Chap. C7 Images numériques et stockage optique I. Images numériques 1- Définitions Une image numérique est une image acquise, créée, traitée et/ou stockée en langage binaire (succession de « 0 » et de « 1 »). Une image numérique est subdivisée en cases, appelées pixels (contraction de l'anglais picture element, qui signifie « élément d'image »). Un pixel est le plus petit élément constitutif de l'image. Une image est dite pixellisée si les pixels sont apparents. La qualité d'une image dépend de sa résolution, c'est-à-dire du nombre de pixels par unité de longueur. Plus ce nombre est élevé, moins l'image est pixellisée 2- Codage d'une image numérique a. en niveaux de gris Chaque cellule du capteur mesure l'intensité lumineuse reçue par pixel. L'intensité lumineuse, grandeur analogique, est convertie par la cellule en un signal analogique sous forme de tension électrique. Elle est ensuite quantifiée, puis numérisée. À chaque valeur d'intensité lumineuse correspond un niveau de gris codé numériquement. On associe à chaque pixel une série de bits (« 0 » ou « 1 »), c'est-à-dire un nombre binaire, qui codent les niveaux de gris ou les couleurs. Pour les niveaux de gris, le nombre binaire est associé à une des nuances d'une palette allant du blanc au noir. b. en couleurs Parmi les différents types de codages, le codage RVB 24 bits est le plus utilisé. Chaque sous-pixel est codé sur un octet, constitué par une séquence de huit bits. Un bit ne pouvant prendre que deux valeurs (0 ou 1), la plus petite valeur possible d'un octet est 00000000 et la plus grande 11111111. En numération décimale, un octet peut donc prendre toutes les valeurs entières possibles entre 0 et 255. Pour réduire la longueur de l'écriture des codages, on utilise aussi l'écriture hexadécimale (en base 16). Une image numérique est un tableau de nombres : chaque pixel est codé par un nombre binaire qui correspond à un niveau de gris, ou par trois nombres correspondant à une nuance de rouge, de vert et de bleu pour les couleurs (codage RVB). En codage « RVB 24 bits » ou 3 octets, chaque sous-pixel peut prendre 256 nuances. On a donc pour un pixel 28 × 28 × 28 = 256 × 256 × 256 couleurs = 16 777 216 = 16,8 millions de couleurs. En codage RVB 24 bits, il est possible de réaliser 256 nuances de gris en affectant la même valeur à chaque sous-pixel Chaque pixel de l'image numérique est codé par 3 nombres : Page 1 sur 4 3-Définition et taille d'une image La définition correspond au nombre de pixels qui la constituent. Par exemple une image constituée de 640 colonnes et de 480 lignes possède une définition de 640 x 480 = 307 200 pixels. La taille est la place qu'occupe le codage de tous les pixels qui constituent cette image. La taille s'exprime en octet, elle est donnée par la relation : taille = nombre d'octets par pixel × définition Par exemple, si le codage des couleurs de l'image donnée en exemple est de 24 bits (3 octets) par pixel, la taille de cette image est de : 3 × 640 × 480 = 921 600 octets. En niveaux de gris, un pixel peut être codé par un seul octet. Dans ce cas, la taille de l'image précédente serait de : 1 × 640 × 480 = 307 200 octets. En réalité, la taille du fichier correspondant est légèrement supérieure, car quelques octets supplémentaires sont utilisés pour coder ses caractéristiques (format, nombre de lignes, de colonnes, nom du fichier, etc.). 4- Création d'une image La reproduction d'une image sur un écran est effectuée par l'allumage indépendant de chaque pixel. En fait, chaque pixel d'un écran est divisé en trois sous-pixels rouge, vert et bleu. La résolution d'un écran est une mesure de la précision de l'affichage et s'exprime en pixel par pouce (ppp). L'impression sur papier d'une image numérique fait apparaître des points. La résolution de l'imprimante, qui mesure la précision de l'impression, est donnée en nombre de points par pouce (ppp). II. Stockage optique 1- Les supports de stockage optique On appelle stockage optique la technologie consistant à écrire et à lire des informations en utilisant des phénomènes optiques. Les disques optiques, comme le CD (Compact Disc), le CD-ROM, le DVD (Digital Versatile Disc) ou le disque Blu-ray, sont les supports du stockage optique. Sur les CD, DVD et BD gravés industriellement, les données sont codées sous la forme d'une succession de creux (pits) et de plats (lands) disposés sur une spirale à partir du centre du disque. Les creux sont obtenus par pressage du disque et correspondent à des bosses sur l'autre face, du côté lu par le laser. Page 2 sur 4 2. Lecture des données Pour lire l'information inscrite sur le disque optique, on exploite deux propriétés de la lumière : la réflexion et les interférences entre deux lumières monochromatiques de même longueur d'onde. Un faisceau laser incident est concentré sur le disque et parcourt une piste. Il est réfléchi par la surface métallique recouvrant la piste. • Lorsque le faisceau laser parcourt un creux ou un plat, le faisceau incident est réfléchi et l'intensité de la lumière réfléchie est constante. • Lorsque le faisceau passe d'un creux à un plat (et inversement), le faisceau réfléchi par le creux et celui réfléchi par le plat sont en opposition de phase et interfèrent de manière destructive. La réflexion de la lumière sur un creux ou un plat code le bit « 0 », tandis que la variation d'intensité de la lumière due aux interférences destructives correspond au bit « 1 » La profondeur du creux est exactement égale au quart de la longueur d'onde de la lumière émise par le laser dans le milieu, soit . 4 L'onde réfléchie sur le plat y fait un aller-retour, donc parcourt une longueur de en plus de l'onde 2 réfléchie sur le creux. La différence de marche entre les deux faisceaux réfléchis est : l'interférence est destructive. 2 Le capteur reçoit donc une lumière d'intensité faible. La tension aux bornes du capteur est alors au niveau bas. 3. Capacité de stockage La capacité de stockage est la quantité d'informations que peut contenir un support. Elle est limitée par le phénomène de diffraction, elle est d’autant plus grande que la longueur d’onde du laser utilisé est petite. La distance entre deux pistes est de 1,7 m pour le CD ; 0,74 m pour le DVD et 0,3 m pour le Blu-ray. Certaines technologies exploitent plusieurs couches dans le même disque, augmentant ainsi la capacité de stockage. 4- Ecriture de données Lors de l'écriture sur un disque acheté vierge, une couche de colorant organique est brûlée par le faisceau laser d'écriture. La puissance du laser lors de l'écriture est plus importante que lors de la lecture. A la lecture, les zones brûlées absorbent la lumière. Au contraire, les zones non brûlées réfléchissent la lumière du laser. La mesure des différentes intensités de lumière réfléchies permet de décoder l'information numérique. Les CD-ROM, ou DVD-ROM sont pressés. Les disques optiques nommés CD-R ou DVD-R sont gravés et enregistrables une unique fois, tandis que les CD-RW ou Page 3 sur 4 DVD-RW sont enregistrables un certain nombre de fois : une impulsion laser change l'état physique de la couche photosensible, pour la rendre à nouveau transparente avant d'effectuer une nouvelle gravure. Page 4 sur 4