LA PHOTOGRAPHIE NUMERIQUE

Bref historique

Naissance de la photographie

Date Evènement
Antiquité Description de la chambre noire dans le livre XV des Problèmes d'Aristote.
XVIe siècle Amélioration des performances du sténopé (petit trou percé dans une plaque) avec une lentille de verre.
1826 Première photographie permanente, par Joseph Nicéphore Niépce, inventeur de l'héliographie, sur une plaque d'étain recouverte de bitume de Judée.
1839 Invention du daguerréotype par Louis Jacques Mandé Daguerre, produisant des photographies argentiques sans négatif.
1840 Invention du calotype, procédé négatif-positif permettant une reproduction multiple, par William Henry Fox Talbot.
1869 Première photographie en couleurs, par Charles Cros et Louis Arthur Ducos du Hauron.
1884 Invention du négatif sur film de celluloïd, par George Eastman.

Début de la photographie numérique

Date Evènement
1969 Invention du capteur CCD (Charge Coupled Device) par George Elwood Smith et Willard Boyle des Laboratoires Bell.
1981 Commercialisation du premier appareil photographique numérique, Le Mavica de Sony.
1990 Arrivée des capteurs CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) concurrençant les capteurs CCD.
2000 Commercialisation (en Corée du Sud) du premier téléphone portable avec appareil photo, le Samsung SCH-V200.
2007 Commercialisation du premier téléphone portable à écran tactile : L'iPhone d'Apple.

Affichage d’une image numérique

Couleurs primaires

Une image numérique peut être affichée sur un écran, noir au départ, ou imprimée sur une feuille de papier, blanche au départ.

Synthèse additive

Les couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu pour l'affichage sur un écran.

Synthèse soustractive

Les couleurs primaires sont le cyan, le magenta, le jaune et le noir (couleur additive) pour l'impression sur papier.

Pixels d’un écran

L’observation à la loupe de la surface d’un écran d’ordinateur montre qu’il est composé de pixels (contraction de picture element) :

Caractéristiques d’un écran

Définition

Résolution

Format

Taille

Profondeur de couleur

Types d'écran

Ecran CRT (Cathode Ray Tube) ou à tube cathodique

Très utilisé autrefois, il a été remplacé... par les écrans plats.

Ecran plasma

Chaque pixel est constitué de trois cellules distinctes les unes des autres qui contiennent un gaz (argon et xénon). Excité par le courant électrique, le gaz produit un rayonnement lumineux. Ce type d'écran, permettant d'obtenir 16 millions de couleurs, n'est plus guère utilisé de nos jours.

Ecran SED (Surface-conduction Electron-emitter Display)

Abandonné également, le principe SED consiste à placer l'équivalent d'un canon à électrons derrière chaque sous-pixel.

Ecran LCD (Liquid Crystal Display)

Il s'agit d'un écran à cristaux liquides accompagnés d'un rétroéclairage (tubes CCFL). La consommation en électricité est relativement importante.

Ecran à LED (Light-Emiting Diode)

Il s'agit également d'un écran à cristaux liquides, mais le rétroéclairage se fait par LED. La consommation en électricité est modeste.

Ecran OLED (Organic Light-Emitting Diode)

Chaque pixel est constitué de LED qui émet sa propre lumière. Il n'y a donc pas de rétroéclairage. La consommation en électricité est encore plus réduite.

Réalisation d’une image numérique

Capteur photographique

C'est un composant électronique photosensible constitué d'un grand nombre de photosites. Il convertit la lumière en un signal électrique analogique. Ce signal est ensuite amplifié, numérisé et traité pour obtenir une image numérique. Il existe deux grandes familles de capteurs : les CCD et les CMOS.

Photosite

C'est le nom des cellules photoélectriques qui composent le capteur. Elles correspondent au plus petit élément qui réagit à l'intensité lumineuse.

Capteur CCD (Charge-Coupled Device)

Apparu dans les années 69, il est composé de photodiodes. C'est le premier type de capteur utilisé sur les appareils photographiques.

Capteur CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor)

Apparu dans les années 90, il est composé également de photodiodes, mais chaque photosite possède son propre convertisseur charge/tension et amplificateur. Ce type de capteur est utilisé majoritairement sur les appareils photographiques de nos jours.

Matrice de Bayer

Le filtre de Bayer permet à chaque photosite du capteur de ne voir qu'une seule couleur : le rouge, le vert ou le bleu. Sur chaque groupe de quatre photosites on trouve un pour le bleu, un pour le rouge et deux pour le vert. Cette répartition correspond à la sensibilité de notre vision. Il faut donc quatre photosites pour créer un pixel de couleur.

Il existe d’autres types de matrice. A la place du bleu, du rouge et du vert, on peut utiliser le cyan, le magenta et le jaune pour produire une image par synthèse soustractive.

Capteur Foveon

Ce capteur, dévellopé par la société Foveon rachetée en 2008 par Sigma, permet la capture des trois couleurs rouge, vert et bleu par un seul photosite. Il comporte trois couches de silicium recouvertes de photosites et disposées en sandwich, et filtrées chacune par un filtre bleu, vert ou rouge.

Objectif et distance focale

Le système optique à l'avant d'un appareil photo se nomme l'objectif. Il se compose de lentilles dont le but est de former une image sur le capteur. Sa caractéristique fondamentale est sa distance focale, qui détermine le grossissement et l'angle de champ. La distance focale représente la distance séparant le centre optique de l'objectif (la lentille) du capteur (le foyer).

Appareils photographiques

Colorimétrie

La colorimétrie est la discipline psychophysique qui se donne pour objectif la mesure de la couleur. Elle relie des mesures physiques effectuées sur la lumière aux perceptions colorées.

Couleurs du spectre visible

L'œil humain perçoit une couleur selon la longueur d'onde de l'onde lumineuse. Le spectre visible s'étend de 380 nm à 780 nm.

Mélange des couleurs

L'œil humain interprète le mélange de plusieurs couleurs du spectre visible. Il peut percevoir :

Codage d'une couleur

Format RGB/RVB (Red Green Blue ou Rouge Vert Bleu)

La couleur est composée à partir de trois couleurs primaires, selon le principe de la synthèse additive. L'addition des trois couleurs primaires donne le blanc. Ce format est utilisé pour les écrans d'ordinateur et les capteurs photographiques.

Format HSL/TSL (Hue Saturation Light ou Teinte Saturation Lumière)

La couleur est caractérisée par trois propriétés :

Ce format facilite la recherche d'une couleur.

Format CMYK/CMJN (Cyan Magenta Yellow Key ou Cyan Magenta Jaune Noir)

La couleur est composée à partir de trois couleurs primaires, selon le principe de la synthèse soustractive. L'addition des trois couleurs primaires donne le noir. En pratique, ce noir est plutôt un gris, corrigé avec l'ajout de noir. Ce format est utilisé pour l'impression.

Formats de fichiers

Images matricielles, vectorielles

ImageCompositionExempleAvantages
Matricielle Petits points appelés pixels. png, gif Est bien adapté aux photographies
Vectorielle Objets géométriques : Polygones, cercle... svg, dxf Occupe peu de place en mémoire et se redimensionne sans perte.

Formats des images matricielles pour le Web

Les trois formats GIF (le plus ancien), JPG (ou JPEG) et PNG (le plus récent) sont les plus courants. Les images en base64 sont assez rares. le format WebP est relativement récent.

GIF (Graphics Interchange Format)

Il permet de créer des images animées pour le Web. Il est peu utilisé pour les photographies à cause du nombre limité de couleurs.

JPG ou JPEG (Joint Photographic Expert Group )

Ce format populaire permet d'obtenir des photographies de taille réduite.

PNG (Portable Network Graphic)

C'est un format plus récent que le JPG et très utilisé sur le Web.

Base64

Une photographie encodée en base64 s'intègre directement dans la page HTML, au lieu d'être placée dans un fichier externe. Cet encodage s'utilise parfois pour les petites photos.

Exemple de code :

<img src="data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAA...  ...BJRU5ErkJggg==">
Résultat correspondant

WebP

C'est un format relativement récent.

Autres formats des images matricielles

BMP (BitMaP)

C'est un ancien format d’image.

TIFF (Tagged Image File Format)

Ce format d'image est proche du BMP.

RAW (brut en anglais)

Il est principalement utilisé par les photographes.

Métadonnées d’une photographie numérique

Tout appareil numérique attache au fichier JPEG (ou RAW) une série de données normalisées, appelées données EXIF (Exchangeable Image File Format). Beaucoup de programmes graphiques conservent ces données et peuvent les lire. D'autres les suppriment si on réenregistre l'image.

Avant d'utiliser un programme graphique, on doit donc s'assurer de son comportement de ce point de vue. Exemple de données EXIF obtenues avec la commande exiv2 :