Algorithmes de traitement d'image

Travailler avec des algorithmes de traitement d'image transforme une notion abstraite en manipulation concrète. Quand les élèves voient leurs calculs appliqués en temps réel sur une grille ou une image, ils saisissent immédiatement le lien entre le code et le résultat visuel. Cette approche kinesthésique et visuelle renforce la compréhension des concepts mathématiques sous-jacents.

• Seconde
• SNT : Culture et Citoyenneté Numérique
• 4 activités
• 20 min–40 min

Objectifs d’apprentissage

1. Expliquer comment une image numérique est représentée par une grille de pixels et leurs composantes RVB.
2. Calculer la nouvelle valeur d'un pixel après l'application d'un filtre simple (négatif, niveaux de gris) en utilisant des opérations arithmétiques.
3. Comparer les résultats de différents algorithmes de traitement d'image (contraste, seuillage) appliqués à la même image source.
4. Concevoir un algorithme simple pour transformer une image couleur en niveaux de gris en manipulant les valeurs RVB.
5. Identifier les étapes logiques d'un algorithme de détection de contours à partir de la comparaison des pixels voisins.

Apprentissage par projet

⏱ 25 min·Individuel

Atelier Pratique : Filtre photo en pseudo-code sur grille papier

Chaque élève reçoit une grille 8x8 avec des valeurs de gris (0-255). Il applique manuellement un algorithme de négatif (255 - valeur) puis un seuillage binaire. Les résultats sont comparés pour vérifier la cohérence avant de passer au code.

Préparation et détails

Comment un algorithme peut-il modifier les propriétés visuelles d'une image en manipulant ses composantes de couleur ?

Conseil de facilitation: Pendant l'Atelier Pratique, circulez entre les binômes pour vérifier que les élèves appliquent bien les opérations dans l'ordre : lecture des valeurs initiales, application de la formule, enregistrement du résultat.

Setup: Espace de travail flexible avec accès aux ressources matérielles et numériques

Materials: Fiche de lancement avec question motrice, Cahier des charges et calendrier prévisionnel, Grille d'évaluation critériée avec jalons, Supports de présentation

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Autogestion
• Compétences relationnelles
• Prise de décision

Penser-Partager-Présenter

⏱ 20 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: Quel filtre produit quel effet ?

L'enseignant projette quatre images modifiées par des filtres différents. Les élèves réfléchissent seuls à l'algorithme probable, échangent en binôme, puis partagent leurs hypothèses. La classe valide ensuite en examinant le code correspondant.

Préparation et détails

Quelles étapes logiques permettent de transformer algorithmiquement une image couleur en niveaux de gris ?

Conseil de facilitation: Lors du Think-Pair-Share, limitez la phase de réflexion individuelle à 2 minutes pour éviter que les élèves ne se perdent dans des hypothèses complexes avant l'échange.

Setup: Disposition de classe standard ; les élèves se tournent vers leur voisin

Materials: Consigne de discussion (projetée ou distribuée), Optionnel : fiche de prise de notes pour les binômes

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Conscience de soi
• Compétences relationnelles

Apprentissage par projet

⏱ 40 min·Petits groupes

Défi en Équipe : Course au filtre original

Par groupes de trois, les élèves disposent de 30 minutes pour programmer un filtre original en combinant des opérations élémentaires (inversion, seuil, moyennage). Chaque groupe présente son filtre et la classe vote pour le plus créatif et le mieux expliqué.

Préparation et détails

Comment fonctionnent les algorithmes de détection de contours, et quelles applications concrètes en découlent ?

Conseil de facilitation: Pour la Course au filtre original, imposez une contrainte de temps serrée (10 minutes) pour forcer les équipes à prioriser et à tester rapidement leurs idées.

Setup: Espace de travail flexible avec accès aux ressources matérielles et numériques

Materials: Fiche de lancement avec question motrice, Cahier des charges et calendrier prévisionnel, Grille d'évaluation critériée avec jalons, Supports de présentation

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Autogestion
• Compétences relationnelles
• Prise de décision

Galerie marchande

⏱ 20 min·Classe entière

Galerie marchande: Avant/Après algorithmique

Les groupes affichent leurs images originales et transformées avec une fiche technique décrivant l'algorithme utilisé. Les autres élèves circulent, annotent les fiches avec des questions et tentent de reproduire mentalement le processus décrit.

Préparation et détails

Comment un algorithme peut-il modifier les propriétés visuelles d'une image en manipulant ses composantes de couleur ?

Setup: Espace mural dégagé ou tables disposées en périphérie de la salle

Materials: Papier grand format ou panneaux d'affichage, Feutres et marqueurs, Post-it pour les retours critiques

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Créer
• Compétences relationnelles
• Conscience sociale

Enseigner ce sujet

Commencez par des activités manuelles pour ancrer les concepts avant de passer au code. Évitez de présenter les formules en une seule fois : introduisez-les progressivement en lien avec les observations des élèves. Utilisez des images de petite taille pour que les calculs restent accessibles, puis élargissez vers des cas plus complexes. La répétition des mêmes opérations dans différents contextes aide à ancrer la compréhension.

À quoi s’attendre

Les élèves expliquent clairement comment un algorithme modifie les valeurs RVB des pixels et justifient leurs choix par des calculs simples. Ils utilisent un langage précis pour décrire les étapes et anticipent les effets avant de les observer. Le travail collaboratif montre une progression vers l'autonomie dans la création de filtres.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

During Atelier Pratique : Filtre photo en pseudo-code sur grille papier, watch for...

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant l'atelier, observez si les élèves pensent que le flou se fait avec des valeurs aléatoires. Redirigez-les vers la méthode du voisinage en leur demandant de calculer la moyenne des 9 pixels autour d'un point donné sur leur grille.

Idée reçue courante

During Atelier Pratique : Filtre photo en pseudo-code sur grille papier, watch for...

Ce qu'il faut enseigner à la place

Lors de l'atelier, repérez les élèves qui croient que la conversion en niveaux de gris se fait par simple moyenne des trois composantes. Faites-leur refaire le calcul avec la moyenne pondérée sur une même ligne de pixels pour qu'ils voient la différence de résultat.

Idée reçue courante

During Défi en Équipe : Course au filtre original, watch for...

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant le défi, si des élèves pensent que le traitement d'image nécessite des machines puissantes, proposez-leur de chronométrer leur script Python sur une image de 100x100 pixels et discutez de la simplicité des opérations effectuées.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

After Atelier Pratique : Filtre photo en pseudo-code sur grille papier, demandez aux élèves d'écrire sur une feuille : 1) Comment transformer une image couleur en niveaux de gris en une phrase simple. 2) Donnez un exemple concret d'application des algorithmes de traitement d'image dans la vie quotidienne.

Vérification rapide

During Think-Pair-Share : Quel filtre produit quel effet ?, présentez une image simple (ex: un carré noir sur fond blanc) et posez la question : 'Si j'applique un filtre négatif, quelles seront les nouvelles valeurs RVB du pixel noir (0,0,0) et du pixel blanc (255,255,255) ?' Circulez pour vérifier les réponses individuellement.

Évaluation par les pairs

After Défi en Équipe : Course au filtre original, chaque binôme implémente un filtre simple (ex: inversion des couleurs) et échange son code et son résultat avec un autre binôme. Chaque équipe vérifie le code et le résultat visuel de l'autre, en notant une observation constructive sur une fiche d'évaluation.

Extensions et étayage

• Challenge : Demandez aux élèves de créer un filtre qui conserve uniquement les pixels rouges d'une image et de justifier leur algorithme en une phrase.
• Scaffolding : Pour les élèves en difficulté, fournissez une grille pré-remplie avec des valeurs RVB et demandez-leur d'appliquer un seul filtre simple (négatif) avant de passer à des combinaisons.
• Deeper exploration : Proposez une exploration des filtres par seuillage (seuil unique ou multiple) et comparez les effets sur des images en niveaux de gris.

Vocabulaire clé

Pixel	Plus petite unité d'une image numérique, caractérisée par sa position et sa couleur.
Composante RVB	Valeurs numériques (Rouge, Vert, Bleu) qui déterminent la couleur d'un pixel, généralement comprises entre 0 et 255.
Filtre (image)	Algorithme qui modifie l'apparence d'une image en appliquant une transformation à chaque pixel ou à des groupes de pixels.
Niveaux de gris	Représentation d'une image où chaque pixel a une seule valeur d'intensité lumineuse, allant du noir au blanc.
Détection de contours	Algorithme visant à identifier les discontinuités importantes dans une image, souvent utilisées pour délimiter des objets.