UE Traitement d Images. Introduction au traitement d images. Christophe Cudel, Bruno Colicchio, Alain Dieterlen

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1 UE Traitement d Images Introduction au traitement d images Christophe Cudel, Bruno Colicchio, Alain Dieterlen Groupe LAB.EL, Laboratoire MIPS Université de Haute Alsace, Mulhouse, France 1

2 Contenu du cours Introduction (1h) Prétraitements Filtrage Morphologie (3h) Dégradations et Restauration (2h + 2h B.Colicchio) Segmentation, Région : Snake, Trans Hough (2h + 2h C.Cudel) La Stéréovision (2h C.Cudel). Projet et examen 2

3 Petit Historique de la photographie 1816 Niepce peut être considéré comme l un des inventeurs de la photographie en permettant de fixer à la lumière des chlorures d argent par de l acide nitrique. Image en négatif temps de pose de 8h Naguerre met au point un processus avec l iodure d argent, le Dagueréotype qui réduit le temps d exposition à 2 minutes Eastman produit le premier support souple et transparent sous la forme d un ruban de nitrate de cellulose Les frères lumières mettent au point un procédé appelé «Autochromes Lumières» Apparition du premier «Polaroid» couleur Naissance du premier appareil photo numérique sans film. 12 Mégapixels.39 Mégapixels et Seitz 160 Mégapixels 3

4 Petit Historique du traitement d images Des premières images à leur traitement les premières analyses d'images dans les chambres à bulles Trois domaines dominants : Restauration, Amélioration (image "belle"), Compression Du traitement à l'interprétation d'images Extraction automatique d'informations: Notion de description structurelle. Des nouveaux thèmes : seuillage, segmentation, extraction de contours, morphologie mathématique (pour les images binaires),... La vision par ordinateur ( ) : De l'image 2D aux modèles tri-dimensionnels Analyse du mouvement: Vision pour la robotique (mouvement, 3D, détection d'obstacle, trajectoire). Et maintenant... Un nouvel élan : les bibliothèques numériques Acquisition (du papier ou de la vidéo vers le numérique) Représentation (quel codage?) Transmission (codage et réseaux) Accès (Indexation/Recherche) Plus proche de l'analyse d'images pour l'interprétation (pour rechercher) A l UHA : Laboratoire MIPS Applications: Biologie, Environnement, Chimie, Textile, Automobile. 4

5 Traitement d image et vision Contenu du cours Introduction au traitement des Images Prétraitements Filtrage Restauration Détection de régions, segmentation 5

6 Place du traitement d images Dans notre vie Grand public Médical Imagerie Aérienne Robotique Analyse Cinéma Dans l industrie Contrôle de processus, de qualité Dans le monde de la recherche Nouveaux outils. 6

7 Plan: Introduction au traitement d images 1. Numérisation: Images N&B et couleurs 2. Formats d images 7

8 1.Numérisation Acquisition de l image Passage de l Analogique au Numérique 8

9 1.Deux familles d images Image Vectorielle Entités géométriques Représentés par des équations mathèmatiques Traduction par le processeur pour la carte graphique Image Bitmap Images pixellisées 9

10 1.Image Vectorielle Transformation géométrique simple Image définie avec peu d informations Toute image ne peut pas être redue vectoriellement 10

11 1.Image Bitmap Apparition de pixellisation (aliasing) donc de distorsions 11

12 1.Numérisation scanner image réelle caméra numérique numériseurs Numérisation = Échantillonnage + Quantification 12

13 1.Numérisation : échantillonnage spatial Visualisation Quantification 1 Pixel codage binaire 1 pixel (3 bits) Stockage 13

14 1.Image N&B : Numérisation Résolution 255 Hauteur (nombre de lignes) Largeur (nombre de colonnes) Taille de l image (ou poids de l image) 0 = Largeur Hauteur (octets) niveaux de gris octets = octets = bits = bits 14

15 1.Image : Réduction de la résolution 140 X X 56 15

16 1.La couleur Sensibilité de l oeil: 380nm à 780nm Aspect fréquentiel Spectre Deux types de synthèse de couleur: 16

17 1.Couleur : Synthèse additive S2 S1 filtre 1 filtre 2 filtre 3 S3 17

18 1.Couleur: synthèse soustractive 18

19 1.Couleur: choix du type de synthèse Synthèse additive Synthèse soustractive Télévision Ecran d ordinateur Imprimante Peinture 19

20 1.Couleurs: représentation Système RVB (RGB) (0,255,0) VERT (130,236,188) (0,255,255) CYAN JAUNE (255,255,0) BLANC (255,255,255) (25,25,25) (243,115,30) NOIR (0,0,0) BLEU (0,0,255) (255,0,0) ROUGE MAGENTA (255,0,255) ROUGE VERT BLEU Intensités de 3 couleurs primaires Au total, vous avez = = couleurs!!! 20

21 1.Couleurs: exemple de synthèse additive = + + ROUGE VERT BLEU 21

22 1.Couleurs Négatif - Couleurs Complémentaires R V B = C M J 22

23 1.Couleurs: représentation Système TSL (HSL) TEINTE (Hue): Définir la couleur souhaitée par une valeur angulaire (0-360 ): ROUGE 0 JAUNE 60 VERT 120 CYAN 180 BLEU 240 MAGENTA 300 SATURATION (Saturation): Mesure la pureté des couleurs. Le pourcentage de couleur pure par rapport au blanc. Couleur la plus délavée 0% Couleur la plus vive 100% LUMINANCE (Luminance): Définir la part du noir ou du blanc dans la couleur sélectionnée par une valeur de pourcentage. Couleur la plus sombre 0% Couleur la plus claire 100% 23

24 1.Couleur: relation des systèmes de représentation R V B T S L % 100% % 100% % 100% % 50% % 71% % 78% Autres codages possibles: Le codage CMYK. Le codage CIE. Le codage YUV. Le codage YIQ % 0% 24

25 2.Format d images Vous avez peut-être déjà entendu parler de : JPEG, JPEG2000, PNG, GIF, TIFF, BMP, XMP, SunRaster, Targa, FITS, PM,. Qu'est-ce qui les caractérise? Caractéristiques principales intrinsèques à un format : Le statut par rapport aux brevets : formats libres et certains "propriétaires" (GIF). Le nombre de couleurs supportées La compression des données :compressions sans pertes, et compressions avec pertes (JPEG). Transparence : une des couleurs de la palette peut être ignorée lors de l'affichage Entrelaçage : affichage d une version basse résolution raffinée au fur et à mesure du chargement. Animation : films, visualisation 3D Les usages!! Internet? archivage? calcul scientifique? 25

26 2.Format des images: Exemples Définition de l'image Noir et blanc (1 bit) 256 couleurs (8 bits) couleurs (16 bits) True color (24 bits) 320x Ko 62.5 Ko 125 Ko Ko 640x Ko 300 Ko 600 Ko 900 Ko 800x Ko Ko Ko 1.4 Mo 1024x Ko 768 Ko 1.5 Mo 2.3 Mo Stockage des images: Sans Compression BMP Avec Compression GIF Au Choix TIFF 26

27 Définition du contenu des données Bloc de données Informations (entête) Taille Localisation des données Type de Données 8 à 16 bits Codage Informations utiles pour le post-traitement : informations sur les données (taille, type, mode) informations sur les conditions d acquisition : caractéristiques du capteur caractéristiques de l échantillon étudié caractéristiques optiques de l acquisition 27

28 Les formats de fichiers images Les formats usuels de fichiers d images le BMP (Windows Bitmap Format) le GIF (Graphics Interchange Format) le JPEG (Joint Photographic Experts Group) le TIFF (Tagged-Image File Format) le RAW (un-encoded pixel Data) Formats à structure Fixe Format modulable (par Tags) 28

29 Formats à structure Fixe Entête Bloc de données Informations supplémentaires en fin de fichier.pic de Biorad (TM).raw ou.psf de XCOSM.spe de Winview 29

30 Format modulable (par Tags) Entête Bloc de données Informations sous forme de tags, indiquées par un offset.tiff.stk de Metamorph (Stack File Format) 30

31 Format modulable (basé sur une structure fixe).avw et.mmap (traitement d images 3D AnalyzeAVW) Entête par bloc de 4096 octets Bloc de données Les informations sont inscrites sous forme de texte Type de structure Formats à structure fixe ( entête + bloc de données) Formats à structure en tags (entête + bloc de données + tags), format très modulable Format à structure fixe (entête(s) + bloc de données) et modulable Type de fichier PIC XCOSM.SPE (WinView) TIFF STK.RAW (Cellscan) AVW Avantages - facilité de lecture - les infomations essentielles se trouvent dans l entête - - facilité de lecture - structure de l entête fixe - facilité de lecture - structure de l entête fixe - format le plus modulable - possibilités d ajouter des tags - fichiers très répandus, donc pratiquement tous les logiciels de traitement sont capables de lire les fichiers tiff. - format dérivé du tiff, donc très modulable. - Contient des tags spécifiques, facilitant la lecture du fichier - format dérivé du tiff - Contient des tags spécifiques, facilitant la lecture du fichier - facilité de lecture - facilité de réécriture - commentaires sous forme de texte - possibilités de rajouter des commentaires par bloc de 4096 octets Inconvénients - pas de possibiltés de rajouter des commentaires - - pas de possibilités de rajouter des commentaires - - pas de possibilités de rajouter des commentaires - format très spécifique à son logiciel d acquisition - format relativement difficile à lire et à écrire, cela est dû à sa structure. (tags + offsets) - tout comme le tiff, ce type de fichier est relativement difficile à lire et à écrire. - format relativement difficile à lire et à écrire - format très spécifique à son logiciel d acquisition - format peut connu des logiciels de traitement d image 31

32 3.Format des images: Exemples Formats de numérisation : Formats d affichage graphique point à point ou bitmap Formats de traçé vectoriel : Formats d archivage et de compression RAW, FAX, TIFF GIF, BMP, etc DRW, DXF, HGL, selon logiciel JPEG, MPEG, N octets : entête Séquence de pixels - Nombres de lignes et de colonnes - Nombre de bits par pixel, organisation - Type de compression + packbits, RLC + statistique, type CCITT groupe 3 ou 4 + par substitution, type LZW 32

33 3.Format des images: GIF Format GIF (Graphics Interchange Format) Statut libre : sous brevet Unisys Nb. couleurs : Compression avec perte : Compression sans perte Transparence : Entrelaçage Supporté : Animation : 256 couleurs avec palette Possible L'entrelaçage fait que les images ont en général un poids en octets plus important que celles dont les données ne sont pas entrelacées Oui Usages Adapte aux images de type logos, ou tout ce qui contient peu de nuances de couleurs et avec des transition de couleurs brusques. Ce format est très utilisé sur Internet. 33

34 3.Format des images: JPEG Format JPEG (Joint Photo Expert Group) Statut libre Nb. couleurs : 16 millions (vraies couleurs) Compression avec perte : Le taux de compression peut varier de 1% (meilleure qualité) à 99% (moins bonne qualité). Transparence : Non Entrelaçage Supporté : Animation : La visualisation de l'image s'effectue d'abord à très faible qualité (faible encombrement) puis la qualité augmente au fur et à mesure des passages jusqu'a atteindre la qualité optimale de l'image. Non Usages Adapté aux images "naturelles" avec des grands dégradé de couleurs. Beaucoup utilisé sur Internet pour sa taille mémoire réduite. 34

35 Fin de la première partie