Signaux

Produire une image en couleur

sciences · Durée indicative : 4 h

Comprendre le fonctionnement des capteurs et écrans numériques (matrice de pixels), la synthèse additive RVB, les caractéristiques d'une image numérisée (pixellisation, résolution, taille, codage) et évaluer la taille d'un fichier image en octets.

1. Du capteur à l'écran : une matrice de pixels

Photo zoomée révélant la matrice de pixels rouges, verts et bleus
Une image numérique est une matrice de pixels ; chaque pixel = rouge + vert + bleu (synthèse additive).

À l'arrière du boîtier photo, le capteur CMOS est une matrice (une grille) comportant des millions d'éléments photosensibles microscopiques : les pixels (contraction de « picture elements »). Chaque pixel convertit la lumière reçue en signal électrique, puis en nombre.

Pixel : plus petit élément d'une image numérique. Une image est un tableau de pixels, chacun codé par un ou plusieurs nombres représentant sa couleur ou son niveau de gris.

Pixellisation : découpage de l'image en pixels. Plus les pixels sont nombreux et petits, plus l'image est fine ; si l'on agrandit trop, on voit les « carrés ».

Définition : nombre total de pixels (ex. 4 000 × 3 000 = 12 millions de pixels = 12 Mpx). La résolution d'impression exprime la densité de pixels par unité de longueur (ex. 300 ppp pour le print de qualité).

2. La synthèse additive RVB

Système RVB (rouge, vert, bleu) : toute couleur d'écran est obtenue en additionnant des lumières rouge, verte et bleue en proportions variables.

  • Rouge + Vert = Jaune
  • Rouge + Bleu = Magenta
  • Vert + Bleu = Cyan
  • Rouge + Vert + Bleu = Blanc
  • Aucune lumière = Noir

Illustrer expérimentalement le système RVB :

  • 1. Dans le studio plongé dans le noir, superposer les faisceaux de trois projecteurs (ou lampes torches + filtres gélatine) rouge, vert et bleu sur un écran blanc.
  • 2. Observer les couleurs obtenues deux à deux (jaune, magenta, cyan) puis avec les trois faisceaux (blanc).
  • 3. Variante logicielle : dans un logiciel de retouche, créer des calques R, V et B en mode de fusion « éclaircir » et observer les synthèses.
  • 4. Comparer avec les encres d'imprimerie (cyan, magenta, jaune) qui fonctionnent en synthèse soustractive : ne pas confondre les deux systèmes.

Vigilance métier : l'écran fonctionne en RVB (synthèse additive), l'imprimante en CMJN (synthèse soustractive). Une image préparée pour l'écran doit être convertie avant impression, sinon les couleurs imprimées diffèrent de celles perçues à l'écran.

3. Codage des couleurs et taille d'une image

Codage RVB 8 bits par canal (« 24 bits ») : chaque pixel est codé par trois nombres entiers entre 0 et 255 (un par canal R, V, B). 8 bits = 1 octet par canal, donc 3 octets par pixel. Exemple : (255 ; 0 ; 0) = rouge pur ; (255 ; 255 ; 255) = blanc ; (0 ; 0 ; 0) = noir.

Codage en niveaux de gris : un seul nombre par pixel (0 = noir à 255 = blanc) : 1 octet par pixel.

Taille du fichier (non compressé) = nombre de pixels × nombre d'octets par pixel

Rappels : 8 bits = 1 octet ; 1 ko = 1 000 octets (en usage informatique courant) ; 1 Mo = 106 octets ; 1 Go = 109 octets.

Exemple résolu — Photo du boîtier 12 Mpx : une image de 4 000 × 3 000 pixels codée en RVB 24 bits (3 octets/pixel), sans compression. Quelle est sa taille ?

Nombre de pixels : 4 000 × 3 000 = 12 000 000 = 12 × 106 pixels.

Taille : 12 × 106 × 3 = 36 × 106 octets = 36 Mo.

En niveaux de gris (1 octet/pixel), la même image n'occuperait que 12 Mo.

Exemple résolu — Visuel pour écran Full HD : 1 920 × 1 080 = 2 073 600 pixels ≈ 2,07 Mpx. En RVB 24 bits : taille ≈ 2 073 600 × 3 ≈ 6,2 × 106 octets = 6,2 Mo. La compression JPEG réduit fortement cette taille (souvent d'un facteur 10) au prix d'une perte de qualité.

Mesures et incertitudes / présentation des résultats : une taille de fichier se donne avec une unité adaptée (ko, Mo, Go) et un nombre raisonnable de chiffres significatifs : écrire « 36 Mo » plutôt que « 36 000 000 octets exactement ». Vérifier toujours la cohérence : pixels × octets/pixel = octets.

Exercices d'entraînement