Cours : L'image numérique

Une histoire de la photographie

La photographie argentique

Pendant la grande majorité de l’histoire humaine, seule la main humaine pouvait restituer une scène, un portrait ou un paysage sur une toile, une céramique ou une tapisserie. Les premières techniques permettant la photographie, c’est-à-dire la captation d’une image et sa fixation sur un support, n’apparaissent qu’au XIX^e siècle.

Entre 1816 et 1827 l’ingénieur français Nicéphore Niépce met au point un appareil permettant de capter une image en la projetant sur une plaque d’argent, rendue sensible à la lumière par de la vapeur d’iode.

Son collaborateur, Louis Daguerre, améliore le procédé et réussit à réduire le temps de pose à moins de trente minutes. Son appareil, le daguerréotype, est présenté à l’Académie des Sciences en 1839 et devient immédiatement un succès dans tout Paris.

La mort subite de Niépce permit à Daguerre de s’attribuer tout le mérite de leur invention, c’est pourquoi ce dernier fut longtemps considéré comme le père de la photographie.

Les progrès de l’optique, de la chimie et de la mécanique vont permettre, tout au long du XIX^e et du XX^e siècle, de voir les techniques photographiques évoluer. Les appareils deviennent plus petits, le temps de pose moins long, la captation plus facile et les images de meilleure qualité.

La photographie couleur apparaît en 1869 avec les premiers usages de la trichromie (l’obtention d'une palette de couleurs à partir de trois couleurs primaire), mais la technique employée est longue et les résultats ne sont pas fidèles à la réalité. En 1903, les frères Lumière déposent le brevet de l’autochrome : un procédé de photographie couleur.

• Après la Seconde Guerre mondiale, la visée réflex (qui facilite la prise de vue) et le format de pellicules $24\times 36\ \text{mm}$ se généralise.

Malgré l’invention de la photographie numérique, il existe encore des appareils modernes utilisant la photographie argentique.

Définition

Photographie argentique :

On appelle photographie argentique les procédés de captation d’une image sur une pellicule photosensible (sensible à la lumière).

Le terme de photographie argentique est très récent puisqu’il s’agissait de la seule technique de photographie jusque dans les années 2000.

Astuce

Ce terme vient du fait que le réactif photosensible des pellicules est souvent à base d’argent, comme le bromure d’argent ou le fluorure d’argent.

La révolution numérique

La photographie numérique apparaît avec l’invention en 1969, par les ingénieurs américains George E. Smith et Willard Boyle, du capteur CCD (charged coupled device). Ce capteur permet de fixer une image, non sur un support physique, mais sous forme binaire (suite de $0$ et de $1$) dans un fichier informatique.

Les premiers appareils photos numériques apparaissent au milieu des années 70, mais leur prix et la technicité de leur utilisation réserve encore leur usage aux professionnels et amateurs confirmés.

L’imagerie numérique se démocratise peu à peu, notamment grâce aux possibilités offertes par ses propriétés techniques.

• Prendre une photo avec un appareil argentique a un coût : le nombre de prises possibles sur une pellicule est limité et les pellicules peuvent coûter plus ou moins cher.
• En revanche, prendre une photo avec un appareil numérique est quasi-gratuit (on compte seulement une consommation minime d’électricité).
• Faire une copie d’une photographie argentique a un coût : le développement d’une pellicule demande du travail et des matériaux chimiques, le nombre de tirages d’une photographie argentique est donc limité.
• En revanche, une image numérique peut être copiée avec un simple clic et imprimée facilement.

La photographie numérique constitue une véritable révolution quand elle rencontre les technologies de communication. Les images peuvent désormais circuler via internet.

Un nouveau continent d’images

En 2007, Apple lance le premier Smartphone, ou « téléphone intelligent », doté d’un appareil photo. Ce succès commercial retentit encore aujourd’hui puisque la majorité de la population des pays développés est équipée en permanence d’un appareil photo numérique facile d’utilisation et d’un moyen de diffuser les images captées par cet appareil.

Les photographies des générations précédentes étaient des photographies d’archives, des objets précieux réalisés pour conserver le souvenir de moments, de personnes ou de lieux.

La révolution numérique s’accompagne de grandes transformations dans notre rapport à l’image : aujourd’hui, prendre une photographie est un acte banal. Non seulement nous archivons beaucoup plus, mais d’autres usages de la photographie apparaissent.

Exemple

La photographie peut être un moyen de communication privé ou public (via Snapchat ou Instagram), une prothèse utilitaire de la mémoire (photographier une liste de courses, un outil de preuve, etc.).

L’adoption de ces nouveaux modes de communication ou d’utilisation de l’image a des effets profonds sur les pratiques humaines et sur la cognition que nous ne pouvons pas encore connaître tout à fait. Par exemple, les générations à venir auront accès à beaucoup plus d’images de leurs parents et grand-parents que nous n’en avons eu, l’effet sur le rapport entre les générations et le changement de rapport au temps et à l’histoire est impossible à prédire.

• De nouveaux enjeux et défis de sociétés apparaissent.
• La facilité de diffusion de photos sur Internet pose des questions de protection du droit d’auteur, de rémunération des artistes et de propriété des images.
• L’image peut servir à agresser : la captation d’image apparaît comme auxiliaire dans des actes de harcèlement (harcèlement scolaire, agressions filmées, revenge porn, etc.).
• La problématique du droit à la vie privée entre en jeu, et, avec la difficulté de faire disparaître des photos d’Internet, la question du droit à l’oubli.
• L’action de l’État, et des institutions en général, est transformée par l’introduction de ces nouvelles techniques. D’un côté, elles donnent de nouvelles possibilités de contrôle (photo d’identité, caméras de surveillance…). De l’autre, la production d’images échappant aux contrôles des institutions peut les menacer.

Exemple

Aux États-Unis, ce sont des vidéos de violences policières sur des citoyens afro-américains qui ont marqué le début des émeutes de Los Angeles en 1991.

• La numérisation des images permet plus facilement de les modifier, donc de les truquer. Plus les technologies de modification des images progressent, plus la question de la confiance que l’on peut accorder aux images se pose.

Une image faite de nombres

Quelle est cette technologie numérique qui a tant bouleversé la société moderne ?

Numérique vient de numerus, la racine latine de « nombre ».

• Une image numérique est donc, étymologiquement, une « image faite de nombres ».

Définition

Image numérique :

Une image numérique est une image codée sous forme de nombres, de manière à être manipulée par des appareils électroniques ou informatiques.

Attention

Les anglais utilisent le mot « digital », car « digit » signifie « chiffre » en anglais.
On le traduit parfois par « digital », mais en français, « digital » signifie premièrement « relatif aux doigts », comme dans empreinte digitale.

Une matrice de couleurs

Le moyen le plus simple de représenter une image avec des nombres est de l’imaginer comme une mosaïque de points. La couleur de chaque point est représentée par un ou plusieurs nombres. C’est ce qu’on appelle une image matricielle.

Une image en noir et blanc, par exemple, peut être vue comme un tableau à deux dimensions de 0 et de 1 (soit, habituellement, 0 pour noir et 1 pour blanc).

Définition

Image matricielle :

Une image matricielle est une image numérique constituée d’un ensemble de points de couleurs données répartis dans une grille.

Définition

Pixel :

Chaque point d’une image matricielle est appelé un pixel (contraction de picture element, élément de l’image).

La plupart des images matricielles sont formées sur un rectangle, mais ce n’est pas obligatoire et il y a quelques exceptions (grilles hexagonales, octogonales…).

Toutes les images numériques ne sont pas matricielles, il existe également les images vectorielles qui ne sont pas au programme de seconde. Cependant toutes les images prises par un appareil photo sur un capteur CCD sont matricielles, et dans la suite de ce cours, nous ne parlerons que d’images numériques matricielles.

De l’analogique au numérique : la numérisation

Définition

Image analogique :

On appelle image analogique une image qui n’est pas numérique (peinture, photographie argentique, radiographie, diapositive…), elle est liée à son support physique.

Définition

Numérisation :

On appelle numérisation la constitution d’une image numérique à partir d’une image analogique.

Remarque :
Ces définitions s’appliquent aussi à d'autres types d'informations : on peut numériser du son, des formes en 3D, etc., puis les restituer de manière analogique.

Numériser une image nécessite deux opérations fondamentales de discrétisation (de passage d’objets continus à des valeurs discrètes).

• L’échantillonnage est l’opération de discrétisation de l’espace : on passe d’une image continue à une grille de pixels.
• La quantification est l’opération de discrétisation de la couleur : on passe d’une infinité de couleurs possibles à un nombre fini de couleurs dans le système de codage informatique.

À retenir

Numériser une image consiste à faire deux approximations : une quand on découpe l’image en pixels (échantillonnage), l’autre quand on décide quelle couleur aura chaque pixel (quantification).

Il y a une infinité de manières possibles d’échantillonner et de quantifier une image.

Définition

Format :

Un format est une convention informatique sur une manière précise de représenter une image par une suite de nombres (comment les pixels sont placés dans la grille, comment sont codées les couleurs, etc.).

Exemple

Les formats JPEG, PNG, ou GIF sont les plus courants sur Internet.