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Dr.Ing. ABOUTABIT 1 Traitement d’image Noureddine ABOUTABIT, Ph.D INTRODUCTİON

Dr.Ing. ABOUTABIT 1 Traitement d’image Noureddine ABOUTABIT, Ph.D INTRODUCTİON Introduction et définitions 1 2 Dr.Ing. ABOUTABIT 2 Introduction • Image ? Image : représentation d’une personne ou d’une chose par la peinture, la sculpture, le dessin, la photo, le film .... (Larousse) Vision : Perception du monde extérieur par les organes de la vue. Association Image-Vision: • Pour l’image intervient donc la notion de représentation interprétation plus ou moins objectif du monde extérieur. • La vision humaine incorpore une interprétation partielle subjectif : une scène est vue différemment par chaque individu suivant le contexte personnel par exemple. Une machine de vision est forcément objective. L’être humain est subjectif. Introduction • Image ?: Image = support d’information Image = représentation d’un paramètre physique sur un plan. Une image est avant tout un signal 2D (x,y). Souvent, cette image représente une réalité 3D (x,y,z). D'un point de vue mathématique : Une image est un matrice de nombres représentant un signal Plusieurs outils permettent de manipuler ce signal D'un point de vue humain : Une image contient plusieurs informations sémantiques Il faut interpréter le contenu au-delà de la valeur des nombres 3 4 Dr.Ing. ABOUTABIT 3 Introduction • Types d’images: Image naturelle – Plusieurs moyens d'acquisition caméra, microscope, tomographie, infrarouge, satellite, IRM, rayons X, … Image artificielle – Plusieurs outils de représentation synthèse d'images, réalité virtuelle, visualisation scientifique, … Image naturelle Image artificielle Introduction • Types d’images : Image en niveaux de gris, I(x,y) є [0….255] Image binaire, I(x,y) є {0, 1} Images couleurs IR (x,y) IG (x,y) IB (x,y) 5 6 Dr.Ing. ABOUTABIT 4 Introduction • Un peu d’histoire: Années 1950 21ème siècle Introduction • Traitement d’image : buts …bas niveau……………………………………………………..haut niveau….. Segmentation Traitements de base Image numérique Amélioration Restauration Détection de contours Détection de régions Extraction de primitives Reconnaissance de formes Analyse Codage Compression Feature extraction 7 8 Dr.Ing. ABOUTABIT 5 Introduction • Amélioration : Contraste, dynamique, bruit ... Image moins contrastée Image améliorée Introduction • Restauration : Elimination de dégradations : exemple flou D’après Schouten 2002 Image avec flou Image restaurée 9 10 Dr.Ing. ABOUTABIT 6 Introduction • Codage et compression : Introduction • Synthèse : Modèles fractals, Modélisation 2D, Modélisation 3D, mouvement ... 11 12 Dr.Ing. ABOUTABIT 7 Introduction • Segmentation : Image d’origine Approche région Approche contour Introduction • Exemples d’applications : Traitement d’image surveillance astronomie radar robotique microscopie imagerie ultrason sismologie navigation autonome Reconnaissance aerienne ou cartographie meteorologie 13 14 Dr.Ing. ABOUTABIT 8 Introduction • Applications : Imagerie médicale Drone militaire Télédétection Contenu du cours • Introduction : définitions, vision humaine • Formation d’image : radiométrie, types d’images, colorimétrie, numérisation • Rehaussement d’image : histogramme, amélioration du contraste • Filtrage : convolution numérique, filtrage passe-bas • Segmentation d’image : approche région, approche contour • Traitement des images binaires : pavage, maillage, distance, fermeture des contours, étiquetages des composantes connexes, • Transformée de Fourier • Extraction de primitives : transformée de Hough, snakes, détection des points d’intérêt (Harris), SIFT, Histogramme de gradients. • Estimation du mouvement dans les séquences vidéos : analyse du mouvement, Calcul du mouvement apparent, flot optique 15 16 Dr.Ing. ABOUTABIT 9 FORMATİON D’İMAGES NUMÉRİQUES Formation de l’image, numérisation, colorimétrie, Formats d’image Formation de l’image • Acquisition des images : Emission et réflexion de la lumière viisble Réflectivité, luminance... CCD, CMOS, Barrettes CCD, ... Rayonnement IR Luminance IR (chaleur) Bolomètres Echo ultra sonore Distance, densité de tissus, ... Echographie, sonar, ... Résonance magnétique Présence d’un corps chimique, ... IRM, RMN, ... Echo électromagnétique Distance, spécularité de surfaces Radar, SAR, ... Absorption des rayons X Densités de tissus Radiographie, tomographie... 17 18 Dr.Ing. ABOUTABIT 10 Formation de l’image • Acquisition des images : Une image au sens optique du terme, est une certaine quantité d’informations véhiculée par des ondes électromagnétiques caractérisées par leur longueur d’onde et leur énergie. La longueur d'onde est la distance séparant deux crêtes successives d'une onde périodique. On la dénote communément par la lettre grecque λ (lambda). Mathématiquement, on peut la définir ainsi : si l'onde peut être représentée par une fonction périodique f qui prend comme argument la distance x, alors la longueur d'onde est : le plus petit λ > 0 tel que pour tout x, on ait: f (x + λ) = f (x)  La longueur d'onde est proportionnelle à la période, et donc inversement proportionnelle à la fréquence, le nombre de sommets de même signe qui traversent un point en une durée d'une seconde. La longueur d'onde est égale à la vitesse de l'onde divisée par la fréquence de passage. Lorsque l'onde une onde électromagnétique dans le vide, cette vitesse est la vitesse de la lumière c dans le vide, et la relation s'écrit : λ = c / ν où : λ = longueur d'onde c = 3×108 m/s ν = fréquence de l'onde Formation de l’image • Longeur d’onde: Longueur d'onde Domaine Commentaire > 10 cm radio (150 kHz - 3 GHz) de 1 mm à 10 cm micro-onde et radar (10 cm - +- 1cm, 3 - 300 GHz) de 1 µm à 500 µm infrarouge de 400 nm à 700 nm lumière visible rouge (620-700 nm) orange (592-620 nm) jaune (578-592 nm) vert (500-578 nm) bleu (446-500 nm) violet (400-446 nm) de 10 nm à 400 nm de 10-8 m à 10-7 m ultraviolet (400 - 280 nm) de 10-11 m à 10-8 m rayon X de 10-14 m à 10-12 m rayon γ 19 20 Dr.Ing. ABOUTABIT 11 Formation de l’image • Acquisition des images : Ces ondes lumineuses correspondent à une émission d’énergie, sous forme de photons, due aux transitions atomiques de corps chauffés. Classification des ondes lumineuses : Rayons cosmiques Rayons gamma Rayons X Ultra- violet Visible İnfra- rouge Micro- onde TV radio 50Hz 10-5 nm 10-3 nm 10 nm500 nm 1500 nm 5m 1000m Violet bleu vert jaune rouge 380 500 555 600 720 Formation de l’image • Lumière: Lumière visible : Détectée par l’oeil Lumière chromatique : Composée de plusieurs longueurs d’onde Lumière monochromatique : Une seule longueur d’onde (LASER) Lumière achromatique : Seule l’énergie est prise en compte (niveaux de gris) 21 22 Dr.Ing. ABOUTABIT 12 Formation de l’image: Œil et lumière : • En 1801, Tomas Young (1773-1829) médecin, linguiste et physicien, montre que la perception des couleurs peut être expliquée par la présence de 3 nerfs rétiniens excités respectivement par le rouge, le vert et le violet. • Un demi-siècle plus tard, Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-1894) physicien et physiologiste, redécouvre et développe la théorie de Young : 3 couleurs fondamentales qui correspondent à 3 types de terminaisons nerveuses. C’est la synthèse de ces 3 couleurs primaires qui permet au cerveau humain de percevoir toutes les nuances colorées de la nature. • Nous ne percevons donc les couleurs et les détails fins qu’en pleine lumière et grâce à 3 types de photorécepteurs sensibles à des longueurs d’onde spécifiques : les cônes bleus (λ= 430nm)*, les verts (λ= 530nm)*, rouges (λ= 630nm)*. λ désigne la distance parcourue par l’onde pendant une période. * Nanomètre : 1 nm = 10-9 m Couleur : Sensibilité spectrale 380 λ (nm) 420 480 540 590 610 780 violet bleu vert jaune orange rouge • Spectre du visible : IR UV 23 24 Dr.Ing. ABOUTABIT 13 • Les couleurs proviennent de la séparation de la lumière blanche naturelle en composantes absorbées et composantes réfléchies. • Toute source lumineuse visible est composée d’un mélange d’ondes électromagnétiques cohérentes (couleurs pures), dont la longeur d’onde est comprise entre 0,4 μm (violet) et 0,7 μm (rouge). • Toute autre couleur est engendrée par un mélange de ces couleurs pures selon plusieurs critères : Pour coder les couleurs: on doit trouver l’espace de représentation des couleurs qui soit à la fois facile à manipuler et soit pertinent pour l’analyse d’images couleur. 25 26 Dr.Ing. ABOUTABIT 14 • La trichromie : il suffit d’un triplet de couleurs pures pour restituer l’intégralité des couleurs (en mélangeant ces 3 composantes) Le cercle de Newton peut ainsi se “résumer” en un triangle de primaires. • Synthèse additive synthèse soustractive : 27 28 Dr.Ing. ABOUTABIT 15 • Acquisition de la couleur : chez l’humain Les dispositifs d’acquisition de la couleur fonctionnent habituellement par une combinaison locale de capteurs sélectifs sensibles à certaine partie du spectre lumineux. La partie centrale de la rétine (fovea) se trouvent les cellules photoréceptrices appelées cônes. Ces dérnières sont de 3 types selon leur spectres de sensibilité. L’oeil ne présente pas la même sensibilité aux différentes longueur d’ondes. • Espace couleur RVB: L’espace RVB est l’espace vectoriel engendré par les 3 composantes primaires (Rouge, Vert, Bleu). L’ensemble des couleurs produites se représente comme l’intérieur d’un cube : Couleur Triangle de Maxwell ou plan de Luminance. La teinte est donnée par la position sur le périmètre du triangle. La saturation est représentée par la distance de la couleur au blanc. 29 30 Dr.Ing. ABOUTABIT 16 Mais il existe aussi d’autres codages de la couleur que RVB… • Espace couleur RVB Couleur • Espace couleur HSV ou TLS: uploads/Management/ traitement-des-images 1 .pdf