Caractéristiques d'une image numérique

Une image numérique couleur est un fichier informatique, qui peut être ouvert avec un programme de visualisation d’images. Une fois l’image ouverte en taille réelle, elle se présente sous la forme d’un rectangle constitué par un ensemble de points colorés, les pixels.
En « zoomant » sur un détail de l’image, on les voit apparaître sous la forme de carrés colorés. Attention, certaines visionneuses opèrent un flou automatique pour limiter l’effet pixellisé de l’image.


On parle d’image matricielle pour désigner une image numérisée « classique ». En effet, en Mathématiques, une matrice désigne un tableau de nombres : chaque élément de la matrice (nombre / groupe de nombres) est associé à un pixel de l’image. Nous verrons plus loin la signification des nombres.

La définition de l’image est le nombre de pixels qui la composent. Elle est donnée en indiquant le nombre de pixels sur une ligne, et le nombre sur une colonne. Par exemple, l’image donnée ci-dessus a une définition de .

Le terme de pixels coïncide également avec les points lumineux qui composent un écran. La résolution d’un écran est le nombre de pixels par pouce. On rappelle que le pouce est une unité de longueur anglaise valant . La résolution est notée en ppi (pixels per inch). Plus la résolution d’un écran est forte, plus il est apte à reproduire des détails fins. Par extension, cette notion de résolution s’applique également aux images affichées sur l’écran.

Pour les imprimantes, on ne parle pas de pixels mais de points. La résolution est alors donnée en points par pouce, en dpi (dots per inch). La résolution d’images imprimées est bien sûr en dpi.

L’œil perçoit les couleurs via des cellules photoréceptrices du nom de cônes. Il en existe trois types chez l’Homme: certains sont sensibles au rouge, d’autres au vert, et d’autres encore au bleu. L’œil perçoit ainsi toute couleur comme une combinaison des 3 couleurs primaires rouge, vert, bleu. C’est la synthèse additive trichromatique :

Comme vu plus haut, les écrans couleurs sont composés de pixels. Or, pour le rendu des couleurs, chaque pixel est composé de 3 pastilles (aussi nommées sous-pixels), une rouge, une verte, et une bleue. En modulant la luminosité de chacune, le pixel peut reproduire toute couleur souhaitée :


Dans le cadre du codage RVB 24 bits (méthode courante), l’image numérisée couleur obéit à ce principe-là. Elle peut être vue comme une matrice elle-même divisée en trois sous-matrices de même taille, une par couleur (rouge, vert, bleu). A chaque pixel, il correspond donc un triplet de trois nombres, codés en binaire. Chacun indique la luminosité du sous-pixel associé.

Pour ces images, il y a la possibilité d’avoir 256 niveaux de luminosité différents pour un même sous-pixel, de 0 à 255. Cela correspond à un format binaire de 8 bits (un octet) : niveaux différents (en incluant le 0). Chaque pixel est donc codé sous bits, soit trois octets. En conséquence, on a niveaux de couleur différents, plus que l’œil humain peut en distinguer (potentiellement deux millions). C’est pour cela que le codage RVB 24 bits est qualifié de truecolor (« couleurs vraies »).



Avec les logiciels de retouche photo, il est proposé un réticule, qui indique la valeur RVB du pixel situé sous ce pointeur. Par exemple, le blanc est associé à 255-255-255 pour une image RVB 24 bits.

Des codages à des formats plus restreints sont aussi possibles, comme le mode 256 couleurs (image 8 bits), etc. Le rendu des images couleurs est moins bon, mais la taille du fichier image est plus petite, puisque codée sur moins de bits. Le codage des couleurs est un peu différent de ce qui est fait en RVB 24 bits (utilisation d’une palette), mais nous n’entrerons pas dans le détail.

Il existe également des images en niveaux de gris. Dans ce cas là, il n’est plus nécessaire d’avoir les 3 sous-matrices du mode couleur 24 bits, une seule suffit. Pour un pixel donné, la valeur donnée par le tableau provoque l’allumage à l’identique des 3 sous-pixels. Cela induit un niveau de gris, ou éventuellement du blanc ou du noir. A qualité égale, la taille du fichier image en niveaux de gris est trois fois plus petite que celle de l’image couleur correspondante.

La description que nous avons faite concerne certains formats d’images, dont le bitmap (.bmp). Ce sont des images numériques non compressées. La taille en octets d’une telle image RVB 24 bits s’obtient en multipliant le nombre total de pixels de l’image par 3 (car 3 octets par pixels). Par exemple, une image couleur 24 bits non compressée de pixels a pour taille 1 440 000 octets (+ en-tête du fichier), soit 1,37 Mio environ. Pour rappel, Mio est un mébioctet et on a .

De manière générale, la taille (en octet) d’une image non compressée correspond au produit de sa définition par le nombre d’octets par pixel.

Lors de la transmission d’images (mail, pages Internet, …), on peut préférer des images compressées. A l’aide d’algorithmes mathématiques, les données sont compactées afin que le fichier soit moins gros. Pour une image compressée, l’enjeu est de trouver un compromis entre sa qualité (aspect visuel) et sa taille.


Remarque : Kio signifie kibioctet et .

• Les images numériques ne vieillissement pas (elles sont pure information), contrairement à des images imprimées. En effet, du moment que le fichier n’est pas altéré, il conserve l’information sans modification dans le temps.
• L’échange de fichiers image est facile par les moyens courants de communication : mail, etc.
• La plupart des formats image mis à disposition du public sont aisément lisibles par les ordinateurs et assimilés (portables, …).
• Une image numérique peut être modifiée par des logiciels dédiés. Certains sont accessibles pour un utilisateur non spécialiste.
• En sciences, la numérisation de l’image donnée par un capteur optique peut être exploitée pour en tirer des informations : acquisition de spectres (spectre UV-Visible)…


• Le plus gros défaut visuel d’une image numérique matricielle est sa pixellisation, en particulier pour des images comportant peu de pixels (petits fichiers).