Thème : IMAGE
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Thème : IMAGE Chap 2 : LES PERIPHERIQUES 1) RAPPEL : L’OEIL : L’œil peut être assimilé à un système optique comprenant : - une lentille convergente : le cristallin une surface sensible : la rétine une mosaïque de capteurs : les cônes (130 millions) et les bâtonnets (6 à 7 millions), le diamètre des cônes étant plus petit que celui des bâtonnets, plus on s’éloigne de la partie centrale plus les cônes sont rares. La macula (2 à 3 mm) essentiellement constituée de cônes permet la vision de jour. La fovéa (1,3 à 1,5 mm) est une région de la rétine située dans la macula près de l’axe optique de l’œil où l’acuité y est maximale. (= tâche jaune) Le diamètre moyen de ces « pixels physiologiques » est de 5 µm = 5.106 m. La définition rétinienne de la macula est donc de 1/5.10 6 = 200000 points par mètre soit 2000 points par cm et donc 5080 points par pouce : résolution de la rétine : 5080 dpi. Le pouvoir séparateur de l’œil est l’angle sous lequel doivent être vus deux points pour être séparés : il est de 5µm / 15mm = 3,33.104 rad Centre optique de l’oeil Macula de l’oeil 5µm 30cm 3m 3 km 3,33.104 rad 15mm 0,1mm 1mm 254 dpi oeil 1m (Le schéma n’est pas à l’échelle) 25,4 dpi 2,54 dpi exemple : à une distance d = 30cm de vos yeux, deux points d’un document doivent être séparés de moins de 0,1mm pour que la trame soit invisible. Il faut donc, au moins, un point tous les 0,1mm soit 254 dpi. 2) CAPTEUR CCD : Capteur lumineux CCD : Charge Coupled Device : Dispositif à Transfert de Charge. C’est un ensemble de minuscules photodiodes appelées aussi photosites. Par effet photoélectrique, les photons de lumière sont transformés en charge électrique proportionnelle à la quantité de lumière reçue. Ce signal est ensuite numérisé, traité puis stocké. Si l’on utilisait directement les données fournies par ce capteur, on obtiendrait une image en noir et blanc. Pour avoir une image en couleur il faut « spécialiser chaque photosite pour une couleur primaire (R, V ou B). Pour cela on utilise un filtre de Bayer constitué d’un quadruplet de filtres colorés collés à un quadruplet de photosites pour pouvoir reconstituer un point image élémentaire (pixel) en couleur : Capteur ccd + filtres colorés zoom Motif de Bayer Chaque quadruplet est composé de 2 éléments verts pour seulement 1 rouge et 1 bleu pour tenir compte de la sensibilité de l’œil humain. On place également un filtre passe-bas ou anti-aliasing chargé de répartir par diffusion les points trop fins de l’image. (cf animation ccd) (les capteurs CCD sont plus chers que les capteurs CMOS) 3) APPAREIL PHOTO NUMERIQUE : Un appareil photo numérique est composé d’un objectif, d’un diaphragme et obturateur, de capteurs et d’un dispositif de stockage. Objectif : formé de lentilles, il envoie l’image sur le capteur. Il permet de la focaliser, c’est-à-dire de la rendre nette. Diaphragme et obturateur : fonctionnement semblable à celui de l’iris de l’œil. On le ferme lorsqu’il y a trop de lumière et on l’ouvre au maximum dans le cas contraire. Il permet d’ajuster la quantité de lumière traversant l’objectif. On l’appelle l’ouverture de l’objectif dont voici les valeurs normalisées : 1 – 1,4 – 2 – 2,8 – 4 – 5,6 – 8 – 11 – 16 – 22 – 32 – 45 … Le chiffre « 1 » représente l’ouverture maximale, donc plus le chiffre est petit, plus il y a de lumière qui passe. Sur les objectif à focale variable, le chiffre est précédé de « f » : exemple « f2 ». Les vitesses d’obturation sont elles aussi standardisées : 2 – 1 – 1/2 – 1/4 - 1/8 – 1/15 – 1/30 – 1/60 – 1/125 – 1/250 – 1/500… L’unité est la seconde : pose de 2 secondes par exemple. Capteurs : ils transforment la lumière reçue en signal électrique. La principale caractéristique du capteur est sa définition, c’est-à-dire le nombre maximal de points qui composent l’image. Exemple : un capteur de 307 200 pixels (ou points) est capable de reconstituer une image de 640 x 480 pixels. Résolution standard de l’image 640 x 480 800 x 600 1024 x 768 1280 x 1024 1600 x 1200 2048 x 1536 2272 x 1704 2560 x 1920 Nombre de pixels 307200 = 0,30MPixels 480000 = 0,48MPixels 786432 = 0,79MPixels 1,31MPixels 1,92MPixels 3,14MPixels 3,9MPixels 4,9MPixels Taille de l’image non compressée (en 24 bits) 900 Ko 1,37 Mo 2,25 Mo 3,75 Mo 5,49 Mo 9 Mo 11 Mo 14 Mo Rapport largeur/hauteur 4/3 4/3 4/3 5/4 4/3 4/3 4/3 4/3 Dénomination VGA SVGA XGA Megapixel (SXGA) Bi-megapixel (UXGA) Tri-megapixel (SUXGA) 4,1-Megapixels 5,2-Megapixels Le nombre de pixels actifs est inférieur au nombre total de pixels. Remarque : les capteurs CCD ont une taille beaucoup plus petite que la surface sensible d’une pellicule argentique. La pellicule argentique mesure 24mm x 36 mm soit une diagonale de 43mm. La diagonale des capteurs CCD sont de l’ordre de 15 mm (environ 0,6 pouce). La taille du capteur influe directement sur la taille des photosites qui sont microscopiques (4 à 5 µm de côté). Sensibilité spectrale du capteur CCD : Sensibilité relative capteur oeil Longueur d’onde en nm 400 600 800 1000 - Le capteur CCD modifie fortement l’aspect des couleurs en fonction de la température de l’éclairage : lampe à filament, néon, lumière de jour…La balance des blancs doit pouvoir être réglée manuellement avec l’appareil photo numérique. - La sensibilité du capteur CCD n’est pas tout à fait linéaire avec l’éclairement notamment dans les forts et faibles éclairages. - Le capteur CCD est plus sensible que l’œil humain : il capte les UV proches mais aussi les IR. Possibilté de faire de la photo IR avec un filtre approprié). - Le capteur CCD est sensible au bruit de fond, au bruit de lecture ou de traitement, au bruit de quantification pendant l’échantillonnage du signal analogique, au bruit thermique. Stockage : sur des cartes mémoires : SmartMedia, CompactFlash, mini disque dur PCMCIA, ou photoscopes réseau (qui envoient directement les photos par le réseau téléphonique hertzien sur le disque dur du fournisseur d’accès) par exemple. La capacité mémoire détermine le nombre de photos que l’on peut stocker. Exemple : un appareil photo numérique MegaPixel fournit des photos de 640 Ko en compression jpg minimale. Poids d’une image : Appareil photo numérique MegaPixel Bi-Megapixel Tri-MegaPixel Aucune compression Compression jpg par 6 3,75 Mo 5,49 Mo 9 Mo 640 Ko 937 Ko 1,5 Mo Compression jpg par 12 320 Ko 469 Ko 768 Ko Compression jpg par 24 160 Ko 235 Ko 384 Ko 3) SCANNER : Scanner à plat : le document à scanner est placé sur une plaque de verre. Une source de lumière blanche, mobile sur un chariot, éclaire le document à scanner. Par réflexion sur des miroirs, la lumière renvoyée par le document arrive sur le capteur CCD. document à scanner plaque de verre source de lumière blanche miroir M2 miroir M 1 capteur CCD Scanner à tambour : Le document à scanner est placé sur un tambour tournant. Résolution d’un scanner : Résolution optique : en dpi (dot per inch = point par pouce) : elle dépend de la densité des cellules photosensibles sur le capteur CCD (résolution horizontale) et du nombre de déplacements élémentaires que le chariot est capable d’exécuter (résolution verticale). Résolution par interpolation : pour améliorer le rendu des documents numérisés, entre deux points effectivement numérisés, le scanner introduit un troisième point fictif dont la valeur se situe entre celle des deux autres. Exemple : entre un point gris foncé et un point blanc, le scanner rajoute un point gris clair. Avantage : on égalise les résolutions verticale et horizontale, on dispose alors de points carrés ; on fait un lissage entre les points. Inconvénient : il y a parfois des erreurs, et on ne dispose plus de rupture franche entre deux couleurs. 4) IMPRESSION : imprimante jet d’encre : Têtes piézo électriques : les têtes de l’imprimante constituées de buses sont entourées par un quartz piézo-électrique qui se déforme plusieurs fois par seconde grâce à un signal impulsionnel. Les gouttes d’encre sont alors éjectées. - Têtes thermiques : une résistance chauffe les buses. Des bulles se créent alors dans les cartouches d’encre noire et couleurs (cyan, magenta et jaune) et provoquent ainsi la projection de microgouttes d’encre sur le papier. Par synthèse soustractive, ces encres mélangées forment d’autres couleurs (rouge, vert…). Les imprimantes jet d’encre impriment lentement et les tirages obtenus sont chers et éphémères. - imprimante laser : Unité de charge Rayon laser + décharge Unité de fixation Cylindre chauffant tambour toner + feuille Cylindre à épreuves + Unité de charge de la feuille de papier Un ionisateur de papier charge les feuilles positivement et un ionisateur de tambour charge le tambour négativement. Le laser charge ensuite le tambour positivement en certains points. Par conséquent, l’encre du toner chargée négativement se dépose sur les parties du tambour ayant été chargé par le laser. Ces particules de toner se déposent ensuite sur le papier pour être finalement fixées. L’imprimante laser n’ayant pas de tête mécanique est plus rapide et moins bruyante. Grâce au laser, les points sont plus petits et la définition est meilleure. Conclusion : les imprimantes laser et jet d’encres ne peuvent pas reproduire les photos en tons continus. Elles simulent des niveaux de gris ou des niveaux de couleurs en créant une trame : A l’écran A l’impression Chaque pixel écran est représenté par un point de trame. Chaque point de trame est constitué d’une mosaïque de points papiers qui correspondent aux plus petites gouttes que l’imprimante est capable de projeter. La taille de ces gouttes et leur densité constitue une des caractéristiques importantes de l’imprimante. La densité de points papiers s’appelle la résolution physique de l’imprimante : en dpi (dot per inch = point par pouce) La densité de points de trame s’appelle la linéature ou résolution pratique de l’imprimante : en lpi (line per inch = ligne par pouce) Cette résolution n’est jamais fournie par le constructeur : il s’agit pourtant de la grandeur essentielle. Explication : lorsqu’un constructeur annonce que son imprimante a une résolution de 1200 dpi, cela signifie que son imprimante est capable de projeter 1200 gouttes par pouce et non pas 1200 pixels par pouce. Dans la mesure où il faut plusieurs gouttes pour imprimer un pixel, la résolution de l’imprimante jet d’encre est bien moindre (souvent de l’ordre de 250 lpi) Densité des points de trame (en lpi) pour différents supports : - journal : 90 lpi impression offset de tout venant : 120 ou 133 lpi magazine, plaquette, travaux courants : 150 lpi livre haut de gamme, livre d’art : 175 ou 200 lpi - imprimante jet d’encre : 200 à 250 lpi imprimante laser : 50 à 60 lpi écran de pitch 0,25mm : 2,54 cm/ 0,025 cm = 100 lpi 5) CHOISIR LA RESOLUTION EN FONCTION DE L’USAGE : Résolution de l’image pour l’impression en dpi= facteur de qualité x linéature Résolution d’acquisition de l’image en dpi= facteur de qualité x linéature x taux d’agrandissement ou réduction. Valeur du facteur de qualité : - 1,5 : pour des images qui ne présentent pas de détails importants, par exemple des images de texture (sable, pierre, liège, ciel…). Idéal pour des fonds de page. 2 : dans la majorité des cas, le choix de cette valeur permet d’obtenir une bonne qualité d’image. 2,5 ou 3 : pour des images qui ont de nombreux détails, par exemple, des photos représentant du texte (bouteille de vin avec étiquette, photo de livre) ou bien des détails de structure (trame de textile). Résolution d’une image numérique : - Résolution d’une image pour visualisation sur un écran, Internet : 72 dpi Résolution d’une image en vue d’être imprimée : 300 dpi Exemples de calcul : déterminer la résolution d’impression et la résolution d’acquisition : 1) On souhaite numériser une image de 10 x 15 cm. L’impression est prévue en offset avec une linéature de 175 lpi et l’image imprimée doit avoir une taille de 20 x 30 cm. (350dpi ; 700 dpi). 2) On souhaite numériser une image de 20 x 30 cm. L’impression est prévue en offset avec une linéature de 150 lpi et l’image imprimée doit avoir une taille de 5 x 7,5 cm. (300dpi ; 75 dpi). 3) On souhaite numériser une image de 24 x 36 mm. L’impression est prévue avec une imprimante jet d’encre avec une linéature de 200 lpi et l’image imprimée doit être 8 fois plus grande que l’originale. (400 dpi ; 3200 dpi) 4) On souhaite numériser une image de 4 x 6 cm présentant énormément de détails. La résolution d’acquisition est de 1500 dpi et celle d’impression est de 300 dpi. Déterminer la linéature et la taille de l’image imprimée en pouces. (100 lpi ; 7,9 x 11,8 pouces).
