Partie 2 : Taille, traitement et formats d'images

Programme officiel (B.O.)

B.O. spécial n° 1 du 22 janvier 2019 - SNT Seconde

Contenus	Capacités attendues
Photosites, pixels, résolution, image matricielle	Comprendre la représentation d'une image en pixels. Calculer la taille d'une image non compressée.
Codage RVB d'un pixel	Coder et décoder les couleurs d'un pixel en RVB.
Traitement d'image : filtres, redimensionnement, compression	Appliquer des traitements simples à une image numérique (modification de couleurs, filtres). Comprendre l'effet de la compression sur la qualité d'une image.
Métadonnées EXIF	Retrouver et interpréter les métadonnées d'une photo numérique.

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4. Taille d'une image non compressée

4.1. Calcul

La taille en octets d'une image non compressée se calcule ainsi :

$\text{Taille (octets)} = \text{largeur} \times \text{hauteur} \times 3$

(3 octets par pixel pour le codage RVB sur 24 bits)

Exemple de calcul

Une photo de 4 032 × 3 024 pixels :

$\text{Taille} = 4\,032 \times 3\,024 \times 3 = 36\,578\,304 \text{ octets} \approx 34{,}9 \text{ Mo}$

C'est considérable ! C'est pourquoi la compression est indispensable.

4.2. Unités de taille

Unité	Équivalence
1 octet (o)	8 bits
1 kilo-octet (ko)	1 024 octets
1 méga-octet (Mo)	1 024 ko ≈ 1 million d'octets
1 giga-octet (Go)	1 024 Mo ≈ 1 milliard d'octets

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5. Le traitement d'images

5.1. Filtres courants

Un filtre est un traitement qui modifie les valeurs des pixels d'une image :

Filtre	Action
Niveaux de gris	Remplacer chaque pixel par la moyenne de ses composantes RVB
Négatif	Inverser chaque composante : nouvelle valeur = 255 − ancienne valeur
Luminosité	Ajouter ou soustraire une valeur à chaque composante
Contraste	Accentuer les différences entre pixels clairs et sombres
Flou	Remplacer chaque pixel par la moyenne de ses voisins
Rouge seul	Mettre à zéro les composantes V et B, garder uniquement R

5.2. Redimensionnement

Réduire une image consiste à supprimer des pixels (sous-échantillonnage). Agrandir une image consiste à ajouter des pixels en interpolant les valeurs des pixels voisins. L'agrandissement entraîne une perte de netteté (image « pixelisée »).

5.3. Exemple de traitement en Python

# Convertir une image en niveaux de gris
from PIL import Image

img = Image.open("photo.jpg")
largeur, hauteur = img.size

for x in range(largeur):
    for y in range(hauteur):
        r, g, b = img.getpixel((x, y))
        gris = (r + g + b) // 3
        img.putpixel((x, y), (gris, gris, gris))

img.save("photo_gris.jpg")

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6. Les formats d'images et la compression

6.1. Pourquoi compresser ?

Les images non compressées occupent beaucoup d'espace. Une simple photo de smartphone (12 Mpx) pèse près de 35 Mo sans compression ! La compression réduit la taille du fichier pour faciliter le stockage et le transfert.

6.2. Types de compression

Type	Principe	Qualité	Formats
Sans perte (lossless)	Réduit la taille sans perdre d'information. L'image reconstruite est identique à l'originale.	Parfaite	PNG, BMP (non compressé), TIFF
Avec perte (lossy)	Supprime des détails invisibles ou peu visibles à l'œil. L'image reconstruite diffère légèrement de l'originale.	Légèrement dégradée	JPEG

6.3. Les principaux formats d'images

BMP (Bitmap)

• Compression : aucune (image brute, non compressée).
• Qualité : parfaite (aucune perte).
• Poids : très lourd (taille = largeur × hauteur × 3 octets + en-tête).
• Usage : rarement utilisé aujourd'hui en raison de sa taille, mais utile pour comprendre le stockage brut des pixels.

PNG (Portable Network Graphics)

• Compression : sans perte.
• Qualité : parfaite (aucune perte).
• Particularité : gère la transparence (canal alpha sur 8 bits).
• Poids : plus léger que le BMP, mais plus lourd que le JPEG.
• Usage : logos, captures d'écran, images avec du texte, images nécessitant de la transparence.

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

• Compression : avec perte, taux réglable (de 1 à 100 en qualité).
• Qualité : dépend du taux de compression choisi.
• Particularité : ne gère pas la transparence.
• Poids : très léger (5 à 20 fois plus petit que le BMP).
• Usage : photographies, images web. Le format le plus répandu.

GIF (Graphics Interchange Format)

• Compression : sans perte, mais limitée à 256 couleurs (8 bits).
• Qualité : réduite pour les photographies (palette limitée).
• Particularité : supporte l'animation (succession d'images).
• Poids : léger pour les images simples.
• Usage : animations courtes, icônes, images avec peu de couleurs.

6.4. Comparaison du poids des fichiers

Comparaison pour une même image de 800 × 600 pixels

Format	Taille approximative	Rapport
BMP	1 440 ko	×1 (référence)
PNG	500 à 900 ko	×0,4 à ×0,6
JPEG qualité 90	150 à 250 ko	×0,1 à ×0,17
JPEG qualité 50	50 à 100 ko	×0,03 à ×0,07
JPEG qualité 10	15 à 30 ko	×0,01 à ×0,02
GIF	100 à 300 ko	×0,07 à ×0,2

Plus le taux de qualité JPEG est bas, plus le fichier est léger, mais plus les artefacts de compression (carrés visibles, flou) apparaissent.

6.5. Le format JPEG en détail

Le format JPEG utilise une compression avec perte. On peut régler le taux de compression :

• Faible compression (qualité élevée) = haute qualité mais fichier volumineux
• Forte compression (qualité basse) = fichier léger mais qualité dégradée (artefacts visibles)

Compression répétée

Chaque fois qu'on ouvre et ré-enregistre une image JPEG, elle est recompressée et perd un peu plus de qualité. Pour éviter cela, travailler en PNG ou en format natif, puis exporter en JPEG à la fin.

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