Programme en vigueur — arrêtés du 17 janvier 2019, applicable en Seconde depuis la rentrée 2019. Voir le texte
Capteur : pixel, résolution, ISO. Couleur : codage RVB (0-255). Compression : avec perte (JPEG) et sans perte (PNG). Stéganographie. Métadonnées EXIF.
La règle d'or
Une compression avec perte supprime définitivement de l'information : ce qui a été jeté à l'enregistrement ne se retrouve par aucun traitement ultérieur.
L'erreur que tout le monde fait
Croire qu'enregistrer une image compressée avec perte dans un format sans perte lui rend sa qualité d'origine.
Le second format conserve fidèlement ce qu'on lui donne, et ce qu'on lui donne est déjà l'image dégradée : il fige les défauts au lieu de les corriger. Pire, chaque réenregistrement dans le format avec perte retire encore de l'information, si bien que les dégradations s'accumulent d'une copie à l'autre.
Conserver l'original et travailler sur des copies, plutôt que de réenregistrer plusieurs fois le même fichier.
Une photo prise il y a dix ans et réenregistrée vingt fois perd un peu de netteté à chaque passage, sans que personne ne l'ait retouchée. La raison tient en une phrase : certaines compressions jettent de l'information, et ce qui est jeté ne revient pas. Comprendre ce qu'est un pixel, c'est aussi comprendre ce qu'on perd sans le voir.
1Le capteur et le pixel
Définition
Pixel et résolution — Un pixel est le plus petit élément d'une image numérique : un carré d'une seule couleur. La résolution est le nombre de pixels de l'image, donné par ses dimensions — par exemple 4 000 × 3 000. Une résolution plus élevée permet d'agrandir davantage sans voir apparaître les carrés, mais elle ne garantit rien sur la netteté : un cliché flou reste flou quel qu'en soit le nombre de pixels.
Définition
Codage RVB — La couleur d'un pixel se code en RVB — rouge, vert, bleu. Chaque composante est un nombre entier de 0 à 255, soit 256 valeurs, ce qui tient sur un octet. Le noir est (0, 0, 0), le blanc (255, 255, 255), et le rouge pur (255, 0, 0). Un pixel en RVB occupe donc 3 octets.
1pixel=3octets(R,V,B),chacunde0aˋ255
Exemple
Combien de couleurs différentes le codage RVB sur trois octets permet-il de représenter ?
Chaque composante prend 256 valeurs distinctes, et les trois sont indépendantes.
Le nombre de combinaisons est donc le produit des trois :256×256×256=16777216
Soit un peu plus de 16 millions de couleurs — bien au-delà de ce que l'œil distingue, ce qui explique qu'on puisse en supprimer beaucoup sans que cela se voie.
16 777 216 couleurs
2Le poids d'une image
Propriété
Le poids d'une image non compressée se calcule directement : on multiplie le nombre de pixels par le nombre d'octets que chacun occupe. C'est pourquoi une photographie brute pèse plusieurs dizaines de mégaoctets, et pourquoi la compression n'est pas un confort mais une nécessité.
poids=largeur×hauteur×3octets
3Compresser
Règle
Deux familles de compression. Sans perte — le format PNG en est l'exemple — l'image est réécrite plus efficacement et se reconstruit à l'identique. Avec perte — le format JPEG — on supprime de l'information jugée peu visible : le fichier devient beaucoup plus léger, et l'image d'origine ne peut plus être retrouvée.
PNG:reˊversible⋅JPEG:irreˊversible
Piège
Croire qu'enregistrer une image compressée avec perte dans un format sans perte lui rend sa qualité d'origine.
Pourquoi — Le format sans perte conserve fidèlement ce qu'on lui donne — et ce qu'on lui donne a déjà été amputé. Convertir un JPEG en PNG enregistre donc parfaitement une image dégradée : le fichier grossit sans que l'image s'améliore. C'est l'erreur la plus coûteuse du chapitre, parce que le résultat paraît crédible.
Le réflexe — L'information jetée à l'enregistrement n'est récupérable par aucun traitement.
Conséquence pratique : chaque réenregistrement en JPEG compresse à nouveau une image déjà compressée, et la dégradation s'accumule. Pour un travail destiné à être retouché plusieurs fois, on garde donc un format sans perte pendant toute la chaîne, et l'on ne compresse qu'à la toute fin.
4Ce que l'image transporte en plus
Définition
Métadonnées EXIF — Les données EXIF sont des informations enregistrées dans le fichier à côté de l'image : date et heure, modèle d'appareil, réglages, et souvent les coordonnées GPS du lieu de prise de vue. Elles ne s'affichent pas mais voyagent avec le fichier. Publier une photo sans les effacer revient donc à publier l'endroit et le moment où elle a été prise — ce que l'image elle-même ne montre pas forcément.
Définition
Stéganographie — La stéganographie consiste à dissimuler un message dans un support d'apparence ordinaire, au lieu de le chiffrer. Dans une image, on peut par exemple modifier le dernier bit de chaque composante de couleur : l'écart est invisible à l'œil, et le message s'y loge. La stéganographie cache l'existence du message, là où le chiffrement en cache seulement le contenu.
Décrire une image numérique et son poids
Relever la résolution : largeur × hauteur en pixels.
Déterminer le nombre d'octets par pixel : 3 pour du RVB classique.
Calculer le poids non compressé par multiplication.4000×3000×3=36000000Une image de 4 000 × 3 000 pixels pèse 36 millions d'octets, soit 36 Mo.
Comparer au poids du fichier réel pour en déduire le taux de compression.
Conclure sur le format : un écart important signale une compression avec perte.
▢Ai-je bien multiplié largeur × hauteur × 3 pour le poids non compressé ?
▢Mes composantes RVB sont-elles comprises entre 0 et 255 ?
▢Ai-je distingué PNG — sans perte — et JPEG — avec perte ?
▢Ai-je écrit que l'information supprimée est définitivement perdue ?
▢Ai-je pensé aux données EXIF avant de publier une photo ?
▢Ai-je distingué stéganographie — cacher l'existence — et chiffrement — cacher le contenu ?
L'essentiel en 10 points
·Un pixel est le plus petit élément de l'image ; la résolution en donne le nombre.
·RVB : trois composantes de 0 à 255, soit 3 octets par pixel.
·Poids non compressé = largeur × hauteur × 3 octets.
·Le codage sur trois octets permet 16 777 216 couleurs.
·PNG : compression sans perte, réversible.
·JPEG : compression avec perte, irréversible.
·Convertir un JPEG en PNG n'améliore rien : il fige une image déjà amputée.
·Réenregistrer en JPEG dégrade à chaque fois : compresser une seule fois, à la fin.
·Les données EXIF contiennent date, appareil et souvent la position GPS.
·Stéganographie : cacher l'existence du message ; chiffrement : cacher son contenu.
2
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Fiche PDF — Photographie numérique — Capteurs et compression
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a.Qu'est-ce qu'un pixel ? Qu'est-ce que la résolution ?
b.Entre quelles valeurs varie chaque composante RVB ? Combien d'octets par pixel ?
c.Donner le code RVB du noir, du blanc et du vert pur.
d.Quelle différence entre PNG et JPEG ?
e.Que contiennent les données EXIF ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Le pixel est le plus petit élément de l'image, d'une seule couleur ; la résolution est le nombre de pixels, donné par les dimensions.
b. De 0 à 255, soit 256 valeurs par composante, et 3 octets par pixel.
c. Noir (0, 0, 0), blanc (255, 255, 255), vert pur (0, 255, 0).
d. Le PNG compresse sans perte et se reconstruit à l'identique ; le JPEG compresse avec perte et supprime définitivement de l'information.
e. Date, heure, modèle d'appareil, réglages, et souvent les coordonnées GPS du lieu de prise de vue.
2
Une photographie mesure 4 000 × 3 000 pixels, codée en RVB sur trois octets. Le fichier enregistré pèse 3 000 000 d'octets.
Calculer
a.Calculer le nombre de pixels de l'image.
b.Calculer son poids non compressé, en octets.
c.Calculer le taux de compression obtenu.
d.Ce taux permet-il de deviner le format employé ? Justifier.
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Nombre de pixels :4000×3000=12000000
Soit 12 millions de pixels.
b. Poids non compressé :12000000×3=36000000
Soit 36 000 000 octets, c'est-à-dire 36 Mo.
c. Taux de compression :36000000÷3000000=12
Le fichier est 12 fois plus léger que l'image brute.
d. Oui, très probablement un JPEG. Un facteur 12 ne s'obtient pas par une compression sans perte sur une photographie : un PNG réduit nettement moins, sauf sur des images à grands aplats de couleur unie.
3
Compression et perte. Raisonner sur des cas concrets.
Raisonner
a.Un élève convertit un JPEG en PNG pour « récupérer la qualité ». Que se passe-t-il réellement ?
b.Une image est ouverte et réenregistrée en JPEG vingt fois de suite. Décrire l'évolution.
c.Quel format choisir pour un logo à aplats de couleur ? Pour une photo de paysage ?
d.Pour une image destinée à être retouchée plusieurs fois, quelle chaîne de travail adopter ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Le PNG enregistre fidèlement ce qu'on lui donne — c'est-à-dire une image déjà amputée. Le fichier grossit sans que l'image s'améliore : l'information supprimée n'est récupérable par aucun traitement.
b. La dégradation s'accumule : chaque enregistrement compresse une image déjà compressée. Contours flous, aplats tachetés, détails effacés.
c. Le PNG pour le logo — les aplats se compriment très bien sans perte et les contours restent nets. Le JPEG pour la photo, où la perte est peu visible et le gain de poids considérable.
d. Travailler et enregistrer sans perte pendant toute la chaîne, et ne compresser en JPEG qu'à la toute fin, une seule fois.
4
Ce qu'une image transporte à l'insu de celui qui la publie. Analyser.
Analyser
a.Une photo publiée en ligne peut révéler le domicile de son auteur sans montrer sa maison. Comment ?
b.Comment s'en prémunir ?
c.Qu'est-ce que la stéganographie ? En quoi diffère-t-elle du chiffrement ?
d.Pourquoi modifier le dernier bit d'une composante de couleur reste-t-il invisible ?
e.Pourquoi une compression JPEG détruit-elle un message caché de cette façon ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Par les données EXIF, qui contiennent souvent les coordonnées GPS de la prise de vue. Elles ne s'affichent pas mais voyagent dans le fichier.
b. En effaçant les métadonnées avant publication, ou en désactivant l'enregistrement de la position sur l'appareil.
c. La stéganographiedissimule un message dans un support ordinaire. Le chiffrement cache le contenu d'un message dont l'existence est visible ; la stéganographie cache l'existence même du message.
d. Parce que l'écart de couleur est d'une unité sur 256 niveaux. L'œil ne distingue pas deux teintes aussi proches, alors que la machine lit le bit sans ambiguïté.
e. Parce que la compression avec perte modifie les valeurs des pixels pour alléger le fichier. Elle écrase précisément les bits de poids faible où le message était logé : le support survit, le message non.
Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte
Calculer le poids d'une image non compressée4 ptsPerdu si : Oublier de multiplier par 3
Situer les composantes RVB entre 0 et 2553 ptsPerdu si : Écrire une composante à 300
Distinguer compression avec et sans perte5 ptsPerdu si : Croire qu'un PNG restaure un JPEG
Expliquer l'accumulation des pertes3 ptsPerdu si : Traiter chaque enregistrement comme sans effet
Identifier le risque lié aux données EXIF3 ptsPerdu si : Ne considérer que ce que l'image montre
Distinguer stéganographie et chiffrement2 ptsPerdu si : Présenter la stéganographie comme un chiffrement
4
La méthode
Décrire une image numérique et son poids
1
Relever la résolution de l'image, c'est-à-dire son nombre de pixels en largeur et en hauteur.
2
Déterminer le nombre de bits utilisés pour coder la couleur d'un pixel.
Trois composantes codées sur huit bits chacune donnent vingt-quatre bits par pixel.
3
Calculer le poids de l'image non compressée en multipliant ces deux grandeurs.
4
Comparer ce poids à la taille réelle du fichier pour évaluer l'effet de la compression.
5
Consulter les métadonnées pour savoir ce que le fichier révèle en plus de l'image.
5
Se tester
Touches 1 à 4
SNTSeconde
Question 1
Les métadonnées EXIF d'une photo permettent principalement de stocker :
Aucun compte requis — réponds, la correction s'affiche aussitôt.
Photographie numérique — Capteurs et compression : c'est en quelle classe ?+
Ce chapitre est au programme de SNT au lycée, en classe de Seconde. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.
Que faut-il savoir sur Photographie numérique — Capteurs et compression ?+
Capteur : pixel, résolution, ISO. Couleur : codage RVB (0-255). Compression : avec perte (JPEG) et sans perte (PNG). Stéganographie. Métadonnées EXIF. Les notions à maîtriser sont : pixel, RVB, résolution, JPEG, PNG, compression.
Où télécharger la fiche PDF de Photographie numérique — Capteurs et compression ?+
Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 6 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.
Le corrigé de Photographie numérique — Capteurs et compression est-il fourni ?+
Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.
Comment réviser Photographie numérique — Capteurs et compression efficacement ?+
Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.
Faut-il un compte pour s'entraîner sur Photographie numérique — Capteurs et compression ?+
Non. Les quiz, les corrections détaillées et les fiches de révision sont accessibles sans créer de compte et sans donner d'adresse e-mail. Le compte gratuit sert uniquement à conserver la progression d'un appareil à l'autre.