TRAITEMENT (NUMÉRIQUE) D`IMAGE Introduction

TRAITEMENT D’IMAGE – Achille Braquelaire
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TRAITEMENT (NUMÉRIQUE) D’IMAGE
Introduction
1. Qu’est-ce que le traitement d’image ?
Acquisition
Synthèse
Traitement
— transformations prenant une image numérique en entrée et produisant une image numérique en sortie
— on s’intéressera principalement aux images numériques 2D
— images naturelles numérisées
— images artificielles synthétisées
2. Qu’est ce qu’une image ≪ naturelle ≫ 2D ?
— une ≪ image naturelle ≫ 2D résulte de la conjonction de plusieurs phénomènes :
scène 3D
+ capteur plan
source lumineuse
— mais cela ne suffit pas...
— l’image dépend du système de vision
1
c
— scène urbaine vue
scène urbaine vue
scène urbaine vue
scène urbaine vue
scène urbaine vue
— image naturelle
3DEXPERIENCE - Dassault Systèmes
par
par
par
par
par
=
un humain moyen
un chien
un chat
un rat
une abeille
interaction lumière/matière
+ dispositif d’acquisition
+ système de vision
3. Des images pas si naturelles que ça...
Repères épistémologiques : l’antiquité
— rayon de l’œil vers l’objet (pythagoriciens vers -550) vs rayon de l’objet vers l’œil (atomistes, Epicure
vers -300)
— Socrate vers -450 puis Platon (vers -400) : interactions entre des émissions de l’objet et de l’œil
— Aristote (vers -360) : remarque que le jaune résulte d’un rapprochement entre le rouge et le vert
— Euclide (vers -300) : optique géométrique (rayons lumineux)
— Ptolémée (entre 100 et 150) : réflexion, réfraction air/eau, couleur
Repères épistémologiques : l’age d’or arabe
— Al-Khwarizmi (780 -850) : Algoritmi, ≪ père de l’algèbre ≫
— Al-Kindi (vers 801-873) : toute chose dans le monde émet des rayons dans toutes les directions
— Ibn al-Haytham (965-1039) : ≪ père de l’optique ≫
— Ibn Sahl (vers 940-1000) : première mention de la loi de la réfraction
— al-Haytham – Alhazen : (traité d’optique 1015 - 1021) ; père de l’optique, première argumentation
fondée en faveur de l’œil récepteur et non émetteur
Repères épistémologiques : la Renaissance
— Alberti, Piero della Francesca (à partir de 1430) : perspective
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Repères épistémologiques : époque moderne
— Snell (1530-1626) : ≪ lois de Descartes ≫
— Newton (1642-1725) : théorie corpusculaire,cercle chromatique
— Huygens (1690) : modèle ondulatoire (Fresnel – 1815)
— Helmholtz (1821-1894) : trois types de récepteurs dans l’oeil (théorie des trois couleurs de YoungHelmholtz)
— Chevreul (1786-1889) : loi du contraste simultané (1839)
— Maxwell (1831-1879) : théorie électromagnétique
— Planck (1858-1947) : l’énergie est quantique
— CIE, 1931 : courbes colorimétriques normalisées
— Land, 1964..1987 : retinex, constance des couleurs
Repères technologiques
— lentille (Assyrie vers -750), chambre noire(Ibn al-Haytham ∼1000)
— photographie (1824), polaroid (1929), maser (1953), laser (1960), holographie (1948, 1960), interférométrie
(1970), première image IRM (années 70), etc.
— image numérique (années 1950)
4. Sur quoi repose le traitement d’image ?
— compréhension de l’ensemble du processus de formation des images : physique + physiologique + sensoriels
lumière/matière
Œil
E(λ)
IH
IM
IL
R 780
380 E(λ)S{H,M,L} (λ)dλ
— compréhension du processus de numérisation
— nécessité d’adopter une approche interdisciplinaire :
—
—
—
—
physique : photonique, optique, colorimétrie
neurosciences, perception visuelle
théorie du signal
modèles et outils mathématiques, informatique
5. À quoi peut servir le traitement d’image ?
3
intensité
chrominance
mécanismes
rétiniens
cortex
visuel
Acquisition
Synthèse
Traitement
— à traiter le résultat d’une acquisition : correction de défauts suppression d’erreurs...
ex-correction-1
ex-correction-3
5. À quoi peut servir le traitement d’image ?
Acquisition
Synthèse
Traitement
— à modifier les caractéristiques d’une image : netteté/flou, contraste, couleur, forme...
par exemple, recherche d’un effet dont la résultat est subjectif
— éclaircir ou assombrir une partie de l’image
— atténuer ou renforcer certains détails
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5. À quoi peut servir le traitement d’image ?
Acquisition
Synthèse
Traitement
Analyse
— à simplifier l’image, à extraire des éléments significatifs pour faciliter l’analyse
seuil-hist-lapl-00
seuil-hist-lapl-2
seuil-hist-lapl-5
5. À quoi peut servir le traitement d’image ?
Acquisition
Synthèse
Traitement
Analyse
5
— à transformer, adapter des images ou parties d’images afin de les inclure dans une image de synthèse
5. À quoi peut servir le traitement d’image ?
Acquisition
Synthèse
Traitement
Modélisation
Analyse
Reconstruction
Compression
— à supprimer les éléments les moins visuellement significatifs
— à améliorer le résultat d’un affichage
Principales applications du traitement d’image
—
—
—
—
—
—
—
postcorrection de défauts d’acquisition : éclairage, bruit, flou...
précorrection des défauts de reconstruction : calibrage, filtrage...
reconstruction : changement d’échelle, déformation, tramage...
post-traitement pour la synthèse : dynamique, rendu basé image...
prétraitement pour l’analyse : seuillage, extraction de contours...
prétraitement pour la compression : quantification...
édition : composition/incrustation, modification/amélioration de l’aspect (subjectif), effets spéciaux,
etc
— applications spécifiques : colorisation, tatouage, morphing...
Remarque : extension aux images 3D (tomographie, IRM), images animées (vidéo, cinéma), animations
3D (imagerie 4D), etc.
6. Organisation du cours : trois parties
Fondements
— Formation, représentation, discrétisation et reconstruction des images
— La couleur : modélisation, représentation et reproduction
Modèles et outils
— Transformations d’image
— Détection de contours
Applications
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— Traitements qualitatifs
— Correction de défauts
7. Objectifs (acquis évalués et compétences visées)
— connaı̂tre et mettre en œuvre les méthodes usuelles de traitement d’image
— comprendre et traduire sous forme algorithmique la spécification mathématique d’une méthode de
traitement d’image
— connaı̂tre et identifier les caractéristiques et les défauts d’une image
— choisir une méthode adaptée à un traitement, en fonction du résultat attendu
— implémenter ou adapter une chaı̂ne de traitements pour la résolution d’un problème concret
8. Références
Supports du cours : ouvrages
— [1] R.C. Gonzalez and P. Woods, Digital Image Processing, Third edition. Prentice-Hall, 2008.
— [2] P. Soile, Morphological Image Analysis - principles and application, Second edition, Springer, 2003.
— [3] J.-P. Cocquerez et S.Philips, Analyse d’images : filtrage et segmentation, Masson, 1995.
— [4] J.C. Russ, The Image Processing Handbook, Fourth edition. CRC Press 2002.
Supports du cours : logiciels
1. The Gimp V2.8 (The Gnu Image Manipulation Program - GPL) www.gimp.org. + SOURCES +
User Manual + 25 livres référencés sur le site + scripts/greffons + etc. [S. Kimball and P. Mattis]
2. FFTW V3.3.5. (Fastest Fourier Transform in the West - GPL) www.fftw.org. [M. Frigo and S.G. Johnson.]
3. NetPbm - graphics tools and converters (+ de 200 programmes). netpbm.sourceforge.net/. [J. Poskanzer – B. Henderson]
4. ImageMagick. ttp://www.imagemagick.org/. Licence propre compatible GPL. [J. Christy]
5. OpenCV (bibliothèque graphique open source – license BSD). opencv.org [Intel Research]
Repères bibliographiques (1)
1. S. Bres, J.-M. Jolion, and F. Lebourgeois. Traitement et analyse des images numériques. Hermès
Lavoisier, 2003.
2. A. Glassner. Principles of Digital Image Synthesis. Morgan-Kaufmann Publishers, 1995. vol. 1 (et 2).
3. J. Gomes and L. Velho. Image Processing for Computer Graphics. Springer, 1997.
4. Al Bovik, editor. Handbook of Image and Video processing. Academic Press, 2000.
5. S. Perry, H-S. Wong, and L. Guan. Adaptative image processing. CRC Press, 2002. ISBN-0-84930283-8.
6. G. Wyszecki and W.S. Stiles. Color Science - concepts and methods. John Wiley & Sons, 2000. second
edition.
7. M. Déribéré. La couleur. Que sais-je ? Presses universitaires de France, 1989. sixième édition.
8. G. Sharma. Digital Color Imaging. CRC Press, 2003.
9. Ch. Poynton. Color faq. www.poynton.com/ColorFAQ.html.
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10. Ch. Poynton. Gamma faq. www.poynton.com/GammaFAQ.html.
11. Ch. Poynton. A Technical Introduction to Digital Video. John Wiley & Sons, 1996.
12. R.W. G. Hunt. The reproduction of colour – 5th ed. Fountain Press, 1995.
13. J. Hardeberg. Acquisition and reproduction of color images. Dissertation.com, 2001. ISBN-1-58112135-0.
14. H. Johnson. Mastering Digital Printing. Muska & Lipman, 2003.
15. E.J. Giordanni and T.E.Madden. Digital Color Management. Addison-Wesley, 1998.
Got a feeling ’82 is going to be a good year...
1. W. Pratt. Digital Image Processing. John Wiley & Sons, 1978, 1991, 2001, 2007.
2. A. Rosenfeld and A. C. Kak. Digital picture processing. Academic Press, 1982. second edition.
3. T. Pavlidis. Algorithms for Graphics and Image Processing. Computer Science Press, 1982.
4. D. Marr. Vision. The MIT Press, 2010. Original edition 1982.
5. J. Serra. Image Analysis and Mathematical Morphology. Academic Press, 1982.
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