Le Codage des Images

On appelle infographie le domaine de l'informatique concernant la création et la manipulation des images numériques. L'infographie regroupe de nombreux savoirs, parmi lesquels la représentation des éléments graphiques (texte, image ou vidéo), ainsi que leurs transformations (rotation, translation, zoom, ...) par l'intermédiaire d'algorithmes.

-Les technologies d'affichage

L'image s'affiche sur un écran (appelé aussi moniteur), il s'agit d'un périphérique de sortie permettant de fournir une représentation visuelle. Ces informations proviennent de l'ordinateur, mais de façon "indirecte". En effet le processeur n'envoie pas directement les informations au moniteur, mais traite les informations provenant de sa mémoire vive (RAM), puis les envoie à une carte graphique qui est chargée de convertir les informations en impulsions électriques qu'elle envoie au moniteur.

Les moniteurs d'ordinateur sont la plupart du temps des tubes cathodiques, c'est à dire un tube en verre dans lequel un canon à électrons émet des électrons dirigés par un champ magnétique vers un écran sur lequel sont disposés de petits éléments phosphorescents (luminophores) constituant des points (pixels) émettant de la lumière lorsque les électrons viennent les heurter.

-La notion de pixel

Une image est constituée d'un ensemble de points appelés pixels (pixel est une abréviation de PICture ELement) Le pixel représente ainsi le plus petit élément constitutif d'une image numérique. L'ensemble de ces pixels est contenu dans un tableau à deux dimensions constituant l'image :

Etant donné que l'écran effectue un balayage de gauche à droite et de haut en bas, on désigne généralement par les coordonnées [0,0] le pixel situé en haut à gauche de l'image, cela signifie que les axes de l'image sont orientés de la façon suivante:

L'axe X est orienté de gauche à droite.
L'axe Y est orienté de haut en bas, contrairement aux notation conventionnelles en mathématiques, où l'axe Y est orienté vers le haut.

-Définition et résolution

On appelle définition le nombre de points (pixel) constituant l'image, c'est-à-dire sa "dimension informatique" (le nombre de colonnes de l'image que multiplie son nombre de lignes). Une image possèdant 640 pixels en largeur et 480 en hauteur aura une définition de 640 pixels par 480, notée 640x480.

La résolution, terme souvent confondu avec la "définition", détermine par contre le nombre de points par unité de surface, exprimé en points par pouce (PPP, en anglais DPI pour Dots Per Inch); un pouce représentant 2.54 cm. La résolution permet ainsi d'établir le rapport entre le nombre de pixels d'une image et la taille réelle de sa représentation sur un support physique. Une résolution de 300 dpi signifie donc 300 colonnes et 300 rangées de pixels sur un pouce carré ce qui donne donc 90000 pixels sur un pouce carré. La résolution de référence de 72 dpi nous donne un pixel de 1"/72 (un pouce divisé par 72) soit 0.353mm, correspondant à un point pica (unité typographique anglo saxonne).

-Le codage de la couleur

Une image est donc représentée par un tableau à deux dimensions dont chaque case est un pixel. Pour représenter informatiquement une image, il suffit donc de créer un tableau de pixels dont chaque case contient une valeur. La valeur stockée dans une case est codée sur un certain nombre de bits déterminant la couleur ou l'intensité du pixel, on l'appelle profondeur de codage (parfois profondeur de couleur). Il existe plusieurs standards de codage de la profondeur :

bitmap noir et blanc: en stockant un bit dans chaque case, il est possible de définir deux couleurs (noir ou blanc).
bitmap 16 couleurs ou 16 niveaux de gris: en stockant 4 bits dans chaque case, il est possible de définir 24 possibilités d'intensités pour chaque pixel, c'est-à-dire 16 dégradés de gris allant du noir au blanc ou bien 16 couleurs différentes.
bitmap 256 couleurs ou 256 niveaux de gris: en stockant un octet dans chaque case, il est possible de définir 28 intensités de pixels, c'est-à-dire 256 dégradés de gris allant du noir au blanc ou bien 256 couleurs différentes.
palette de couleurs (colormap): grâce à cette méthode, il est possible de définir une palette, ou table des couleurs, contenant l'ensemble des couleurs pouvant être contenues dans l'image, à chacune desquelles est associé un indice. Le nombre de bits réservé au codage de chaque indice de la palette détermine le nombre de couleurs pouvant être utilisées. Ainsi en codant les indices sur 8 bits il est possible de définir 256 couleurs utilisables, c'est-à-dire que chaque case du tableau à deux dimensions représentant l'image va contenir un nombre indiquant l'indice de la couleur à utiliser. On appelle ainsi image en couleurs indexées une image dont les couleurs sont codées selon cette technique.
true color: cette représentation permet de représenter une image en définissant chacune des composantes (RGB: rouge, vert, bleu). Chaque pixel est représenté par un entier comportant les trois composantes, chacune codée sur un octet, c'est-à-dire au total 24 bits (16 millions de couleurs). Il est possible de rajouter une quatrième composante permettant d'ajouter une information de transparence ou de texture, chaque pixel est alors codée sur 32 bits.

-Poids d'une image

Pour connaître le poids (en octets) d'une image, il est nécessaire de compter le nombre de pixels que contient l'image, cela revient à calculer le nombre de cases du tableau, soit la hauteur de celui-ci que multiplie sa largeur. Le poids de l'image est alors égal à son nombre de pixels que multiplie le poids de chacun de ces éléments.

Voici le calcul pour une image 640x480 en True color :

Nombre de pixels :

640 x 480 = 307200

24 bits / 8 = 3 octets

Le poids de l'image est ainsi égal à :

307200 x 3 = 921600 octets

921600 / 1024 = 900 Ko

(Pour connaître la taille en Ko il suffit de diviser par 1024).
Voici quelques exemples (en considérant que l'image n'est pas compressée) :

Noir et blanc 256 couleurs 65000 couleurs True color

320x200 7.8 Ko 62.5 Ko 125 Ko 187.5 Ko
640x480 37.5 Ko 300 Ko 600 Ko 900 Ko
800x600 58.6 Ko 468.7 Ko 937.5 Ko 1.4 Mo
1024x768 96 Ko 768 Ko 1.5 Mo 2.3 Mo

Cela met en évidence la quantité de mémoire vidéo que nécessite votre carte graphique en fonction de la définition de l'écran (nombre de points affichés) et du nombre de couleurs. L'exemple montre ainsi qu'il faut une carte ayant au minimum 4 Mo de mémoire vidéo afin d'afficher une résolution de 1024x768 en true color...

-Transparence

La transparence est une caractéristique permettant de définir le niveau d'opacité des éléments d'une image, c'est-à-dire la possibilité de voir à travers l'image des éléments graphiques située derrière celle-ci.

Il existe deux modes de transparence :

La transparence simple s'applique pour une image indexée et consiste à définir parmi la palette de couleurs une des couleurs comme transparente
La transparence par couche alpha (ou canal alpha, en anglais alpha channel) consiste à rajouter pour chaque pixel de l'image un octet définissant le niveau de transparence (de 0 à 255). Le processus consistant à ajouter une couche transparente à une image est généralement appelée alpha blending.