Images numériques et stockage optique - leprof

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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 :

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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.

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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
2
en plus de l'onde
réfléchie sur le creux.
La différence de marche entre les deux faisceaux réfléchis est
2
: l'interférence est destructive.
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

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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.