Aix-Marseille Université

Documents pareils
Intérêt du découpage en sous-bandes pour l analyse spectrale

Quantification Scalaire et Prédictive

INTRODUCTION A L ELECTRONIQUE NUMERIQUE ECHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION I. ARCHITECTURE DE L ELECRONIQUE NUMERIQUE

Projet de Traitement du Signal Segmentation d images SAR

Expérience 3 Formats de signalisation binaire

Mesure agnostique de la qualité des images.

Systèmes de transmission

I Stabilité, Commandabilité et Observabilité Introduction Un exemple emprunté à la robotique Le plan Problème...

TP Modulation Démodulation BPSK

Filtrage stochastique non linéaire par la théorie de représentation des martingales

MATLAB : COMMANDES DE BASE. Note : lorsqu applicable, l équivalent en langage C est indiqué entre les délimiteurs /* */.

Statistiques et traitement des données

Python - introduction à la programmation et calcul scientifique

LISACode. Un simulateur opérationnel pour LISA. Antoine PETITEAU LISAFrance - le 16 mai 2006

LABO 5 ET 6 TRAITEMENT DE SIGNAL SOUS SIMULINK

L analyse d images regroupe plusieurs disciplines que l on classe en deux catégories :

TD1 Signaux, énergie et puissance, signaux aléatoires

Probabilités III Introduction à l évaluation d options

ÉdIteur officiel et fournisseur de ServIceS professionnels du LogIcIeL open Source ScILab

TESTS PORTMANTEAU D ADÉQUATION DE MODÈLES ARMA FAIBLES : UNE APPROCHE BASÉE SUR L AUTO-NORMALISATION

TP n 2 Concepts de la programmation Objets Master 1 mention IL, semestre 2 Le type Abstrait Pile

10ème Congrès Français d'acoustique Lyon, Avril 2010

Projet Matlab : un logiciel de cryptage

ECTS INFORMATIQUE ET RESEAUX POUR L INDUSTRIE ET LES SERVICES TECHNIQUES

Projet SINF2275 «Data mining and decision making» Projet classification et credit scoring

TP1 Méthodes de Monte Carlo et techniques de réduction de variance, application au pricing d options

de calibration Master 2: Calibration de modèles: présentation et simulation d

Echantillonnage Non uniforme

EMETTEUR ULB. Architectures & circuits. Ecole ULB GDRO ESISAR - Valence 23-27/10/2006. David MARCHALAND STMicroelectronics 26/10/2006

TP: Représentation des signaux binaires. 1 Simulation d un message binaire - Codage en ligne

La Licence Mathématiques et Economie-MASS Université de Sciences Sociales de Toulouse 1

Renforcement des trois compétences : compréhension orale, expression orale et expression écrite à partir de documents et vidéos.

L ANALYSE EN COMPOSANTES PRINCIPALES (A.C.P.) Pierre-Louis GONZALEZ


La problématique des tests. Cours V. 7 mars Comment quantifier la performance d un test? Hypothèses simples et composites

IMAGES NUMÉRIQUES MATRICIELLES EN SCILAB

SUJET ZÉRO Epreuve d'informatique et modélisation de systèmes physiques

Introduction au pricing d option en finance

données en connaissance et en actions?

J AUVRAY Systèmes Electroniques TRANSMISSION DES SIGNAUX NUMERIQUES : SIGNAUX EN BANDE DE BASE

LOGICIEL DE GESTION DE DOCUMENTS PDF : PROJET INFO 1

Chapitre 2 : Systèmes radio mobiles et concepts cellulaires

Tests non-paramétriques de non-effet et d adéquation pour des covariables fonctionnelles

Manipulation N 6 : La Transposition de fréquence : Mélangeur micro-ondes

8563A. SPECTRUM ANALYZER 9 khz GHz ANALYSEUR DE SPECTRE

Introduction à MATLAB R

Modèles à Événements Discrets. Réseaux de Petri Stochastiques

LABO PROJET : IMPLEMENTATION D UN MODEM ADSL SOUS MATLAB

C RÉATION DE PDF (1) Cours SEM 205 Mieux utiliser le format PDF

Transmission d informations sur le réseau électrique

Analyse des bruits de clavier d ordinateur

Annexe commune aux séries ES, L et S : boîtes et quantiles

Master IMA - UMPC Paris 6 RDMM - Année Fiche de TP

choisir H 1 quand H 0 est vraie - fausse alarme

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Projet Matlab/Octave : segmentation d'un ballon de couleur dans une image couleur et insertion d'un logo

Novembre 2006 Antispam sur Messagerie évoluée Completel Guide Utilisateur 1. Antispam individuel pour la Messagerie évoluée.

Une application de méthodes inverses en astrophysique : l'analyse de l'histoire de la formation d'étoiles dans les galaxies

Chaine de transmission

Equipement. électronique

Les atouts et faiblesses des caméras TEP dédiées, TEP corps entier, TEP-CT, TEMP pour la quantification

Formation des enseignants. Le tensiomètre. Objet technique modélisable issu de l environnement des élèves

1 Définition de la non stationnarité

xdsl Digital Suscriber Line «Utiliser la totalité de la bande passante du cuivre»

Étude des Corrélations entre Paramètres Statiques et Dynamiques des Convertisseurs Analogique-Numérique en vue d optimiser leur Flot de Test

Compression et Transmission des Signaux. Samson LASAULCE Laboratoire des Signaux et Systèmes, Gif/Yvette

Transmission des signaux numériques

NON-LINEARITE ET RESEAUX NEURONAUX

HighPush. document /06/2009 Révision pour version /11/2008 Revision pour la /10/2008 Documentation initiale.

TP 1 Introduction à Matlab Février 2009

Traitement du signal avec Scilab : la transformée de Fourier discrète

Température corporelle d un castor (une petite introduction aux séries temporelles)

$SSOLFDWLRQGXNULJHDJHSRXUOD FDOLEUDWLRQPRWHXU

chargement d amplitude variable à partir de mesures Application à l approche fiabiliste de la tolérance aux dommages Modélisation stochastique d un d

CHAPITRE V. Théorie de l échantillonnage et de la quantification

Corrigé des TD 1 à 5

MODULE «Plateforme INSCRIPTIONS en ligne» MyOutDoorBox Mode opératoire

MODULE «Plateforme INSCRIPTIONS en ligne» MyOutDoorBox Mode opératoire

Projet audio. Analyse des Signaux ELE2700

CAPTEURS - CHAINES DE MESURES

Analyse de la vidéo. Chapitre La modélisation pour le suivi d objet. 10 mars Chapitre La modélisation d objet 1 / 57

Cours de numérisation sur Epson Perfection

ECTS CM TD TP. 1er semestre (S3)

Traitement bas-niveau

Statistiques d ordre supérieur pour le traitement du signal

Chapitre 7. Statistique des échantillons gaussiens. 7.1 Projection de vecteurs gaussiens

Spectrophotométrie. Spectrophotomètre CCD2. Réf : Version 1.0. Français p 2. Version : 4105

Cours Informatique Master STEP

Arguments clés. (1) : disponible sur certaines offres

Moments des variables aléatoires réelles

TABLE DES MATIÈRES CHAPITRE I. Les quanta s invitent

INF 232: Langages et Automates. Travaux Dirigés. Université Joseph Fourier, Université Grenoble 1 Licence Sciences et Technologies

Compatibilité Électromagnétique

TP Blender n 2 : Importation d un modèle SketchUp et animation

FICHE UE Licence/Master Sciences, Technologies, Santé Mention Informatique

CRM PERFORMANCE CONTACT

Cours 7 : Utilisation de modules sous python

Sujet proposé par Yves M. LEROY. Cet examen se compose d un exercice et de deux problèmes. Ces trois parties sont indépendantes.

Transcription:

Aix-Marseille Université 015-016 Master Ingénierie Mathématique et Modélisation ème année Parcours MI3S Problèmes inverses en traitement des signaux et des images TP : Problèmes directes et méthodes de base 1 Rappels 1.1 Téléchargements Tous les téléchargements se font à l adresse suivante : https://www.im.univ-amu.fr/~caroline.chaux/enseignements.html 1. Avertissements Les noms de fonctions ainsi que les noms de variables sont fournis à titre indicatif et peuvent être modifiés. De même, les arguments donnés en entrée/sortie des fonctions peuvent être modifiés. 1.3 Préparation des TPs Dans ce TP vous trouverez des questions en italique qui sont à préparer en avance. Un compte rendu n éxédant pas 10 pages vous est demandé. Il est à rendre au format pdf et est à envoyer à caroline.chaux@univ-amu.fr et sandrine.anthoine@univ-amu.fr dans la semaine qui suit le TP. Tout retard sera sanctionné. 1.4 Importation de fichiers image On peut importer des images de différents formats sous Matlab (pour pouvoir ensuite les traiter avec le logiciel) à l aide de la commande imread. De même, après avoir traité l image on peut l exporter sous le format désiré à l aide de la commande imwrite. Le mieux est ensuite de les passer au format double précision double. C est à dire en tapant dans Matlab A=imread( image.jpg, jpg ) ; A=double(A) ; on a transformé l image image.jpg en une matrice A sur laquelle on peut faire des opérations. Une fois qu on a fait ces opérations, qu on a obtenu la matrice Atrans et qu on veut récupérer son image transformée il suffit d écrire imwrite(atrans, monfichier.jpg ). L image monfichier.jpg peut être visualisée avec une application quelconque pour voir des images. 1.5 Filtrage Les filtres pour les images ont pour réponse impulsionnelle des suites à deux indices h n1,n. On n hésitera pas à l aide de la fonction imagesc à visualiser les réponses impulsionnelles des filtres qu on utilise.

On rappelle que le filtrage du signal g par le filtre K h est la suite (w n1,n ) définie par w n1,n = N 1 N 1 m 1=0 m =0 h m1,m g n1 m 1,n m = (h g) n1,n les indices n i m i sont définis modulo N (1) On note ĥ = (ĥk 1,k ) et ĝ = (ĝ k1,k ) les transformées de Fourier finies de h = (h n1,n ) et g = (g n1,n ). Alors w = (w n1,n ) est une suite finie et que sa transformée de Fourier finie notée ŵ = (ŵ k1,k ) vérifie ŵ k1,k = ĥk 1,k ĝ k1,k, k i = 0..N 1 () Avec Matlab, pour obtenir ŵ, il nous suffit donc de construire le vecteur dont chaque coordonnée est le produit des coordonnées correspondantes de ĥ et ĝ. Dégradation d une image On s intéresse premièrement au problème direct, c est à dire, comment générer des observations z à partir de données originales y. On rappelle que le problème d observation s écrit z = D α (Ly) (3) L : opérateur linéaire (un opérateur de convolution par exemple) D α : perturbation de paramètre α (un bruit) On considère dans un premier temps que l opérateur linéaire L modélise une convolution. Exercice 1 (Construction du noyau de convolution) On pourra utiliser la fonction suivante pour construire un noyau gaussien function h=gaussian(n,s) x = [0 :n/-1, -n/ :-1] ; [Y,X] = meshgrid(x,x) ; h = exp( (-X.ˆ-Y.ˆ)/(*sˆ) ) ; h = h/sum(h( :)) ; ou encore celle-ci pour construire un noyau uniforme function h=uniform(n) h = ones(n,n)/(n*n) ; Implémenter différentes formes de noyaux. A l aide de la fonction imagesc, visualiser les réponses impulsionnelles et fréquentielles des filtres ainsi définis. Exercice (Dégradation d une image) Ecrire une fonction degrad imag qui prend en entrée une image y, un noyau de convolution h, un paramètre α et un type de dégradation D et qui renvoie en sortie une image dégradée par un flou de noyau h et une perturbation D α qui pourra être 1. un bruit additif gaussien de variance α = σ ;. un bruit Poissonien de paramètre d échelle α > 0 ; 3 Mesures de qualité 3.1 SNR Pour comparer les performances des algorithmes de restauration on utilisera le SNR Signal to noise ratio. Si ỹ est le signal restauré et y le signal original non bruité ( ) y SNR = 10 log 10 y ỹ (4)

y = N 1 N 1 n 1=0 n =0 y n1,n. Exercice 3 (Calcul de SNR) Ecrire une fonction SNR qui prend en argument images y (l image originale) et ỹ (l image bruitée ou restaurée) et qui calcule le SNR entre ces deux images. 3. PSNR Pour comparer les performances des algorithmes de restauration on utilisera aussi le PSNR Peak Signal to noise ratio. ( ) 55 P SNR = 10 log 10 y ỹ (5) Exercice 4 (Calcul de PSNR) Ecrire une fonction PSNR qui prend en argument images y (l image originale) et ỹ (l image bruitée ou restaurée) et qui calcule le PSNR entre ces deux images. 3.3 SSIM Enfin, on peut aussi utiliser un autre indice de performance comme le SSIM Structural SIMilarity. Pour plus d informations, vous pouvez vous rendre sur la page https://ece.uwaterloo.ca/~z70wang/research/ssim/ et y télécharger directement le code. Exercice 5 (Test de la fonction ssim index) Tester la fonction ssim index en calculant le SSIM entre images y (l image originale) et ỹ (l image bruitée ou restaurée). (On remarquera que la fonction fournie accepte plus de paramètres mais seuls les premiers sont requis). 4 Méthodes de base pour la déconvolution On est dans le cas particulier h : noyau de l opérateur de convolution D α : perturbation de paramètre α (un bruit) 4.1 Méthode d inversion z = D α ((h y)) (6) On se propose ici d implémenter la méthode d inversion. Cette méthode est très simple et consiste à appliquer le filtre inverse aux observations. Cela équivaut, dans le domaine de Fourier, à diviser terme à terme l observation par la réponse fréquentielle du filtre de dégradation. Exercice 6 (Implémentation du filtre inverse) Implémenter une fonction inversion qui prend en entrée les observations z et le noyau de convolution h et qui applique la méthode du filtre inverse aux observations. Comparer les résultats obtenus en faisant varier le noyau de convolution (type, taille) ainsi que le type et l amplitude du bruit. Calculer à chaque fois les performances numériques c est à dire le SNR, PSNR et SSIM. (on pourra calculer à chaque fois la valeur initiale c est à dire entre l observation et l originale et la valeur finale c est à dire entre l image restaurée et l originale.)

4. Filtre de Wiener dans le cas d un bruit additif Gaussien On suppose donc à présent que D α modélise un bruit additif gaussien de variance α = σ. On se restreint donc au cas z = (h y) + b (7) h : noyau de l opérateur de convolution b : bruit additif Gaussien de variance σ Exercice 7 (Calcul du filtre de Wiener pour la déconvolution) Montrez que la formule qui donne le filtre de restauration de Wiener dans le cas de la déconvolution est ĥ(ω)s x (ω) ĝ(ω) = ĥ(ω) S x (ω) + σ ĥ est la fonction de transfert du filtre de dégradation et S x est la densité spectrale du processus aléatoire x dont l image de départ y est une réalisation. Remarque : ici on considère que l image de départ y est une réalisation d un processus aléatoire x sous jacent. Pour obtenir S x on utilise la méthode du périodogramme sur une seule réalisation. Exercice 8 (Filtre de Wiener en déconvolution) Créez une fonction filtredeconvwiener.m qui prend en entrée une image z, la réponse impulsionnelle d un filtre h et une variance σ, et ressort la fonction de transfert du filtre de Wiener pour la restauration. Nous avons une seule réalisation, donc on estime directement S x = Fourier finie de y et N 1 N sa taille. ŷ N 1N avec ŷ la transformée de 5 Méthode par troncation de la SVD Nous allons à présent étudier un cas de reconstruction IRM. Le modèle dans ce cas est R : matrice de projection (lié à la transformée de Radon) P : bruit Poissonien de paramètre d échelle α Exercice 9 (Construction des observations non bruitées) z = P α (Ry) (8) Créez une fonction genereirm.m qui prend en entrée une image y et la matrice de projection R et qui génère les observations non bruitées z = Ry. Pour cela on chargera les données y.mat (de taille 64 64) qui correspond à l image originale y et R.mat (de taille 8645) qui correspond à la matrice de projection. On fera attention à appliquer la matrice R aux données vectorisées y( :). On pourra utiliser la commande reshape pour retrouver les données sous leur bonne forme. La taille des observations z à générer est 95 91. Exercice 10 (Calcul de la SVD de R) Afin de ne pas avoir un manque de mémoire, on va spécifier que la matrice de projection est sparse grâce à la commande sparse. Calculer la SVD de la matrice. Observer la décroissance des valeurs propres. Que notez vous?

Exercice 11 (Troncation de la SVD) On va générer une estimée ỹ avec la SVD en utilisant la formule d inversion ỹ = V 1 U z. Que remarquez vous? Comment cela évolue avec le nombre de valeurs propres? Exercice 1 (Troncation de la SVD dans le cas bruité) Effectuer les exercices précédants dans la cas bruité.