IMAGE NUMÉRIQUE ET IMAGE DE SYNTHÈSE

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Le vocable « image numérique » se définit par ses deux termes : il s'agit bien sûr d'une image au sens commun du terme, et numérique en ce sens qu'elle est conservée sous une forme codée dans une mémoire d'ordinateur, sur une bande magnétique ou encore sur un disque optique. Le codage sous forme d'un ensemble de nombres permet ensuite de reconstruire l'image. Toute image numérique n'est pas obligatoirement une image de synthèse. Le terme « image de synthèse » ne correspond pas à la manière par laquelle l'image est stockée, mais à la manière par laquelle cette image (son contenu) est créée. Ainsi, comme une image de synthèse est toujours produite à l'aide d'un ordinateur, elle est toujours, au départ, de nature numérique. Une fois imprimée dans une revue, ce n'est plus une image numérique, mais c'est toujours une image de synthèse.

La part prise par les images numériques est chaque jour plus grande. Certaines d'entre elles, très réalistes, sont entièrement de synthèse. Si l'on maîtrise actuellement fort bien le calcul des images de synthèse, il n'en est pas encore de même des algorithmes permettant de construire les scènes qui sont à l'origine de ces images. Les efforts à faire pour faciliter la production de ces images résident surtout au niveau des modeleurs géométriques avec lesquels on fabrique les scènes. Les progrès effectués depuis le début du xxie siècle ont été spectaculaires et ont permis de diminuer le coût de production des images synthétiques, tout en augmentant leur richesse et leur diversité.

Le principe des images numériques

Afin d'effectuer des traitements de nature informatique sur une image, il est nécessaire de la stocker sous forme numérique puisque les ordinateurs ne peuvent travailler qu'avec des données de cette nature. Pour donner une idée de la manière dont une image numérique est constituée, on peut imaginer un grand tableau à deux entrées (lignes et colonnes) dont chaque case représente un point élémentaire d'une image (pixel). Dans chaque case de ce tableau peut être mémorisé un nombre représentant par exemple une intensité lumineuse. Disons, pour fixer les idées, que l'on peut décider de représenter le noir par la valeur 0 et le blanc par la valeur 255 (les habitués de l'informatique savent que 255 est la plus grande valeur que l'on puisse coder sur un octet). Toutes les valeurs intermédiaires représentent des gris plus ou moins foncés selon que l'on est près de 0 ou de 255. Nous avons là un exemple de codage sous forme numérique d'une image en niveaux de gris. Une telle image est dite numérique. Sous cette forme de tableau de nombres, elle n'est pas directement lisible par un humain. Des programmes sont capables de transformer ce tableau en une image sur un écran cathodique d'ordinateur, ou sur tout autre périphérique graphique (imprimante, vidéo-projecteur, etc.).

Pour les images en couleurs, le codage le plus simple est directement issu du moyen de produire des images sur les écrans cathodiques (d'ordinateur ou de télévision). Ici, chaque sensation de couleur est obtenue par superposition de trois couleurs de base, rouge, vert et bleu, en quantités respectives correctement dosées. Il s'agit du système additif des couleurs appelé R.V.B. Il en découle un moyen simple et naturel de mémorisation d'une image en couleur. On stocke pour chaque pixel trois nombres qui représentent respectivement l'intensité lumineuse du rouge, celle du vert et celle du bleu. Si ces intensités lumineuses sont codées chacune sur un octet (0-255) on a alors une palette de 255×255×255 =16 581 375 couleurs (environ 16 millions de couleurs possibles). Il n'est guère utile d'aller au-delà, l'œil humain n'étant plus capable ensuite de distinguer les nuances, sauf dans des dégradés très progressifs.

Plus le tableau de nombres est grand, plus on peut mémoriser de pixels de l'image et meilleure est la qualité de l'image. C'est la quantité de pixels qui détermine ce que l'on appelle en photographie le piqué de l'image. L'informaticien parle de définition ou de résolution de l'image et l'exprime en dpi (dot per inch) ou parfois en ppp (points par pouce). À titre d'exemple, si un écran d'ordinateur possède une résolution de 72 dpi, cela signifie que l'on trouve 72 pixels par pouce d'écran, en ligne comme en colonne, soit environ 28,3 pixels par centimètre.

Aujourd'hui, la qualité des images numériques en termes de piqué permet d'atteindre les mêmes performances que les images photographiques classiques. Toutefois, cette qualité est tributaire du nombre de pixels de la photographie. Prenons une image numérique de 500 pixels sur 500 pixels. Présentée sur un écran d'ordinateur, elle fera peut-être bonne figure en 72 dpi avec des dimensions de 18 cm sur 18 cm environ. Cependant, il suffit de l'afficher en taille double pour voir apparaître nettement tous les pixels. Un tel agrandissement ne permet pas de voir plus de détails dans l'image. On sait qu'il n'en est pas de même en photographie traditionnelle et qu'à partir d'un film 24×36 on peut réaliser des agrandissements de qualité jusqu'à des formats de 40 cm sur 50 cm. C'est pourquoi, plus on souhaite agrandir une image numérique, plus elle devra contenir de pixels. Par exemple, pour un format 20 x 27 cm, quatre millions de pixels (4 Mpixels) est un minimum conseillé.

Une image numérique en millions de couleurs occupe déjà une place de 500×500×3 octets, soit 750 kilo-octets. L'image numérique de qualité est très gourmande en mémoire. Pour doubler la résolution il faut multiplier par quatre cette mémoire. Le coût de traitement en temps de calcul par des programmes est lui aussi multiplié bien souvent dans le même rapport. Le compactage des fichiers en jpeg a permis l'essor de la photo numérique en permettant un stockage plus économique, pour une perte de qualité acceptable.

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Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par lancer de rayons

Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par lancer de rayons
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par tampon de profondeur

Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par tampon de profondeur
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Image de synthèse : exemple d'un objet modélisé par un arbre CSG

Image de synthèse : exemple d'un objet modélisé par un arbre CSG
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Paysage virtuel

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Crédits : P.et D. Martin/ Université de Nantes

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Écrit par :

  • : maître de conférences en informatique, chercheur à l'Institut de recherche en informatique de Nantes
  • : maître de conférences en informatique, chercheur à l'Institut de recherche en informatique de Nantes

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Philippe MARTIN, Dominique MARTIN, « IMAGE NUMÉRIQUE ET IMAGE DE SYNTHÈSE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 04 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/image-numerique-et-image-de-synthese/