Cours Pretraitement Des Images
Cours Pretraitement Des Images
Cours Pretraitement Des Images
d’images
Institut supérieur d’arts
Multimédia
1
Introduction
• Le mécanisme d’acquisition des images est loin
d’être parfait.
– Source de dégradation :
• Mauvais éclairage
• Capteur avec plage dynamique faible
• Sources d’éclairage parasites
• Réponse non-linéaire du capteur
3
« Sé koi ? »
• Amélioration visuelle
• Réduction de l’information inutile (bruit)
• Renforcement de l’information utile
Prétraitements
Traitement
d’images Amélioration Restauration
(modification de la (débruitage par ex.)
dynamique par ex.) 4
Amélioration
Problème de l'amélioration : un problème subjectif.
Quand pourra-t-on dire qu'une image est améliorée ?
Traitement
d’images
5
Luminance ou brillance
La luminance (ou brillance) est définie comme la moyenne de
tous les pixels de l’image.
Traitement
d’images
6
Luminance ou brillance
Traitement
d’images
7
Luminance et brillance
F(x,y)=f(x,y)+n
Traitement
d’images
image source Résultat
8
Contraste
Le contraste peut être défini de plusieurs façons :
N M
1
N M
( f (i
i 1 j 1
, j ) Moy ) 2
Traitement
d’images
Amélioration du contraste
Modifier chaque niveau de gris dans le but d'accroître le contraste.
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Modification de l’échelle des niveaux de gris
g ' ( x, y ) t (g ( x, y ))
Traitement
d’images
Fonction prédéfinie
ex.: recadrage, linéarisation, amincissement 12
Modification de l’échelle des gris
Traitement
d’images
13
Modification de l’échelle des niveaux de gris
Traitement
d’images
14
Réhaussement de contraste
Traitement
d’images
15
Réhaussement de contraste
Traitement
d’images
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Réhaussement de contraste
Traitement
d’images
17
Réhaussement de contraste
Traitement
d’images
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Amélioration du contraste
La majorité des techniques de traitement d ’ image pour
l ’ amélioration du contraste d ’ une image se base sur la
manipulation des histogrammes.
Transformation linéaire,
Traitement
d’images La fréquence d’apparition du niveau de gris x représente la probabilité
d’obtenir le niveau x, c’est une densité de probabilité
20
Histogramme
• La construction de l’histogramme consiste à subdiviser la droite réelle en
intervalles de mesure constante hN pas de l’histogramme.
(N )
• Soit ,I k le kème intervalle de l’histogramme
I (N)
k
a khN , a k 1hN ak , ak 1 N N
Traitement
d’images
21
Histogramme
Remarque : Une image possède un seul histogramme mais la réciproque est
fausse (l'histogramme ne comprend pas d'information spatiale)
Traitement
Deux images différentes ayant un même histogramme
d’images
22
Histogramme
Pour les images en vrai couleur plusieurs histogrammes
sont nécessaires. Par exemple pour une image codée en
RGB :
un histogramme représentant la distribution de la
luminance,
trois histogrammes représentant respectivement la
distribution des valeurs respectives des composantes
rouges, bleues et vertes.
Traitement
d’images
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Histogramme cumulé
L'histogramme cumulé d'une image s'obtient en associant à chaque niveau
c
de gris i le nombre hi de pixels de l'image qui ont une valeur inférieure ou
égale à i.
Ceci revient à calculer l'histogramme de l'image et d'associer à chaque
niveau i la somme des hj pour j≤i.
Traitement
d’images
24
Histogramme cumulé
Exemple d’histogramme cumulé d’une image en niveau de gris
25
Histogramme cumulé
Exemple d ’ histogramme cumulé d ’ une image
couleur
Traitement
d’images
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Egalisation d’histogramme
Traitement
d’images
27
Egalisation d’histogramme
28
Egalisation d’histogramme
Traitement
d’images
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L'histogramme (rouge) et l'histogramme
L'image après égalisation d'histogramme cumulé (noir) après égalisation
Egalisation d’histogramme
Traitement
d’images
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Egalisation d’histogramme
Traitement
Image originale Image après égalisation
d’images
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Egalisation d’histogramme
Transformation
Traitement
d’images
Types de transformations
o Ponctuelles (ou pixel à pixel) : la nouvelle valeur f'(x,y) est obtenue à
partir de f(x,y) seulement.
o Locales (ou de voisinage) : la nouvelle valeur f'(x,y) est obtenue à
partir de l'ensemble des valeurs initiales f(V(x,y)) dans un voisinage
autour du pixel de coordonnées (x,y).
o Globales : la nouvelle valeur f'(x,y) est obtenue à partir de l'ensemble
Traitement de valeurs de l'image initiale f.
d’images
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Transformations d’images
Transformations ponctuelles
f ( x, y )
t
f ' ( x, y ) t ( f ( x , y )
Ex. seuillage, ajustement luminosité/
Contraste, manipulation d'histogramme
Transformations locales
f ( x, y )
t
f ' ( x, y ) t ( f (V ( x, y )))
Ex. filtrage
Transformations globales
Traitement
f ( x, y )
t
f ' ( x, y ) t ( f )
d’images Ex. transformée de Fourier
34
Transformations Ponctuelles
Elle est donc définie par une table de correspondance ou LUT (Look-Up
Table) qui définit, pour chaque niveau de gris i, le nouveau niveau i'=t(i).
Traitement
d’images
35
Transformations Ponctuelles
Lien avec l'histogramme : une LUT définit la transformation t des
niveaux de gris entre l'image initiale et l'image finale. Cette transformation
change la distribution statistique des niveaux de gris, caractérisée par
l'histogramme de chaque image
Traitement
d’images
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Transformations Ponctuelles
Exemple :
• Expansion de la dynamique
par étirement de
l’histogramme
Effet : amélioration du
contraste
Traitement
d’images
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Changement du contraste
La Transformation linéaire : On étire la dynamique en rééchelonnant les
niveaux de gris entre 0 et 255
255
f ' ( x, y ) ( f ( x, y ) min)
max min
f’
255
f’(x,y)
f
Traitement
d’images 0
f(x,y)
min max
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Changement du contraste
Exemple de transformation linéaire :
Traitement
d’images
39
Changement du contraste
Limite des transformations linéaires : Si la dynamique est déjà
maximale, la transformation n’apporte aucun changement.
Traitement
d’images
40
Changement du contraste
La Transformation linéaire avec saturation :
o Définie par 2 seuils : min( f ( x, y)) S min S max max( f ( x, y))
o Effet :Rehaussement du contraste des niveaux :S min i S max
et saturation :
• à 0 les niveaux : min( f ( x, y )) i S min
• à 255 les niveaux : S max i max( f ( x, y ))
255
f ' ( x, y) ( f ( x, y) Smin )
Smax Smin
Traitement f ' ( x, y) 0 f ' ( x, y) 0
d’images
f ' ( x, y) 255 f ' ( x, y) 255
41
Changement du contraste
La Transformation linéaire avec saturation :
Traitement
d’images
42
Changement du contraste
La Transformation linéaire par morceau :
o Effet : selon la pente locale (gain), expansion ou compression de la
dynamique
• rehaussement du contraste si gain > 1
• diminution du contraste si gain < 1
Traitement
d’images
43
Changement du contraste
La Transformation linéaire par morceau :
Traitement
d’images
44
Changement du contraste
La Transformation non linéaire
Traitement
d’images
45
Changement du contraste
Autres transformations d’histogramme
négatif i'=255-i
Traitement
d’images
Quantification
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Changement du contraste
Egalisation d’histogramme : exemple
Traitement
d’images
47
Changement du contraste
Egalisation d’histogramme : Méthode
On cherche à aplatir l’histogramme
Traitement
d’images
49
Changement du contraste
Egalisation d’histogramme : exemple
Traitement
d’images
50
Changement du contraste
Egalisation d’histogramme : exemple
Si on prend la même image avec des contrastes différents, l’égalisation
d’histogramme donne le même résultat pour
toutes les images.
Traitement
d’images
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Changement du contraste
Egalisation locale d’histogramme
Traitement
d’images
52
Changement du contraste
Egalisation d’une image couleur
1. Calculer l’intensité de l’image couleur f = (R + V + B)/3
2. Calculer l’histogramme de f
3. Calculer l’histogramme cumulé de f
4. Appliquer l’égalisation de l’histogramme dans chaque
plan de l’image couleur
Traitement
d’images
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Changement du contraste
Egalisation d’une image couleur : exemple
Traitement
d’images
54
Changement du contraste
Seuillage
Traitement
d’images
55
Changement du contraste
Seuillage : Comment trouver le seuil?
Traitement
d’images
56
Restauration
Traitement
d’images
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Autres dégradations visibles dans une image:
• bruit "poivre-et-sel" (très localisé et très perturbant) ;
• bruit de "speckle " (chatoiement; bruit granulaire de type
multiplicatif);
• trous ou coupures sur une forme et des frontières pas nettes
(dents de scie).
Remarque:
• On peut tenter de modéliser le processus de dégradation pour
l’inverser (restauration)
• ou Agir directement sur l'image obtenue (amélioration).
• Dans ce cas le modèle de restauration retenu est linéaire et se
Traitement traduit par une transformation de voisinage
d’images
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Restauration
Traitement
d’images
Gaussien Speckle 60
Dégradations Restauration
f ( x, y ) h g ( x, y ) b( x, y )
réponse impulsionnelle
Traitement du système linéaire modèle
d’images
de la source de dégradation
61
Restauration d’image
La restauration a pour but d'inverser l'effet du phénomène dégradant.
Il s'agit de produire une image la plus proche de la réalité physique de
la scène observée.
Traitement
d’images
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Bruit
Parasite :
phénomène de brusque variation de l’intensité d’un pixel
par rapport à ses voisins
Provenance :
l’éclairage,
l’objet,
La transmission,
l’optique de la caméra,
Traitement
d’images
Le capteur CCD,
l’échantillonnage,
63
Le stockage de l’image
Bruit
64
Les sources de dégradations
Les techniques de restauration proposent de réduire les
effets des dégradations (ou bruits) subies par une image.
65
Les sources de dégradations
Bruit lié au contexte de l'acquisition :
Traitement
d’images
Image initiale Dérivé lumineuse
67
Les sources de dégradations
Traitement
d’images
69
Restauration par connaissance a posteriori
le phénomène dégradant est inconnu, ou bien trop complexe pour qu’une
approche analytique soit envisageable.
Traitement
d’images
70
Restauration par filtrage spatial
Le filtrage consiste à appliquer une transformation (appelée
filtre) à tout ou partie d'une image numérique.
Son objectif est de réduire les variations d’intensité au sein de chaque
région de l’image tout en respectant l’intégrité des scènes :
• les transitions entre régions homogènes,
• les éléments significatifs de l’image
Traitement
• Non linéaire
d’images
71
Restauration par filtrage spatial
Filtre linéaire : c’ est un système linéaire et invariant
dans le temps
• une combinaison linéaire d ’ entrées entraîne la même
combinaison linéaire des sorties
• tout décalage temporel de l ’ entrée entraîne le même
décalage en sortie
L’application du filtre est le produit de convolution de l’image
bruitée G(x, y) avec la fonction de transfert de la réponse
impulsionnelle h(x,y) appelée kernel ou noyau du filtre.
Traitement
d’images
72
Restauration par filtrage spatial
Convolution discrète :
Traitement
d’images
73
Restauration par filtrage spatial
Convolution discrète :
• Le masque est de dimension N impair et symétrique
( N 1) / 2 ( N 1) / 2
( f * filtre)( x, y ) f ( x i, y i) filtre(i, j )
i ( N 1) / 2 j ( N 1) / 2
Traitement
d’images
74
Restauration par filtrage spatial
Propriétés de la convolution discrète :
• Elément neutre
Traitement
d’images
75
Restauration par filtrage spatial
Propriétés de la convolution discrète :
• Additivité /distributivité
• Commutativité
• Associativité
• Norme d’un opérateur
• Séparabilité du produit de convolution
Traitement
d’images
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Filtre moyenneur
Il s’agit d’effectuer un lissage spatial tout en remplacent la
valeur du pixel courant par la moyenne de tous les pixels
inclus dans un voisinage centré en ce point.
Traitement
d’images
77
Convolution en discret
Exemple de convolution: le filtre moyenneur
1 1 1
1/9 1 1 1
1 1 1
Traitement
d’images
Filtre moyenneur
78
Filtre moyenneur
1/9 *
Traitement
d’images
Zone après 79
filtrage
Filtre moyenneur
Traitement
d’images
80
Filtre moyenneur
Les effets du filtre moyenneur varient avec la taille du noyau :
- plus les dimensions du noyau seront importantes, plus le
bruit sera éliminé ;
- mais en contrepartie, il lisse les contours, ce qui donne une
impression de flou
Traitement
d’images
81
Filtre gaussien
Ce filtre tire son nom de la valeur de ses coefficients qui sont
ceux d’une courbe de gauss à deux dimensions.
Plus la taille d’un filtre est importante, plus l’image filtrée est
floue.
L’application d’un filtre gaussien à une image revient à sa
convolution par un noyau gaussien h, d’écart-type σ, donné
par l’équation suivante :
Traitement
d’images
82
Filtre gaussien
Traitement
d’images
83
Filtre gaussien
Traitement
d’images
84
Filtres Non Linéaires
Ces opérateurs ont été développés pour pallier aux
insuffisances des filtres linéaires,
• la mauvaise conservation des contours en infligeant des
déformations irréversibles à l’image.
85
Filtres D’ordre
Le filtrage d’ordre consiste à ordonner les pixels qui sont
contenus dans un voisinage donné selon leur niveaux de gris
grâce à des modules de tri,
les valeurs de gris (gi) seront triés par ordre croissant puis
l’opération se fait en affectant au pixel courant une valeur G
(fonction non linéaire de gi)
Exemple : - filtre médian
Traitement
- filtre maximum
d’images
- filtre minimum
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Filtres Médian
Le niveau de gris du pixel central est remplacé par la valeur
médiane de tous les pixels de la fenêtre d’analyse centrée sur
le pixel
Le principe de ce filtre est comme suit :
•On classe les pixels voisins du pixel courant (compris
dans la fenêtre) par valeurs croissantes.
87
Filtres Médian
Traitement
d’images
88
Filtres Médian
La taille du noyau dépend de l’intensité du bruit et de la taille
des détails significatifs de l’image traitée :
• Plus le noyau est grand, plus le filtrage peut paraître
efficace,
• mais plus il déforme l’image sans pour autant adoucir son
contraste
Le filtre médian est efficace lorsque l’image est dégradée
par une source de bruit du type impulsionnel, c-à-d
Traitement
d’images
lorsque l’on assiste à des variations brusques de pixels
isolés. 89
Filtres Médian
Traitement
d’images
91
Filtre minimum
On retient pour l’image filtrée la valeur minimale.
Le filtre minimum tend à homogénéiser et assombrir les
régions de l’image.
Traitement
d’images
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Filtre MIN/MAX
Ce type de filtre consiste à remplacer la valeur du pixel p de
l’image originale A par le minimum ou le maximum sur la
fenêtre centrée en ce point selon la proximité de ces deux
valeurs à la valeur centrale.
Le principe de cet algorithme est le suivant :
• Si le pixel central (i, j) a une valeur supérieure à Max, on
affecte MaxF(i, j) =Max.
• Si le pixel central (i, j) a une valeur inférieure à Min, on
affecte Min F(i, j) = min.
Traitement
d’images
• Si le pixel central (i, j) est compris entre Min et Max, le pixel
garde la même valeur.
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Filtre MIN/MAX
Traitement
d’images
94
Exemples
Traitement
d’images
96