Ce chapitre est largement extrait de l’excellente documentation Wikipedia sur le sujet http://fr.wikipedia.org/wiki/Image_num%C3%A9rique.

Le pixel (px en abrégé), ou point, est l’unité de base d’une image numérique. Son nom provient de la locution anglaise picture element, qui signifie, « élément d’image » ou « point élémentaire ».

C’est le point minimal adressable par le contrôleur vidéo. C’est par exemple l’unité utilisée pour spécifier les définitions d’affichage (largeur × hauteur) :

- VGA: 640×480, soit 307 200 points ;

- Super-VGA ou S-VGA : 800×600, soit 480 000 pixels ;

- XGA : 1 024×768, soit 786 432 pixels ;

- SXGA : 1 280×1 024, soit 1 310 720 pixels.

À chaque pixel, est associée une couleur, usuellement décomposée en trois composantes primaires (RVB).

Pour l’informatique, un point est codé sur plusieurs bits (voir § Codage informatique des couleurs). La place mémoire occupée par un point dépend de la « profondeur », c’est-à-dire du nombre de couleurs affichables :

• noir et blanc : un bit (1/8e d’octet, car 1 octet = 8 bits)
• 16 couleurs (standard VGA) : 4 bits
• 256 couleurs : 1 octet
• 65 536 couleurs (« milliers de couleurs »)
• 16 777 216 couleurs (« 16 millions de couleurs », « true colors ») : 3 octets (24 bits).

La place mémoire réelle utilisée peut être plus importante. Par exemple, en mode 16 millions de couleurs, le point occupe 32 bits (4 octets), l’octet supplémentaire étant inutilisé ou bien utilisé par OpenGL.

Les cartes graphiques qui permettent de distinguer le plus grand nombre de couleurs sont généralement des écrans cartes dites 32 bits ; parmi ces 32 bits, 24 bits sont utilisés pour coder la couleur de chaque pixel d’une image, les 8 bits restants étant

• soit inutilisés (cas le plus fréquent),
• soit (avec les représentations (OpenGL, DirectX) et/ou formats d’image qui le permettent, comme le PNG) à coder une information de transparence dite alpha channel.

A l’opposé, les anciens écrans étaient limités à une palette de 256 couleurs, mais celle-ci est quasi abandonnée. Il existe maintenant un certain consensus lié à l’existence d’une sorte de standard HTML qui stipule qu’une certaine palette dite “palette web” doit être privilégiée : dans les faits, la quasi totalité des navigateurs internet respecte cette palette … Celle-ci comporte 216 couleurs dont les trois composantes RVB (voir ci-dessous) sont l’un des 6 multiples de 51 suivants : 0, 51, 102, 153, 204 ou 255. Remarquer que :

216 = 6*6*6 = 6^3

Dans la suite, on ne s’intéressera qu’aux 24 bits de codage des couleurs. Les explications données correspondront donc non seulement à la représentation des couleurs sur 32 bits mais aussi à celle sur 24 bits.

Les 24 bits d’une couleur se décomposent en 3 fois 8 bits :

• 8 bits sont consacrés à la teinte primaire rouge ;
• 8 bits sont consacrés à la teinte primaire vert ;
• 8 bits sont consacrés à la teinte primaire bleu.

Une séquence de 8 bits permet de coder un nombre entier compris entre 0 et Vmax = 255 : en effet, 2^8 vaut 256. Par conséquent, la valeur de la composante rouge d’un pixel peut être représentée selon 256 niveaux différents (allant du 0 à 255, rouge d’intensité maximum). Et il en est de même pour les 2 autres composantes primaires, le vert et le bleu.

Par exemple :

Le carré ci-dessus est formé de pixels d’une couleur uniforme, appelée « chair » dont les caractéristiques RVB sont les suivantes :

• composante rouge : 251, soit en codage binaire (sur 8 bits) 11111011 ;
• composante vert : 208, soit 11010000 ;
• composante bleue : 151, soit {{bleu|10010111}.

Le codage binaire sur 24 bits de cette couleur est donc le suivant :

111110111101000010010111.

Or, il existe deux grandes familles de représentation des couleurs, telles qu’elles peuvent apparaître dans une image présentée sur un écran d’ordinateur : le codage RVB (ou RGB en anglais), dont les principes viennent d’être décrits, et le codage TSL (ou HSL en anglais).

Voyons donc à présent quelles sont les valeurs des 3 composantes du codage TSL de la couleur choisie précédemment, exprimées (comme c’est assez souvent le cas) selon une échelle allant de 0 à 240 :

• composante Teinte : 23 ;
• composante Saturation : 220 ;
• composante Luminance : 189.

Ici, on se rapportera utilement à Wikipedia sur Teinte Saturation Lumière, où d’autres valeurs maximales sont choisies pour la teinte (de 0 à 360°), la saturation (de 0 à 100%) et la luminance (de 0 à 100%). Le codage RVB est celui qui est mis en œuvre dans de nombreux périphériques numériques : en entrée (scanner-couleurs, appareil photo numérique, caméscope…) comme en sortie (écran en couleurs, imprimante, quadrichromie, photocopieuse-couleurs…).

Le codage TSL, destiné aux opérateurs humains, est adapté à la caractéristique de leurs rétines : une personne entraînée peut d’ailleurs donner avec une approximation satisfaisante les valeurs TSL d’une couleur qu’on lui présente; on peut aussi s’aider, par exemple, des outils de Sélection de couleur offerts dans de nombreux logiciels de dessin ou de retouche.

La notion de couleur est parfois généralisée en ajoutant un indice de transparence appelé Alpha.

La résolution est communément utilisée pour définir la précision d’un scanner ou d’une imprimante. Plus cette valeur est élevée et meilleure est la qualité. L’unité employée est le point par pouce.

La trame de base constituant le nappage d’une image numérique, que ce soit en imprimerie ou en photographie numérique, est définie en nombre de points par pouce (ppp) ou, en anglais, dots per inch (dpi).

Elle définit le nombre d’informations constituant une ligne d’un pouce, soit 2,54 cm. Ainsi, une résolution de 2.400 ppp signifie que l’image, noir et blanc, a une définition de 2.400 points, blancs ou noirs, sur une longueur de 2,54 cm. Le point, dès lors, mesure 25.400 μm / 2.400 = 10,583 μm qui sera le détail le plus petit de l’image.

Pour une photographie numérisée destinée à l’impression, il est d’usage de l’échantillonner à 300 dpi car celle-ci sera tramée lors de l’impression (maillage de points plus ou moins gros et espacés en fonction de la densité de couleur attendue), à une valeur allant de 133 à 175 lpi (lignes par pouce) définissant la finesse de la trame. Le point de définition sera alors plus grossier. Les valeurs élevées (de 1.200 ppp à 8.000 et plus) sont destinées aux dessins vectoriels, au trait, ou pour le traitement d’images à très haute résolution destinées à être reproduites ensuite sur films de projection (diapositives).

Les différents paramètres d’une image jouent sur son poids, sur l’affichage-écran et/ou sur ses dimensions. Exemples :

• Image de 800 pixels par 1.200 pixels (dite 800×1200). En 300 dpi, taille : 800/300*2.54 = 6.77 cm par 1200/300*2.54 = 10.16 cm
• Image de 800*1200 présentée dans une page email (résolution-écran typique de 72 dpi): 28.22 cm x 42.33 cm (800/72*2.54 et 1200/72*2.54)

C’est la même image qui, en couleurs, pèse: 2.75 Mo.

A travers le temps, différents formats d’images matricielles sont apparus avec la profondeur de couleur:

• BMP pour Bit Map, premier arrivé sur PC,
• TIFF pour Tagged Image File Format, utilisé auparavant en sortie de scanneur. Peut comprendre une compression,
• GIF pour Graphics Interchange Format,
• PNG pour Portable Network Graphics qui comprend la transparence,
• JPEG pour Joint Photographic Experts Group avec taux de compression réglable.

Le nombre élevé de couleurs différentes existant dans la plupart des photographies est décisif lors du choix du format de graphiques:

• Le format GIF possède une palette de couleurs d’un maximum de 256 couleurs. Cela signifie que vous pouvez d’une part réduire la taille d’un fichier GIF en réduisant le nombre de couleurs, mais que d’autre part, 256 couleurs sont généralement insuffisantes pour une bonne photo.
• Le format JPEG, lui, sauvegarde davantage d’informations couleur et garantit de ce fait un nombre élevé de couleurs. La compression flexible rend possible une réduction de la taille du fichier JPEG sans avoir trop d’impact sur la qualité de l’image.

À titre d’exemple, voici une photo avec un ciel bien bleu:

Ces images correspondent aux formats de fichier suivants:

• JPEG (sans compression) 71,0 ko
• JPEG ( 200 x 270 pixel ) 11.9 ko
• GIF (200 x 270 pixel ) 14,8 ko

Comme on le voit, la réduction du nombre de couleurs par le GIF provoque de vilaines bandes dans les dégradés de couleurs, en particulier au niveau du ciel et de certaines parties du drapeau norvégien. Les 256 couleurs différentes ne suffisent pas à obtenir un dégradé de couleurs régulier. Ce problème n’apparaît pas avec le format JPEG.

La taille du fichier est, par rapport au GIF, visiblement inférieure: 11,9 Ko au lieu de 14,8 Ko. Cependant, l’image JPEG a été compressée à 50%.

La photo JPEG fournit donc avec une compression de 50% une qualité satisfaisante. Les dégradés de couleurs du ciel et du drapeau apparaissent dans toutes leurs couleurs.

En photo, éviter d’utiliser les formats ZIP ou RAR qui sont faits pour la compression de données.