La numérisation est, selon l'Académie française, l'action de numériser, à savoir celle de . L'expression qui se limite à une action de transformation est parfois entendue également comme la conversion des informations d'un support (texte, image, audio, vidéo) ou d'un signal électrique en données numériques que des dispositifs informatiques ou d'électronique numérique pourront traiter. Les données numériques se définissent comme une suite de nombres entiers qui représente des informations.. On utilise parfois le terme franglais digitalisation (digit signifiant chiffre en anglais).
La numérisation, dans le contexte de l'administration des archives, est la conversion en masse des documents en fichiers informatiques.. Les entreprises de conseil en informatique emploient aussi le mot digitalisation quand il s'agit de remplacer les informations sur papier (archives ou nouvelles) par des moyens électroniques numériques dans un groupe, une entreprise ou une administration.
Principe La numérisation construit une représentation discrète d'un objet, sous la forme d'une collection d'un nombre fini de signes pris dans un ensemble dénombrable de signes validesCommission électrotechnique internationale : Electropedia 10-12-06..
À moins que les données numériques ne soient produites directement par des humains (on parle alors de saisie de données), la numérisation comporte en général trois phases : Une phase d'échantillonnage où des dimensions de l'objet (par exemple, le temps, l'espace…) sont explorées à intervalles souvent réguliers ; Une phase de quantification, où la valeur du signal représentant l'objet aux points d'échantillonnage est arrondie à une valeur prise dans un ensemble fini ; Une phase d'encodage, qui fait correspondre à chacune de ces valeurs un code numérique (par exemple, binaire petit-boutien, code Gray).
À ces trois phases succèdent souvent des opérations plus complexes permettant un encodage plus efficace. C'est notamment le cas pour la numérisation des images dans les appareils photographiques numériques et pour la numérisation des textes (reconnaissance optique de caractères).
Le processus de numérisation peut quelquefois prendre d'autres formes.
Dans la plupart des cas, cependant, on utilise des échelons réguliers et on mesure une des grandeurs qui décrivent l'objet en incrémentant les autres. On obtient ainsi un nombre fini de données.
L'opération qui consiste à prélever une valeur pour chaque incrément d'une grandeur s'appelle échantillonnage. Dans l'échantillonnage spatial, on discrétise suivant une longueur, par exemple en prélevant une valeur de luminosité tous les dixièmes de millimètre, sur chaque axe spatial. Dans l'échantillonnage temporel, on va discrétiser le cours du temps, par exemple en prélevant une valeur à chaque microseconde.
L'opération qui consiste à arrondir une valeur à une autre, prise dans une liste finie, s'appelle la quantification.
Le résultat de cette numérisation est une suite de valeurs représentant la grandeur mesurée suivant les axes choisis, dans un ordre conventionnel qui permet de reconstituer toutes les dimensions de chaque élément de l'objet.
Choix des paramètres Pour que les données numérisées représentent fidèlement les grandeurs initiales, on doit toujours faire des hypothèses sur le signal à représenter.
Lorsqu'on ne connaît que sa largeur de bande et son rapport signal sur bruit, la théorie de l'information détermine le débit numérique. Le théorème d'échantillonnage propose une fréquence d'échantillonnage minimale avec une quantification telle que le bruit de quantification soit d'un niveau comparable au bruit de fond. Le bruit peut être rendu indépendant du signal par décorrélation (). Plusieurs combinaisons de fréquence et d'échelle de quantification peuvent décrire adéquatement le même signal.
Avec une connaissance plus précise des grandeurs à représenter, on peut utiliser moins d'échantillons grâce aux méthodes d'acquisition comprimée.
Formats de données Le principe même de la numérisation implique que l'utilisateur (généralement, une machine) connaisse les conventions qui permettent de reconstituer l'objet représenté. On appelle ces conventions le format des données. La numérisation d'une information comprend de façon indissociable : Un format, qui est un algorithme permettant de reconstruire l'objet (par exemple, une image à l'écran), invariable pour toute une classe d'objets ; Des données, qui représentent ce qui fait la particularité d'un objet.
L'objet ne peut être reconstitué que si la machine informatique a en mémoire les deux composantes. Quand l'algorithme correspondant à un fichier ou à un flux de données manque à la machine, on ne peut utiliser les données et on parle de problème de compatibilité.
Les formats peuvent être simples, comme dans le cas fréquent d'un flux brut de numérisation d'un signal à une seule dimension où les échantillons se suivent sans discontinuer. Il suffit alors de connaître leur taille, leur encodage numérique et la cadence d'échantillonnage pour reconstituer le signal. Les formats peuvent être complexes, comme dans le cas de description vectorielle des documents.
Des techniques de compression de données permettent de réduire la taille des fichiers ou le débit des flux. Dans ce cas, la partie invariable de l'information (le format) grandit et devient plus complexe. Quand le document représenté par ces fichiers ou flux est destiné à être distribué, on recherche un format tel que le décodage, qui est effectué à chaque poste, soit moins complexe que l'encodage, qui n'est effectué qu'une fois.
Procédés de numérisation Les procédés de numérisation diffèrent selon la nature physique de l'information à numériser.
Pour numériser une grandeur qui varie dans le temps, comme un son : Un transducteur la représente par un signal électrique ; Un signal d'horloge effectue la discrétisation du temps ; Un convertisseur analogique-numérique quantifie le signal à chaque impulsion d'horloge ; Un encodeur crée la liste de valeurs numériques qui représente le signal.
Pour numériser une image, on discrétise la hauteur et la largeur et on convertit, pour chaque point, les niveaux de luminosité, soit globalement, soit pour chaque couleur primaire. L'échantillonnage de l'espace s'effectue de trois manières différentes : un appareil photographique numérique ou une caméra numérique utilisent un capteur CCD en forme de matrice à deux dimensions, avec un capteur par pixel. Le système transfère successivement les charges de chaque ligne, créant un signal électrique corrélé aux impulsions de transfert, et l'on peut ainsi quantifier le signal pour chaque élément capteur, et pour le temps dans le cas d'une prise de vues animées ; un scanner utilise généralement un transducteur à transfert de charge linéaire, dont les capteurs sont espacés d'une distance correspondant à la résolution transversale maximale. Le système transfère les charges de la ligne comme dans le cas précédent, puis il actionne un moteur qui fait avancer la ligne de la distance correspondant à la résolution souhaitée ; un scanner rotatif utilise un seul transducteur, qui avance lentement au-dessus de l'image montée sur un cylindre tournant. Le capteur, parcourant ainsi toute l'image, produit un signal électrique qui peut être converti en données numériques à chaque impulsion d'un signal corrélé à la rotation du cylindre.
Ces procédés valent pour la reproduction en noir et blanc. Pour la reproduction en couleurs, il faut des valeurs pour chacune des trois couleurs primaires. Soit on divise le faisceau lumineux de l'image en trois parties correspondant aux trois couleurs primaires, soit on intercale des filtres devant chaque capteur en alternant les couleurs, et on procède par interpolation, après la conversion numérique, pour évaluer la couleur à chaque pixel. En général, d'autres processus compensent ensuite les insuffisances de l'image brute.
La numérisation d'une image qui varie dans le temps associe les deux familles de procédés. Pour numériser une image animée (vidéo), une caméra numérique, un caméscope numérique, une webcam, échantillonnent le temps et numérisent une image à chaque fois (par exemple, avec une image toutes les ). Le flux de données subit ensuite un processus de réduction de débit.
On peut aussi numériser un signal vidéo analogique, soit en produisant une conversion brute de ce signal électrique, soit en reconstituant tout ou partie de l'information de discrétisation du temps à partir des signaux de synchronisation verticale (trames) et de l'espace à partir des signaux de synchronisation horizontale (lignes).
Pour numériser un texte, soit un opérateur humain effectue la saisie du texte, soit on numérise le document comme une image en appliquant à ce premier ensemble de données un programme de reconnaissance optique de caractères éventuellement complété par des vérifications automatiques ou manuelles.
Objectifs de la numérisation Les systèmes informatiques permettent : d'emmagasiner de grandes quantités d'information sur des volumes de faibles dimensions : mémoire flash, disque dur, support optique ; de dupliquer exactement et facilement les informations numériques et cela pour un moindre coût ; de distribuer largement les informations grâce aux réseaux informatiques et notamment grâce à Internet ; de créer des informations de synthèse, telles que les statistiques et les index, qui impliquent une grande quantité de calculs auxquels on n'envisagerait pas d'employer des humains.
La transmission de données numériques traitées pour obtenir une occupation maximale du spectre disponibles nécessite sur les canaux de transmission une bande passante moindre que leur contrepartie analogique.
En contrepartie, les informations négligées ou perdues au moment de la numérisation ou à l'occasion de calculs ou de recodage sont perdues pour les utilisateurs ultérieurs.
Numérisation d'un signal électrique thumb|centre|upright=2|Convertisseur Analogique Numérique et Convertisseur Numérique Analogique Des composants spécialisés assurent la conversion dans un système numérique du signal analogique qu'ont produit initialement des transducteurs (cellule photosensible, thermomètre, microphone, récepteur radio…).
Une chaîne de conversion A/N (analogique vers numérique) peut se décomposer en fonctions et les circuits en éléments : Une source de signal d'horloge, qui effectue la discrétisation temporelle ; Une ou plusieurs sources analogiques ; Un filtre pour éviter le repliement de spectre ; Dans certains cas un échantillonneur-bloqueur (Sample and Hold ou S/H) ; Un convertisseur analogique-numérique (Analog/Digital Converter ou ADC) qui effectue la quantification ; Un codeur (ou modulateur).
La précision de la numérisation dépend de la qualité de la quantification du signal et de la stabilité de l'horloge.
Numérisation et archivage alt=Centre de numérisation de la bibliothèque de Dresde|vignette|Centre de numérisation de la bibliothèque de Dresde Corollaires des nombreux chantiers de numérisation, l’archivage de contenus électroniques repose sur un ensemble d’actions, d’outils et de méthodes mis en œuvre pour réunir, identifier, sélectionner, classer et conserver des contenus électroniques sur un support sécurisé, dans le but de les exploiter et de les rendre accessibles dans le temps. L’archivage est à distinguer du stockage et de la sauvegarde.
Objectifs Les objectifs des chantiers associant numérisation et archivage sont nombreux. Dans les domaines de la gestion électronique des documents et des sciences de l'information et des bibliothèques, ils remplissent plusieurs fonctions : préserver et protéger des documents contre les risques d'altération (l’acidité par exemple, qui détruit lentement le papier) ; archiver des documents originaux en vue d'un gain de place, et les dupliquer sans risque de dégradation pour les mettre à disposition du public ;