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Les différents formats d'images
 
Il n'est pas facile de se retrouver dans les différents formats d'images (FIT, FTS, RAW, TIF, TIFF, BMP, JPEG ...).  Comme il est fréquent de passer d'un format d'image à un autre en astronomie, il est important de savoir ce qui se passe lorsqu'on change de format en cours de traitement d'images pour éviter de perdre une partie de l'information qui a demandé beaucoup d'efforts à acquérir lors de la session d'astronomie. 

La conception d'une image numérique

L'unité de base en informatique est l'octet.  Chaque octet contient 8 bits.  Chaque bit peut avoir comme valeur 0 ou 1.  Donc un octet peut contenir 256 combinaisons de 0 et 1 (2 à la puissance 8).  Lorsqu'on applique ces possibilités en imagerie, un octet peut donc produire 256 teintes différentes.  Si chaque pixel de la caméra numérique contient 1 octet, on indique donc que l'image produite est de 8 bits.  Si le pixel contient 2 octets, il peut ainsi produire 65 536 teintes différentes (2 à la puissance 16).  L'image est alors désignée 16 bits.  Si le pixel contient 3 octets, c'est une image en 24 bits qui peut produire 16,8 millions de teintes différentes (2 à la puissance 24).  Et ainsi de suite pour une image de 32 bits.  Cette explication de base nous servira à comprendre tous les différents formats d'images.  On saisira aussi que plus un pixel contient d'octets, plus l'image sera volumineuse et occupera une plus grande espace sur le disque dur de l'ordinateur.  Aussi plus l'image est volumineuse, plus le traitement de cette image demandera de la puissance au processeur de l'ordinateur.

Le format d'image de base BMP

Le format d'images BMP (avec extension .bmp) est considéré de base pour produire une photo.  L'image est en 8 bits (256 teintes différentes possibles).  On l'utilise surtout pour produire des images en couleurs avec une caméra couleur numérique.  On ajoute sur chaque pixel un filtre de couleur Rouge, Vert ou Bleu pour produire l'image couleur (4 pixels sont utilisés, 1 rouge, 2 verts et 1 bleu). L'image résultante a 3 couches de couleurs R V et B.  Chaque couche a 8 bits. L'image couleurs vaut donc 24 bits (3 images de 8 bits chacune = 24 bits totaux).  On peut donc produite 16,8 millions de teintes de couleurs différentes avec ce format.  Il est à noter que ce format d'image n'est plus beaucoup utilisé de nos jours dans les APN.  Aussi, il y a des personnes qui désignent ce format 8 bits et d'autres 24 bits.  Il faut comprendre que lorsqu'on désigne ce format en 8 bits, on veut dire qu'il peut produire 256 teintes différentes.  Lorsqu'on le désigne 24 bits, on indique qu'une image couleur au format BMP peut produire 16,8 millions de teintes de couleurs différentes.  Qu'on le désigne 8 bits ou 24 bits, ce format ne change donc pas, il reste le même.  Cette observation est aussi valable pour tous les formats d'images. Il est important de comprendre cette nuance dans la désignation des formats d'images.  Moi-même, j'ai été confus dans la désignation 8 bits et 24 bits.  Je croyais qu'il existait des formats d'images BMP en 8 bits et d'autres en 24 bits jusqu'à je comprenne qu'on décrivait le même format (8 bits = 256 teintes différentes par couche de couleur et 24 bits = 16,8 million de teintes totales de couleurs différentes  pour les 3 couches).

Le format d'image en astronomie FITS

Le format d'images FITS ou Flexible Image Transport System est le format d'image le plus utilisé en astronomie.  Il est conçu spécifiquement pour des données scientifiques.  Il peut porter les extensions de fichier FIT ou FTS entre autres.  Une caractéristique importante de ce format est qu'il dispose d'un en-tête de données textes, au format ASCII, pour inscrire les données sur la prise de vue.  Il est disponible en 16 bits et 32 bits, mais le plus utilisé en imagerie CCD est le 16 bits.  L'image produite est monochrome.  On peut par contre produire une image couleur en prenant des images individuelles avec un filtre Rouge, Vert et Bleu.  Pour plus de détails voir la technique LRVB de ce site.  Aussi, avec une caméra CCD couleur, on peut utiliser ce format en mode RAW (voir plus bas) pour produire une image couleur. 

Bien que ce format d'images est en 16 bits, il est prévu pour contenir des valeurs négatives qui sont utilisées dans les domaines scientifiques d'imagerie tel que le rayon X, l'infrarouge et la photométrie.  Il peut donc contenir des données d'imagerie de -32 767 à +32 767.  C'est le format le plus répandu.  On le nomme format signé.  Il est a noté que certains fabricants, comme Starlight,  utilisent le format 16 bits positifs (0 à 65 535 = 65536), appelé format non signé, mais il est moins utilisé.  La plupart des logiciels de prétraitement peuvent lire ces 2 types de format.  Par contre certains programmes d'imagerie ne réussissent pas à lire correctement le format signé.  La raison principale est qu'ils ne décalent pas les valeurs négatives pour aller de 0 à 65 535.  Par exemple, le logiciel Fit Liberator fait très bien ce travail de décalage et conserve donc dans son intégrité les données 16 bits du format signé.  De plus il rend parfaitement compatible les deux formats.  

L'image produite dans ce format n'est pas compressée.  Il est a noté qu'on peut sauvegarder l'image en un format FITS compressé.  En imagerie astronomique, ne jamais utilisé cette fonction pour archiver vos images car elles seront dégradées.

Lorsqu'on regarde les images à l'écran, elles sont très sombres.  Ce sont des images brutes sans traitement logiciel pour les faire apparaitre visuellement belles.  Aucun ajout cosmétique n'est ajouté.  Par le fait même elles sont d'une grande pureté.  Si on regarde l'histogramme de ces images, on constatera que toute l'information sur l'image est là.  Le prétraitement et le traitement de ces images permettront d'en ressortir visuellement tous les détails et toutes les nuances. 

Le mode RAW

On utilise le mode RAW pour les appareils photos numériques (APN) et les CCD couleurs qui prennent les images en couleur en une seule exposition.  Si on regarde une image directement dans ce mode, elle est monochrome.  Mais l'image conserve les couleurs.  Ce sont des images brutes qui proviennent directement du capteur CCD ou CMOS. Elles ne sont pas ''bricolées'' par le logiciel interne de l'appareil pour les rendre plus présentables visuellement.  De plus, elles sont d'une grande utilité en imagerie astronomique car on peut réaliser le prétraitement de ces images en monochrome qui est le format idéal pour effectuer cette tâche.  Après ce prétraitement on peut convertir l'image en couleur.  Ce mode n'est pas compressé, de sorte qu'il garde intacte toute l'information sur l'image.

Pour les appareils CCD couleurs, le format d'image pour ce mode RAW est FITS 16 bits (par couleur) la plupart du temps.  Il a donc toutes les particularités de ce format (incluant l'en-tête de données textes).  Pour les APN, c'est plutôt la jungle car il n'y a pas de standard.  Ils sont de 10 à 14 bits par couleur (RVB).  Comme le mode RAW n'est pas directement exploitable en couleur, il faut utiliser un logiciel pour en extraire les trois plans couleurs fondamentaux (rouge, vert et bleu) et encore là il n'y a pas de standard.  Donc pour en extraire les couleurs il faut utiliser la bonne matrice Bayer et ce n'est pas facile de s'y retrouver car les fabricants ne donnent pas toujours l'information sur leur propre matrice.  C'est encore la jungle sur les extensions de fichiers.  Chez Canon ces fichiers ont l'extension CRW, chez Nikon l'extension est NEF, Minolta .MRW, Olympus .ORF et chez Fuji .RAF. 

Le mode RAW se retrouve dans les modèles hauts et de milieu de gamme de ces fabricants. Donc si vous utilisez ce mode pour produire vos images astronomiques en couleur (en une seule opération), assurez-vous d'avoir le logiciel qui permettra d'extraire les 3 plans de couleurs en utilisant la bonne matrice Bayer.

Le format d'image TIFF pour le traitement des images avec Photoshop

Le logiciel Photoshop ne peut pas lire directement les images au format FITS.  Pour cette raison, on doit convertir ces images au format TIFF (avec extension .tif ou tiff).  Ce format est de 16 ou 32 bits et même 64 bits. Pour la conversion, on utilise le format TIFF 16 bits car l'image d'origine est du même format (FITS 16 bits).  Pour ne pas perdre une partie de l'information contenue dans les deux fichier FITS signé et non signé, on doit utiliser un logiciel qui amplifiera le signal sans perte de données avant la conversion au format TIFF.  En effet, il faut se souvenir que les images au format FITS sont des images bruts sans traitements logiciels pour augmenter le signal faible de ces images sombres (voir explication ci-haut).  Les logiciels conçus spécifiquement pour faire ce travail de conversion sans perte de données seront abordés dans les sections portant sur le prétraitement et le traitement des images astronomiques. 

Comme pour le format FITS, ne jamais archiver vos images en TIFF compressé car elles seront dégradées.

Le format d'image JPEG pour le Web

Le format d'image JPEG (avec extension .jpg) est un format développé pour la compression d'images.  Il est surtout utilisé pour publier les images sur le Web. On converti donc ses images du format TIFF au format JPEG pour fins de présentation de ses images sur le Web (en conservant toujours l'image au format TIFF dans ses archives). Il est à noter que cette compression dégrade l'image.  Plus le taux de compression est élevé, plus il y dégradation de l'image. De plus à chaque sauvegarde, la dégradation s'amplifie (une nouvelle compression s'effectue à chaque sauvegarde).  Il ne faut donc jamais utiliser ce format pour archiver ses images astronomiques.  La conversion standard s'effectue en 24 bits autant en monochrome qu'en couleur (16,8 millions de teintes différentes).

Le format PNG

Le format PNG (avec extension .png) permet d'enregistrer l'information jusqu'à 16 bits pour une image monochrome ou jusqu'à 48 bits pour une image couleur.  La compression, sans perte, proposée est de 5% à 25%.  Ce format peut être intéressant si on n'a pas accès au format FITS ou RAW lors de la prise de vue.

Les formats d'images propriétaires

Voici la présentation de deux formats d'images propriétaires souvent utilisés en imagerie astronomique :

Le format PSD de Photoshop

C'est un excellent format de travail pour Photoshop.  Il supporte les images monochromes en 8, 16, 24 et 32 bits, la couleur RVB, CMJV (Cyan, Magenta, Jaune et Vert ou CMYG en anglais) et la couleur LAB (basée sur les couleurs perçues par l'œil humain) pour la retouche d'image photographique.  Il peut contenir des informations de plusieurs couches (pour l'imagerie couleur entres autres), la gestion des calques et masques, de tracés vectoriels etc.  Plusieurs astrographes recommandent d'utiliser ce format propriétaire pour traiter les images astronomiques avec Photoshop.  Vous avez donc le choix d'utiliser le format PSD ou TIFF pour le traitement de vos images astronomiques avec Photoshop.  Personnellement j'utilise le format TIFF car lui aussi supporte les gestions des calques (layers) et masques de Photoshop.

Le format PIC d'Iris

Si vous utilisez le logiciel Iris pour prétraiter vos images RAW couleur du ciel profond provenant de votre APN, il faut utiliser le format propriétaire PIC de ce dernier.  C'est le seul format d'Iris qui peut contenir les données couleurs sur 48 bits (16 bits par couche RVB).  Le format PIC offre aussi de meilleures performances en termes de vitesse de traitement.

Les autres formats d'images

Il existe d'autres formats d'images mais ils sont de moindres importances pour l'imagerie du ciel profond.

Les formats d'images recommandés pour l'imagerie du ciel profond
  1. Pour l'acquisition des images et le prétraitement : le format FITS 16 bits monochrome (LRVB) ou FITS en mode RAW pour les caméras CCD couleurs et pour les APN le mode RAW proposé par le fabriquant
  2. Le format TIFF 16 bits (ou le format propriétaire PSD 16 bits de Photoshop) pour le traitement des images
  3. Le format JPEG 24 bits pour la publication des images sur le Web
 


Richard Beauregard
Le Ciel Astro-CCD


Révisé le 14 mai 2013


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