Photographie Numérique
Le traitement des images est omniprésent dans notre quotidien : les réseaux sociaux proposent des filtres permettant d'améliorer nos photos mais même avant cela tous les appareils photos modernes réalisent de nombreux traitements permettant d'améliorer la qualité des images (contraste, couleur ...).
Les robots comme les voitures autonomes utilisent énormément le traitement des images pour comprendre leur environnement et pouvoir agir dessus en toute sécurité. C'est par exemple grâce à la détection des contours qu'ils détectent les objets autour d'eux.
Comment sont réalisés tous ces traitements ? C'est le sujet de ce chapitre.
Éléments historiques
Mise au point de la chambre noire « camera obscura »
Boite noire permettant de projeter le sujet sur un support qu'un peintre peut alors reproduire.
Invention du procédé photographique
Utilisation de résine d'origine minérale : l'asphalte ou bitume de Judée.
Première photographie noir & blanc
Chambre noire avec bitume. Temps de pose de plusieurs jours
Invention de la pellicule
Film photographique transparent en rouleaux sensibles à la lumière grâce au bromure d'argent : Argentique
Première vraie photographie en couleur
Autochromes à base de fécule de pomme de terre.
Apparition des premières pellicules couleur
Trois couches sensibles respectivement au rouge, au bleu et au vert.
Invention du capteur CCD
Transfert de charges électriques par effet photoélectrique.
Premier appareil photo numérique
Masse de 3,6 kg, image de 100x100 pixels, temps d'enregistrement de 23 secondes.
Premier réflex numérique
Capable de prendre de photo de 2,7 mégapixels à une vitesse de 4,5 images/seconde.
Premier téléphone faisant appareil photo numérique
Il embarque un capteur de 2 mégapixels avec optique Carl Zeiss, autofocus et flash LED.
Les images numériques
Comprendre les images numériques
Que se passe-t-il si on zoome sur une image ? Les points observés sont appelés pixels. On dit que l'image est matricielle car en mathématiques une matrice désigne un tableau de nombres.
Remarque : On parle aussi de «carte de points» (de l'anglais «bitmap»).
2.2. Le principe physique
Voici l'agrandissement de l'image d'un écran LCD (Liquid Cristal Display). On peut distinguer les pixels qui la composent. Si on agrandit encore l'image, on peut voir que chaque pixel est subdivisé en 3 rectangles (un rouge, un vert et un bleu) : ce sont les sous-pixels (ou luminophores).
L'œil et le cerveau réalisent une synthèse additive des couleurs. Toute lumière colorée peut être reproduite en superposant, dans certaines proportions, trois faisceaux lumineux de couleurs rouge, verte et bleue (nos yeux ne sont sensibles qu'à ces trois couleurs).
2.3. Codage des couleurs
Chaque pixel est codé par trois valeurs, une pour la composante rouge, une autre pour la composante verte et une troisième pour la composante bleue. On parle de code RVB. Chacune de ces trois couleurs peut prendre 256 valeurs différentes (de 0 à 255).
Pour pouvoir coder un nombre jusqu'à la valeur 255, il faut 8 bits, soit un octet à un ordinateur. L'octet 00000000 correspond à la valeur décimale 0 tandis que l'octet 11111111 correspond à la valeur décimale 255. Ainsi pour coder les trois couleurs d'un pixel, il faut 3 octets soit 24 bits. 24 bits est la profondeur des couleurs de l'image.
- La couleur du pixel s'obtient par synthèse additive des couleurs des 3 sous pixels : rouge, vert et bleu (RVB).
- La couleur d'un sous-pixel est associée à un nombre allant de 0 à 255.
- Pour obtenir un pixel gris ses trois sous-pixels doivent avoir la même valeur.
Comment les images sont-elles capturées ?
Les appareils photos numériques sont équipés de capteurs photographiques composés d'une matrice d'éléments qui réagissent à la quantité de lumière qu'ils reçoivent. Ce sont les photosites.
Le filtre de Bayer fait en sorte qu'un photosite ne reçoive qu'une seule couleur primaire. Il y a deux fois plus de photosites exposés au vert pour être adapté à l'œil humain qui est plus sensibles au vert qu'au rouge ou au bleu.
- Lorsqu'on photographie un rectangle blanc tous les photosites sont activés.
- Pour un rectangle vert seuls les photosites sensibles au vert sont activés.
- Pour un rectangle rouge seuls ceux sensibles au rouge sont activés.
- Pour un bleu seuls les bleus sont activés.
Attention : photosite ≠ pixel
Un photosite ne correspond pas à un pixel car il ne contient l'information que d'une seule couleur (Rouge ou Verte ou Bleue) alors qu'un pixel est codé avec trois valeurs. Le processeur d'image traite les données des photosites pour compléter l'image. En effet, pour chaque photosite, deux canaux colorés sont manquants. Une des techniques utilisées est de calculer la moyenne des valeurs obtenues par les photosites adjacents pour extrapoler les valeurs des deux canaux manquants.
En utilisant les informations des photosites rouges et bleus à proximité d'un photosite vert, le processeur compose un pixel, avec ses trois couleurs. L'image brute ainsi obtenue en sortie du capteur est souvent au format RAW.
En lumière faible, il est souvent nécessaire d'utiliser plus de photosites pour recomposer un seul pixel ce qui conduit à une perte de définition de l'image.
R0, V0 et B0 du pixel central à partir des valeurs adjacentes.Découverte :
Voir une des photos les plus définies du monde avec 20 milliards de pixels de Paris.
Les métadonnées
On peut obtenir quelques informations, et en particulier les informations de géolocalisation, d'une photo en accédant à ses métadonnées EXIF. Cela est réalisable grâce au système d'exploitation de votre ordinateur.
- sous Windows : faire un clic-droit sur l'image, puis cliquer sur « propriétés » puis sur l'onglet « détail ».
- sous Mac OS : faire un clic-droit sur l'image puis sur « Lire les informations ».
Remarque : En procédant ainsi, les données affichées se limitent à quelques paramètres de prise de vue et informations sur le matériel. On peut obtenir plus d'information avec un logiciel de retouche photo ou grâce à des solutions en ligne comme : Verexif.
Après avoir trouver les valeurs de latitude et longitude, il est possible d'utiliser un site tel que Coordonnées GPS pour déterminer le lieu de la prise de vue.
Ces métadonnées associées aux images sont facilement manipulables à l'aide de petits logiciels disponibles gratuitement tel que Exif Pilot.