Lernzettel: Introduction à l'Image Numérique et Vidéo

📋 Plan du Cours

1. Image numérique : pixels et perception
2. Caractéristiques d’une image numérique
3. Résolution et unités dpi ppp
4. Pouvoir séparateur de l’œil
5. Nombre d’or et lignes d’analyse
6. Chaîne de traitements vidéo TV
7. Cadences cinéma et vidéo balayage
8. Vision scotopique et photopique
9. Accommodation et iris de l’œil
10. Workflow vidéo et étapes de production

📖 1. Image numérique : pixels et perception

🔑 Notions clés & Définitions

• Pixel : Un pixel est un point élémentaire d’une image numérique, porteur d’une couleur définie.
• Pouvoir séparateur : Le pouvoir séparateur est la limite angulaire au-delà de laquelle deux points lumineux sont perçus distincts.
• Image fixe : Une image fixe est une image numérique constituée de pixels sans notion de succession temporelle.
• Image en mouvement : Une image en mouvement est une suite d’images affichées à une cadence donnée pour créer l’illusion de continuité.

📝 Points essentiels

• Une image numérique est formée de points appelés pixels, chacun associé à une couleur définie.
• La perception de continuité vient du fait que l’œil ne distingue pas les pixels voisins lorsque leur taille angulaire est trop faible.
• Si la séparation angulaire des points dépasse la limite de l’œil, les points peuvent être perçus séparés.
• Une image de télévision est décrite comme une succession de lignes horizontales produites par balayage.
• Le téléspacteur ne doit pas discerner les lignes grâce à la persistance rétinienne.
• Les cadences données sont 24 i/s pour le cinéma et 25 i/s pour la vidéo.

💡 Astuce mémo

Œil = filtre : si l’angle < limite, les pixels fusionnent en “surface”.

📖 2. Caractéristiques d’une image numérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Définition : La définition est le nombre total de pixels qui composent une image numérique.
• Résolution : La résolution est le nombre de pixels par unité de longueur, exprimé en ppp (dpi).
• Dimensions largeur hauteur : Les dimensions d’une image sont données par sa largeur et sa hauteur.
• Pixel rectangulaire : Le pixel peut être représenté sous différentes formes géométriques (rectangulaire, carré, hexagonal) selon la modélisation.

📝 Points essentiels

• Une image numérique est caractérisée par ses dimensions (largeur et hauteur), sa définition (nombre total de pixels) et sa résolution (pixels par unité de longueur).
• La résolution s’exprime en point par pouce (ppp) ou dots per inch (dpi).
• Une image de dimensions l × h contient l colonnes et h lignes (selon la convention du cours).
• Exemple : 1080 lignes utiles et 1920 colonnes utiles donnent une définition 1080 × 1920 = 2 073 600 pixels.
• ≈ 2 Mpx correspond à environ 2 millions de pixels pour cette définition.
• Le cours associe aussi des exemples de grilles de colonnes et lignes (720, 1360, 3849… et 576, 1080, 2160…).

💡 Astuce mémo

Dimensions = l×h ; Définition = l×h en pixels ; Résolution = pixels par pouce.

📖 3. Résolution et unités dpi ppp

🔑 Notions clés & Définitions

• dpi : Le dpi (dots per inch) est une unité de résolution exprimant le nombre de points par pouce.
• ppp : Le ppp (points par pouce) est l’expression équivalente en français de la résolution en points par pouce.
• Pouce : Le pouce est l’unité de longueur utilisée pour exprimer la résolution en dpi/ppp.
• Qualité photo : Une image est dite de qualité photo quand la taille des pixels est assez petite pour que l’œil ne perçoive pas la pixellisation.

📝 Points essentiels

• La résolution est définie comme le nombre de pixels par unité de longueur, et elle est exprimée en dpi/ppp.
• Le cours relie les conversions : pixel → pouce → inch et pixel → dot → point.
• Exemple de calcul : (3,24 × 2,4) = 7,76 (dans le cadre de la conversion/mesure de résolution).
• Exemple de valeurs : écrans d’ordinateurs entre 70 et 100 dpi.
• Exemples de valeurs : scanners et imprimantes entre 150 et 1500 dpi.
• Le cours indique que 72 ppp a été un premier standard de résolution pour des écrans PC.

💡 Astuce mémo

dpi = “dots par pouce” : plus c’est grand, plus les pixels sont fins à l’échelle.

📖 4. Pouvoir séparateur de l’œil

🔑 Notions clés & Définitions

• Angle limite α : L’angle limite α est l’angle au-dessus duquel deux points lumineux sont perçus séparés.
• Radian : Le radian est l’unité angulaire utilisée pour exprimer le pouvoir séparateur en valeur numérique.
• Distance d’observation p : La distance d’observation p est la distance entre l’observateur et la scène/les points lumineux.
• Distance entre points S : La distance S est l’écart entre deux points lumineux dans l’espace objet.

📝 Points essentiels

• Le pouvoir séparateur de l’œil est de l’ordre de 1 minute d’angle.
• Le cours donne une valeur équivalente : 3 × 10⁻⁴ radian pour ce pouvoir séparateur.
• La définition relie l’angle limite α à la séparation S et à la distance d’observation p.
• La relation indiquée est α = S / p.
• Le phénomène explique pourquoi des points voisins peuvent sembler confondus à l’œil.
• Le cours relie ce pouvoir séparateur à la perception de la pixellisation (fusion des points si l’angle est trop faible).

💡 Astuce mémo

α = S/p : plus on s’éloigne (p grand), plus deux points paraissent proches (α diminue).

📖 5. Nombre d’or et lignes d’analyse

🔑 Notions clés & Définitions

• Nombre d’or : Le nombre d’or est associé ici à un angle φ utilisé pour relier la hauteur perçue d’une image à un nombre minimal de lignes.
• Règle des peintres : La règle des peintres fixe un angle φ = 8°40’ sous lequel l’image est vue en totalité en hauteur.
• Angle φ : L’angle φ est l’angle de vision en hauteur utilisé pour dimensionner l’analyse nécessaire à une bonne observation.
• Lignes d’analyse : Les lignes d’analyse sont le nombre de lignes utilisées pour décomposer l’image afin que l’œil perçoive une image continue.

📝 Points essentiels

• Le cours relie la continuité perçue à un nombre suffisant de points pour que l’œil ne distingue pas les points séparément.
• Selon la règle des peintres, l’angle φ vaut 8°40’ pour voir l’image en totalité en hauteur.
• Le pouvoir séparateur α et l’angle φ déterminent le nombre minimal de lignes d’analyse par image.
• Exemple : les télévisions standards (SD-TV) adoptent des valeurs supérieures à ce minimum théorique.
• Le cours donne 625 lignes en Europe et 525 lignes aux États-Unis pour la SD-TV.
• Le cours convertit 8°40’ en minutes d’angle : 1’ = 520’ et 1’ = 520 (présentation de la conversion dans le document).

💡 Astuce mémo

Règle des peintres : φ = 8°40’ ; puis α fixe le “minimum de lignes” pour que ça paraisse continu.

📖 6. Chaîne de traitements vidéo TV

🔑 Notions clés & Définitions

• Analyse : L’analyse est la partie de la chaîne qui décompose la scène en informations exploitables par un système de transmission.
• Synthèse : La synthèse reconstruit un plan image (2D) à partir des informations issues de l’analyse.
• Canal de transmission : Le canal de transmission est la partie qui transporte les informations entre l’émission et la réception.
• Observateur : L’observateur est l’étape finale où l’image reconstruite est perçue par l’œil.

📝 Points essentiels

• La télévision est décrite comme une chaîne de traitement en 4 parties : analyse, synthèse, canal de transmission et observateur.
• L’espace objet (2D ou 3D) ou scène à filmer constitue l’entrée de la chaîne.
• Le plan d’analyse correspond à la décomposition effectuée avant la transmission, avec un capteur impliqué.
• Le plan de synthèse correspond à un plan image (2D) reconstruit pour le visuel.
• Le schéma relie la scène → plan d’analyse → capteur → canal de transmission → plan de synthèse → visuel → observateur.
• La chaîne relie explicitement l’observateur à la perception finale de l’image.

💡 Astuce mémo

Scène → Analyse → Transmission → Synthèse → Œil : la chaîne suit le trajet de l’information.

📖 7. Cadences cinéma et vidéo balayage

🔑 Notions clés & Définitions

• Cinéma 24 i/s : La cadence cinéma indiquée est de 24 images par seconde, présentée comme une succession d’images rapides.
• Balayage entrelacé : Le balayage entrelacé est une méthode d’affichage où l’image est construite par succession d’images à cadence donnée.
• Balayage progressif : Le balayage progressif affiche l’image de façon continue à une cadence plus élevée selon la norme.
• Slow motion : Le slow motion est un ralenti obtenu en enregistrant à une cadence supérieure à la cadence nominale d’affichage.

📝 Points essentiels

• Le cinéma est une succession d’images à grande vitesse au rythme de 24 images par seconde.
• Le cours explique que les images semblent se superposer car l’œil conserve une image en mémoire au moment où il perçoit la suivante.
• La vidéo en balayage entrelacé est donnée à 25 images/s en Europe et 30 images/s aux USA.
• La vidéo en balayage progressif est donnée à 50 images/s en Europe et 60 images/s aux USA.
• La caméra THOMSON LDK-8 300 peut enregistrer jusqu’à 150 images/s, donnant un ralenti 6 fois moins vite que la vitesse nominale (150/25 = 6).
• La caméra PHANTOM CINEMAG HD enregistre jusqu’à 1000 images/s pour créer des ralentis.

💡 Astuce mémo

Plus la cadence d’enregistrement est grande, plus le ralenti est fort : ralenti ≈ cadence nominale / cadence d’enregistrement.

📖 8. Vision scotopique et photopique

🔑 Notions clés & Définitions

• Vision scotopique : La vision scotopique correspond à la vision nocturne, sans impression colorée marquée.
• Vision photopique : La vision photopique correspond à la vision diurne, associée à une impression colorée.
• Bâtonnets : Les bâtonnets sont les cellules rétiniennes excitées en vision scotopique à faibles luminances.
• Cônes : Les cônes sont les cellules rétiniennes excitées en vision photopique et responsables de la vision colorée.

📝 Points essentiels

• En vision scotopique (nocturne), il n’y a pas d’impression colorée car un seul type de cellule réagit au stimulus.
• En vision photopique (diurne), les trois types de cônes réagissent au stimulus et produisent l’impression colorée.
• Le cours associe la vision scotopique à des luminances faibles où seuls les bâtonnets sont excités.
• En vision photopique, les cônes sont excités et la sensibilité maximale est à 555 nm.
• L’observateur dépend de la sensibilité des visions scotopique et photopique.
• Le cours relie les cellules à la perception : bâtonnets → N et B, cônes → RVB.

💡 Astuce mémo

Scotopique = nuit = bâtonnets = N&B ; Photopique = jour = cônes = RVB.

📖 9. Accommodation et iris de l’œil

🔑 Notions clés & Définitions

• Accommodation : L’accommodation est le mécanisme qui permet un contrôle volontaire de la mise au point de l’image sur la rétine.
• Iris : L’iris est la partie de l’œil qui contrôle la quantité de lumière entrant grâce à l’ouverture de la pupille.
• Pupille : La pupille est l’ouverture de l’iris, dont le diamètre varie pour réguler la lumière.
• Cristallin : Le cristallin est une lentille biconvexe à focale variable qui forme l’image sur la rétine.

📝 Points essentiels

• Le cours indique que l’œil a un contrôle volontaire de la mise au point via l’accommodation.
• Le cours indique que l’œil a un contrôle réflexe de la quantité de lumière via l’action de l’iris.
• Le globe oculaire est comparé à une chambre noire avec un diamètre Φ = 25 mm (8 mm + 17 mm).
• La cornée est décrite comme une protection externe transparente d’environ 1 mm.
• La pupille a un diamètre Φ de 2 à 8 mm et joue le rôle de diaphragme.
• Le cristallin est assimilé à une lentille mince biconvexe de focale variable, avec une focale moyenne de 17 mm.

💡 Astuce mémo

Mise au point = accommodation ; Lumière = iris/pupille ; Image = cristallin.

📖 10. Workflow vidéo et étapes de production

🔑 Notions clés & Définitions

• Workflow vidéo : Un workflow vidéo regroupe l’ensemble des étapes nécessaires à la création, à l’export ou à la diffusion d’un média.
• Préparation : La préparation regroupe les actions en amont du montage, incluant le tournage et la collecte des éléments.
• Post production : La post production regroupe les traitements après le montage, comme effets, étalonnage et titrage.
• Synoptique : Une synoptique est un schéma technique détaillé montrant les interconnexions entre appareils et leurs liaisons.

📝 Points essentiels

• Un workflow vidéo couvre les étapes depuis la préparation jusqu’à l’export ou la diffusion du média.
• Le cours précise que, dans chaque workflow, il existe plusieurs formats techniques pour le son, l’image et le montage selon la diffusion.
• Le schéma de workflow liste des étapes : préparation, montage, post production, diffusion.
• En préparation, le cours mentionne des tournages sur disque dur/carte/film et des cas : fiction, documentaire, caption, magazine, direct.
• En post production, le cours mentionne effets spéciaux, étalonnage et titrage.
• En diffusion, le cours indique une étape de diffusion (diff).

💡 Astuce mémo

Workflow = Prépa → Montage → Post-prod → Diffusion : la chaîne suit le cycle de production.

📊 Tableaux de synthèse

Cadences cinéma vs vidéo

Vision scotopique vs photopique

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre dpi/ppp : ce sont des expressions de la même idée de résolution en points par pouce.
2. Croire que la couleur existe en vision scotopique : le cours dit qu’elle est absente car un seul type de cellule réagit.
3. Mélanger balayage entrelacé et progressif : les cadences données ne sont pas les mêmes (25/30 vs 50/60).
4. Oublier que le pouvoir séparateur est un angle limite : ce n’est pas une distance S ni une distance p prises seules.
5. Prendre la définition (nombre total de pixels) pour la résolution (pixels par unité de longueur).
6. Penser que l’iris et l’accommodation font la même chose : l’iris règle la lumière, l’accommodation règle la mise au point.

✅ Checklist Examen

1. Définir ce qu’est un pixel et expliquer pourquoi l’œil peut confondre des points voisins.
2. Donner les caractéristiques d’une image numérique : dimensions, définition (nombre total de pixels) et résolution (pixels par unité de longueur).
3. Convertir/relier dpi et ppp et savoir interpréter une valeur de résolution (ex : 72 ppp, 70–100 dpi, 150–1500 dpi).
4. Définir le pouvoir séparateur et donner son ordre de grandeur (1 minute d’angle ≈ 3×10⁻⁴ rad) et la relation α = S/p.
5. Utiliser la règle des peintres : donner φ = 8°40’ et relier α et φ au nombre minimal de lignes d’analyse (avec exemples SD-TV : 625 Europe, 525 USA).
6. Décrire la chaîne TV en 4 parties (analyse, synthèse, canal de transmission, observateur) et le rôle des plans/capteur/visuel.
7. Donner les cadences : cinéma 24 i/s ; vidéo entrelacée 25 (Europe) et 30 (USA) ; vidéo progressive 50 (Europe) et 60 (USA).
8. Expliquer l’idée de persistance rétinienne et l’effet de superposition des images pour cinéma/vidéo.
9. Donner les différences de vision : scotopique (bâtonnets, pas de couleur) vs photopique (cônes, couleur, max à 555 nm).
10. Décrire l’accommodation et l’iris : mise au point volontaire vs contrôle réflexe de la lumière, avec la pupille (2 à 8 mm).
11. Rappeler la comparaison optique de l’œil : chambre noire Φ = 25 mm, cornée ~1 mm, cristallin focale moyenne 17 mm, fovéa composée de cônes.
12. Définir un workflow vidéo et citer les grandes étapes (préparation, montage, post production, diffusion) avec les exemples d’éléments cités (effets, étalonnage, titrage, etc.).