est-ce que la lumière? • La perception visuelle chez l'être humain • Synthèse de couleurs • Additive • Soustractive • Modélisation et stockage de l'image

  3. Les 2 natures de la lumière • Ondulatoire • L’optique ondulatoire considère la lumière comme une onde électromagnétique. • Explique les phénomènes affectant les ondes : interférences, diffraction • Corpusculaire • La théorie corpusculaire considère la lumière comme un flux discontinu de photons. Son énergie est liée à la fréq de l'onde : E = hν(h, constante de Planck ; v, fréq) • Explique les observations relatives à l'émission et à l'absorption de la lumière par la matière. • Vitesse de déplacement : ~ 300000 km/s. • Caractéristiques : • Fréquence. ~ 600000 Ghz lg d’onde : 500nm • Intensité.

  4. Spectre de la lumière 380nm 760nm • Couleur dépend de la longueur d'onde • Couleur (notion perceptive)  lg d’onde (notion physique) Attention : l'œil ne distingue pas un Y monochromatique (une seule lg d'onde) d'une composition de G et de R. C’est l’illusion qui permet d'afficher du Y sur les écrans PC

  5. La perception visuelle • L'oeil humain : • Grâce à la cornée et à l'iris l’image se forme sur la rétine • Rétine : cônes + bâtonnets • Bâtonnets : perçoivent la luminosité et le mouvement • Cônes : différencient les couleurs • 3 types : percevoir le bleu, le vert et le rouge. • Perception entre 400 et 700 nm. • Si un type de cônes manque : daltonisme.

  6. Sensibilité de l'oeil • beaucoup + grande aux variations d'intensité (luminance) qu'aux variations de couleur (chrominance) • Luminance (luminance) : % de N ou de B dans la couleur désirée, brillance de la couleur , aspect clair ou sombre • Chrominance : • Teinte (hue) : détermine la couleur souhaitée à partir des couleurs à disposition (R,G,B,C,J,M); correspond à la couleur de base • Saturation (saturation) : mesure l'intensité ou la pureté d'une couleur, % de couleur pure par rapport au B (caractère vif ou terne/ couleur vive ou pastel), (

  7. Synthèse additive • Calcul fait par addition des longueurs d'onde de sources lumineuses • R, G, B : Toutes les couleurs peuvent être synthétisées en utilisant les 3 sources monochromatiques correspondant aux maxima de sensibilité des 3 types de cône de la rétine de l’œil humain • Modèle RGB • Mode de synthèse adapté pour les sources lumineuses (tubes cathodiques) • Exemple: 2 composantes G et R d'un moniteur d'ordinateur sont allumées quand les phosphores associés sont frappés par les électrons  les couleurs des phosphores juxtaposés se superposent en raison de la mauvaise résolution de l'œil  on voit du jaune blanc Mélange des couleurs par addition

  8. W(R+G+B) Y=R+G Synthèse soustractive Pigment jaune absorbe le bleu • Calcul fait par soustraction des longueurs d'onde de la lumière • Mode de synthèse adaptée dans le mélange de pigments, le filtrage et l’absorption (imprimerie, peinture et art du vitrail) • Exemple : • L'herbe et les feuilles paraissent vertes car elles absorbent le complémentaire du vert ( violets et ultraviolets). Ce sont les ondes utilisées dans la photosynthèse. • L'encre filtre la lumière réfléchie par le papier blanc • Lorsqu’on mélange 2 couleurs au pinceau, la couleur obtenue est le résultat d'une synthèse soustractive • La couleur vue est la lumière non absorbée • Cyan, Magenta, Yellow : C R, M  G, Y  B alors que B  R & G, R  G & B, G  B & R • Ce sont les 3 couleurs complémentaires de RGB. • Modèle CMY noir Mélange des couleurs par soustraction

  9. Plan • Nature physique de l’image • Modélisation et stockage de l'image • Chaîne de l’image • Image vectorielle • Image bitmap • Espace des couleurs et conversion • Codage des images • Méthode simple • Méthode par palette • Avantages/limitations • Format : BMP, TIFF, GIF, PNG, … • Format : JPEG

  10. Chaîne de l’image • Acquisition/création : numérisation (scanners, appareils photos & caméscopes numériques, carte d’acquisition vidéo )/synthèse (via souris, tablettes graphiques ou par modélisation 3D) • Codage • Perte d'information envisageable à la compression • Stockage (disquette, disque dur, CD-ROM...) • Traitement : modifier la taille, la couleur, ajouter ou supprimer des éléments, appliquer des filtres,… • Transmission • Échange de graphiques, de dessins, d'images. • Prolifération de formats, incompatibilités fréquentes. • Restitution : Affichage, projection, Impression

  11. Format des images • Les images vectorielles : • On décrit l'image comme une association d’objets graphiques simples (droites, ellipses,...). • Formats SVG, SWF,... • Les images bitmap : • Image pixélisée. On indique la couleur de chaque pixel • Formats BMP, GIF, JPEG,...

  12. Image Vectorielle • Images décrites comme l'association d’objets graphiques simples (droites, ellipses...). • 3 types de données graphiques : • Points isolés => objets ponctuels. • Lignes isolées => objets linéaires. • Surfaces isolées => objets surfaciques. • Méthodes de représentation vectorielle : • Fil de fer 2D. • Polyédrique. • Codage des contours

  13. Redimensionnement • Pas de perte de qualité, les courbes sont lissées quelque soit l'échelle d'affichage Bitmap Vectorielle

  14. Le format WMF • WMF (Windows Meta File) format vectoriel de Windows, utilisé par Microsoft Draw, et anciennes versions de Word, Excel. • Format mixte, pouvant contenir des informations sous forme matricielle • Un fichier WMF contient : • Une suite d'objet (cercle, carre, bitmap,...). • Chacun décrit par un entête. • Peut contenir jusqu’à 65535 objets

  15. Autres formats vectoriels • SVG (Scalable Vector Graphics) : Spécification W3C basé sur XML pour gérer les images vectoriels notamment sur le web. Supporte les animations et le son. Format du futur mais début difficile : • Pas d’implémentation native dans les navigateurs web; développement en cours. • Plug-in d’Adobe : http://www.adobe.com/svg/viewer/install/main.html • Editeurs libres : Sodipodi et OpenOffice Draw • Apparition de banques de clipart sur l'Internet. • AI (Adobe Illustrator) Format de Adobe, très populaire • EPS (Encapsuled PostScript) : Format mixte universel de Adobe basé sur postscript mais contenant une image de prévisualisation vectorielle ou bitmap. • PDF (Portable Document Format): Format mixte universelde Adobedérivé de PostScript et préservant la mise en forme, les polices, les couleurs et les graphiques du document source. • PICT (Picture) : Format par défaut de Mac OS. • SWF (Flash) : Format d’animation vectorielle propriétaire de Macromedia destiné au web, très populaire. Supporte les animations et le son. • DXF (Drawing eXchange Format): Format de AUtodesk utilisé en DAO ( logiciel libre QCad ) • CGM (Computer Graphics Metafile) : norme ISO; Format mixte utilisé en DAO

  16. Avantages • Codage riche prenant en compte la sémantique • Codage compact : fichiers de taille réduite • Redimensionnement sans perte de qualité • Retouches aisées car éléments de l'image indépendants • Animation + simple grâce aux vecteurs • Traduction aisée en bitmap • Recherche de texte, d’objets • Lien hypermédia sur des objets, interactivité • Génération automatique à partir de données XML,…

  17. Limitations • Inutilisables pour des photographies • Pas adaptée aux images complexes avec bcp d'objets de petites tailles • Bcp de formats industriels, non standardisés, non reconnus par les navigateurs web • Impossible de transformer un bitmap en vecteur

  18. Image bitmap Pixelmap, matricielle, raster • On indique la couleur de chaque pixel. • Pixel (PICture ELement) : + petit élément constitutif d'une image numérique • Codage des couleurs: • Choix du modèle RGB • Certains formats supportent le modèle CMYK. • Manipulation et restitution utilise d’autres modèles • Critères de qualité : couleur & définition

  19. Espace des couleurs • Représentation mathématique d'un ensemble de couleurs. Il en existe plusieurs : • Le codage RGB (Red, Green, Blue). • Le codage CMY (Cyan, Magenta, Yellow) • Le codage CMYK • Le codage HSL (Hue, Saturation, Luminance). • Le codage YUV : vidéo analogique (PAL et SECAM). Y représente la luminance (l'information en N&B), Cb et Cr la chrominance. Permet de transmettre des infos colorées aux TV couleurs, en restant compatible avec les TV N&B affichant en niveau de gris. Y = 0,299* Rouge + 0,587* Vert + 0,114 * Bleu Cr = Rouge – Y Cb = Bleu - Y • Le codage YIQ • Le codage CIE

  20. Modèles RGB, CMY et CMYK • Modèle RGB • La couleur est définie comme une somme pondérée des couleurs primaires. • Choix des couleurs primaires du système : RGB : Red, Green, Blue • Modèle CMY • La couleur est définie comme différence pondérée entre le blanc et les couleurs primaires. • Choix des couleurs primaires du système : CMY : Cyan, Magenta, Yellow • Modèle CMYK • Extension du modèle CMY • En pratique, le noir n'est pas tout à fait noir. • Ajout d'une composante "noir pur". • CMYK : Cyan, Magenta, Yellow, BlacK. • Possibilité de remplacer les 3 encres couleurs par du noir pour réduire la consommation d'encre

  21. Modèle naturel HSL • Modèle de représentation proche de la perception physiologique de la couleur par l'oeil humain. • Le modèle RGB ne permet pas de sélectionner facilement une couleur : éclaircir une couleur  augmenter proportionnellement la valeur des 3 composantes. • HSL (TSL en français ) • Hue • Saturation • Luminance

  22. Système de représentation • Équation de conversion entre RGB et CMY • Exemple : Convertir le Blanc de RGB (1,1,1) à CMY (0,0,0) et vice versa. • Conversion CMY vers CMYK : même principe.

  23. Codage des images • Coder une image • Le tableau de pixels. • La couleur des pixels : • Modèle de représentation • Couleur des pixels : 2 méthodes • Méthode simple (pixel↔couleur) • Méthode par palette (pixel↔ indice dans la palette)

  24. Méthode simple • Pour chaque pixel , chaque composante RGB occupe n bits.  Pixel occupe 3 x n bits.  Pixel peut avoir 23n couleurs. • Mode True Color, Couleurs vraies : n = 8  24 bits  16 millions de couleurs. • Également • Mode 32 bits : • Ajout d’une 4ième composante sur 8 bits :le canal alpha. • gére la transparence ou la texture des points. • évite les effets de "marches d'escalier". • Mode N&B: 1 bit/pixel  2 couleurs possibles (N ou B) • Mode 16 couleurs/niveaux de gris • Mode 256 couleurs/niveaux de gris : 1 octet/pixel • Limitations : • Toutes les nuances ne sont pas utilisée. • Pas assez de nuances pour une teinte donnée. • Ex. : image sur la mer :bcp de nuances de B; peu de R.

  25. Méthode par palette • Méthode par palette (colormap) • choisir les couleurs disponibles. • Image en couleurs indexées • 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 23M possibles. • N = nombre d'entrées dans la palette. • M = nombre de bits utilisés pour coder une composante d'une couleur dans la palette.

  26. Taille d'une image • Taille brute : sans compression. • Taille = X . Y . n. • X = nombre de colonnes. • Y = nombre de lignes. • n = nombre d'octets nécessaires pour coder un pixel. • Exemple d'une résolution de 1024 x 768.

  27. Avantages • Adapté aux applications orientées images • Qualité photographique

  28. Limitations • Codage "pauvre" de l'information. • Pas de distinction d'objet dans l'image. • Taille des fichiers importante. • Traitements d'image longs.

  29. Avantages & limitations (2/2) • Limitations (suite) : • L'agrandissement provoque un effet de mosaïque : • La création d'une image "à la souris" est difficile. • Usage conseillé d'un périphérique de numérisation : scanner, digitaliseur, appareil photo numérique... • Retouches délicates : effacer un élément de l'image crée un "trou".

  30. Formats d'images bitmap • Nombreux • Caractéristiques • Nombre de couleurs. • Méthode de compression utilisée. • Contexte d'utilisation. • Comparaison : taille des fichiers pour les images

  31. Format BMP • Défini par Microsoft pour Windows • Caractéristiques • 1, 4, 8 ou 24 bits : jusqu'à 16 millions de couleurs. • Compression : sans perte, RLE (rarement). • Fichiers de taille importante. • Reconnu par une majorité de logiciels.

  32. Format TIFF • TIFF (Tagged Image File Format). • Origine Aldus et Microsoft. • Standard de codage des images scannées; PAO, infographie, bureautique pour les images au trait (cliparts, FAX). • Puissant mais complexe à gérer. • Possibilité d'adaptation et d'évolution. • Différentes versions incompatibles! • Caractéristiques : • Codage RVB, CMJN, couleur indexées, niveau de gris • 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.

  33. Format GIF • Format GIF (Graphic Interchange Format) : • Compuserve, 1987 : GIF87a. • 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. • GIF89a : possibilité d'entrelacement (chargement graduel de l'image). • Très utilisé : • Reconnu par tous les logiciels ou presque • LE format du Web avec JPG.

  34. 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. • Pas supporté pas tous les navigateurs web

  35. Format JPG • JPG ou JPEG (Joint Photographic Experts Group) • Comité créé en 1986 • Norme adoptée en 1992/93 (ISO/CEI 10918-1 ou UIT-T Recommandation T.81. ) • JPEG 2000 : compression par ondelettes. • Caractéristiques • 16 millions de couleurs. • Compression avec perte • Possibilité d'entrelacement (chargement graduel de l'image). • Pas d’animation, pas de transparence • Très utilisé • Reconnu par tous les logiciels ou presque • LE format du Web avec GIF

  36. JPEG compression • Contraintes d’exploitation fixé par le comité JPEG • Modes de compression avec ou sans dégradation • Implémentation hard ou soft • Réseau de transport Numéris (64 kbits/s) • Affichage séquentiel ou progressif • Objectifs fixés ambitieux • 2.25 bits/pixel : qualité de l’originale • 0.75 bit/pixel : qualité excellente • 0.25 bit/pixel : qualité moyenne • 0.08 bit/pixel : reconnaissable !

  37. JPEG compression • 6 étapes • Format des données compressées et schéma de dé/codage. • Algorithmes de dé/compression proposés mais non normalisés.

  38. JPEG Découpage de l’image (1) & transformation des couleurs (2) • Découper l’image en M carreaux fi(x,y) de 8 x 8 ou 16x16pixels • les matrices doivent être carrées • petit bloc  temps de calcul raisonnable • JPEG peut coder les couleurs sous plusieurs modèles, mais meilleure compression avec codage de type luminance/chrominance (YUV) • Oeil + sensible à luminance qu’à chrominance

  39. JPEG Sous échantillonnage (3) • Exploiter la faible sensibilité de l'œil à la chrominance • sous échantillonner les signaux de chrominance • sous échantillonner à 4:4:4, 4:2:2, 4:1:1

  40. JPEG DCT(4) • Discrete Cosine Transform • Appliquée sur les matrices Y, Cb et Cr • Sépare les basses et les hautes fréquences présentes dans l'image • Même principe que la transformée de Fourrier • Décomposition de la fonction f(x,y) dans une base de N*N fonctions dont la somme pondérées = f(x,y) • Calcul des coefficients C(u,v) si 1 si w[1,N-1]

  41. JPEG DCT(4) • Fonction 2D • Coefficient DC = valeur moyenne du bloc : c’est le plus important • Coefficients AC = puissance spectrale pour chaque fréquence spatiale.

  42. JPEG DCT(4) DCT C

  43. JPEG Quantification (5) • Introduit les principales pertes • La DCT est conservatrice si on omet les erreurs d’arrondis. • Réduire le nb de valeurs correspondant aux amplitudes. • Hautes fréquences = faibles amplitudes peu sensible pour l'œil  éliminées. • Utilisation d’une matrice Q (u,v) qui définit le niveau de quantification pour chaque fréquence • Moins de niveau pour les matrices de chrominance que pour la luminance • Les tables doivent être transmises au décodeur

  44. JPEG Quantification (5) C C* =

  45. Codage RLE, DPCM & Huffman (6) • RLE zigzag pour les AC d’un carreau • Dans notre exemple RLE sur : 0, -2, -1, -1, -1, 0, 0, -1, EOB (End Of Block)  0, -2, #3 -1, #20, -1, EOB (End Of Block) • Économie de 3 valeurs • Compression différentielle DPCM des cœfficients DC • Huffman sur les suites de DC et AC encodés • Les tables doivent être transmises au décodeur

  46. JPEG Décompression • Dans notre exemple • Résultat : • Erreur : e(x,y) • Amplitude max :5 • Moyenne : 1.6 • Moyenne normalisé 1% (1,6/150)

  47. 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).

  48. Exemple de dégradation JPG

  49. Taux de compression JPG Droopy compression 20 (119 Ko) Droopy, compression 10 (159 Ko)

  50. Récapitulatifs • Pour Droppy • Compression sans perte : GIF & PNG. • Compression avec pertes : JPG. • Pour Tournesol • Compression sans perte : • GIF, mais 256 couleurs. • PNG, mais compression insuffisante. • JPG !!! • Compression avec pertes : JPG

More Related