AQUISITION D’IMAGE VIDEO

Historique

Un film est une succession d’images fixes projetees a une certaine cadence pour donner l’illusion du mouvement. La plupart des films sont projetes a la vitesse de 24 images par seconde. Les techniques de transformation d’images animees en signaux electriques sont connues depuis la fin du XIXe siecle : en 1899, le physicien allemand Zenneck fabrique la premiere camera a tube sous vide, et en 1911, apparait le tube cathodique, issu des recherches du Russe Boris Rosing. La conjugaison de ces experiences diverses a aboutit a la naissance de la television, souvent confondue avec celle de la video. Cependant, de 1927, date de la premiere emission publique produite par la BBC, jusqu’a la fin des annees quarante, la television reste cantonnee a la transmission d’images en direct, faute de procedes d’enregistrement. De ce fait, des traitements sur ses images ne sont pas encore envisageables. Les premiers systemes experimentaux d’enregistrement et lecture electronique d’images sur bande magnetique utilisent des techniques empruntees a celles du son. Mais ces appareils consomment d’enormes quantites de bande, pour un resultat a peine satisfaisant.

En effet, le signal video etant compose d’une quantite d’informations plus de trois cents fois superieure a celui du son (bande passante depassant les 6 Mhz contre 20 Khz en audio), il necessite des vitesses de defilement beaucoup plus elevees jusqu’a 914 cm par seconde. En 1956, aux Etats-Unis, Ampex cree le magnetoscope a bande de deux pouces (1 pouce equivalant a 2,54 cm), fonde sur une technologie d’enregistrement et lecture radicalement differente. Plutot que de suivre le sens de defilement de la bande, le signal se retrouve retranscrit perpendiculairement a celle-ci, grace a un tambour tournant a grande vitesse (14 000 tours par minute) equipe de quatre tetes d’enregistrement et lecture montees sur sa circonference. Ce systeme, appele quadruplex, permet de coucher de nombreuses pistes video sur un espace restreint, ce qui reduit considerablement la vitesse de defilement de la bande (38 ou 29 cm par seconde). Tres vite, le magnetoscope s’impose comme un outil de montage et de production indispensable. A son utilisation vient se greffer toute une serie d’equipements offrant de nombreuses possibilites de truquages et de manipulations electroniques de l’image. Depuis, les traitements sur l’amelioration, et sur les effets speciaux se sont evolues, car contrairement au cinema, les traitements requierent un inevitable passage en laboratoire a cause de son procede photochimique d’enregistrement. Mais la grande revolution sur les traitements des images a vue le jour entre 1985 et 1990, les formats numeriques professionnels se sont succedes. Le premier interet du numerique est tout d’abord d’ameliorer la qualite de l’enregistrement, reproductible sans alteration presque a l’infini. Mais c’est aussi surtout, l’etendue des outils de traitement desormais possibles qui lui assure une place privilegiee au sein des postes de pretraitement jusqu’aux regies de postproduction. En effet, les traitements ne s’obtiennent plus par une manipulation electronique de l’image, mais par une multitude de calculs effectues sur sa composition numerique.

TRAITEMENT A PARTIR DE L’HISTOGRAMME

Ici, le traitement, souvent appele pretraitement, regroupe toutes les techniques visant a ameliorer la qualite d’une image. De ce fait, la donnee de depart est l’image initiale et le resultat est egalement une image. La notion de qualite est une notion tres subjective. En effet cette qualite depend de l’objectif de l’operateur humain. C’est la raison pour laquelle differentes techniques sont mise en oeuvre. La restauration a pour but d’inverser l’effet du phenomene degradant. Il s’agit donc de produire une image la plus proche de la realite physique de la scene observee. Donc la restauration d’images a pour objet la reduction, voire l’elimination des distorsions introduites par le systeme ayant servi a acquerir l’image. Son but est d’obtenir une image qui soit la plus proche possible de l’image ideale qui aurait ete obtenue si le systeme d’acquisition etait parfait. Le plus souvent, cette etape est la premiere dans la chaine de traitements constituant un systeme de vision. L’amelioration quand a elle a pour but de satisfaire l’oeil de l’observateur humain. Ici, on peut avoir une image tres differente de la realite, le seul but est de satisfaire l’oeil de l’observateur. Comme par exemple, dans l’imagerie medicale, on peut etre amene a renforcer une certaine zone de l’image dans le seul but d’en extraire des informations.

Bruit lié à l’échantillonnage

Ici, l’image est une forme discrete. Il est donc necessaire de passer du domaine continu au domaine discret, au niveau de la scene et au niveau de l’intensite lumineuse provenant de celle-ci. De maniere generale, le spectre des intensites lumineuses noir-blanc est quantifie sur 256 niveaux de gris differents necessitant 8 bits pour le stockage en chaque point. Si le capteur est bien calibre, cette quantification ne provoque pas de bruit important. Il faut savoir que cette precision est de loin superieure a ce que l’oeil humain utilise dans ses taches quotidiennes. Un objet tres petit peut ne pas etre represente ou bien ne peut etre represente que par un pixel. Cet effet donne l’impression de bruit et est connu sous le nom d’effet « poivre et sel ». Ce bruit est aussi genere par une texture dont les caracteristiques sont trop fines par rapport a la frequence d’echantillonnage. Un exemple classique provient des images satellitaires lorsqu’un nuage est trop petit pour impressionner plus d’un pixel qui de ce fait a une intensite non coherente avec son voisinage.

CONCLUSION

La demande fulgurante sur les exploitations de l’information necessite toujours des recherches sans limite, en effet, le traitement d’image est utilise pour des differentes applications et peut dans plusieurs des cas etre un element cle. Par exemple, dans le domaine militaire, un meilleur traitement de l’information, plus particulierement l’image est primordial pour faciliter les differentes approches strategiques, en effet il a deja demontre son utilite dans plusieurs conflits, notamment pendant la guerre froide. Dans un domaine similaire, par exemple, pour les enquetes policieres, la restauration et amelioration peuvent etre l’element de basculement. Enfin, dans d’autre domaine tres different tel que la medecine, le traitement d’image a apporte beaucoup d’evolution, notamment dans le domaine chirurgicale, il est desormais possible d’introduire des appareils munis de petit camera afin de permettre la navigation dans le corps du patient. Le chirurgien n’a plus qu’a guider l’appareil en fonction de la video capter par la camera. En effet, plusieurs logiciels de traitement numerique d’image sont deja sur le marche, avec des mis a jour qui dans certain cas ne depasse pas un mois. Le probleme qui se pose est que ces logiciels coutent trop chers, c’est-a-dire que les societes tel que les stations de television ne peuvent pas suivre tout le temps les evolutions trop rapide de ces evolutions.

A cet effet, nous avons montre que l’on peut ameliorer les traitements deja existants en connaissant les theories de base de la restauration et amelioration. Ces traitements sont en effet tres necessaires dans le domaine de la television avant les divers montages video. La limite de notre simulation est en effet le probleme de temps reel, en effet, on ne peut pas traiter instantanement la video. Enfin, un sujet de recherche interessant serait dans l’avenir, de minimiser le temps de calcul sur ces techniques. On pourra alors dans ce cas integrer ces traitements dans les appareils de capture d’image. Les images videos sortants n’auront plus a etre restaure avant utilisation.

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Table des matières

TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : AQUISITION D’IMAGE VIDEO
1.1. Historique
1.2. Le capteur image
1.2.1. Le rapport signal sur bruit
1.2.2 La sensibilité
1.2.3. La sensibilité spectrale
1.2.4 La fonction de transfert
1.2.5. La correction Gamma
1.2.6. La résolution
1.2.7. Temps d’intégration (pour les capteurs CCD
1.2.8. La saturation
1.2.9. La rémanence
1.3. Le capteur a tube
1.3.1. Principe
1.3.2. Caractéristiques
1.3.3. Avantages
1.3.4. Inconvénients
1.4. Le capteur a CCD
1.4.1. Principe
1.4.2.1 Le transfert de trame
1.4.2.2 Le transfert interligne
1.4.2.3 Domaine d’application de chaque technologie
1.4.3. Caractéristiques
1.4.4. Avantages
1.4.5. Inconvénients
CHAPITRE 2 : TRAITEMENT A PARTIR DE L’HISTOGRAMME
2.1. Les sources de dégradations
2.1.1. Bruit lié au contexte de l’acquisition
2.1.2. Bruit lié au capteur
2.1.3. Bruit lié à l’échantillonnage
2.1.4. Bruit lié à la nature de la scène
2.2. Présentation des images
2.2.1. Image à niveaux de gris
2.2.2. Histogramme d’une image
2.2.3. Histogramme cumulé d’une image
2.2.4. Image couleur
2.3. Les améliorations
2.3.1. Extension de la dynamique
2.3.2. Luminosité
2.3.3. Correction d’exposition
2.3.4. Contraste
2.3.4.1 L’étirement d’histogramme
2.3.5. Rehaussement des niveaux de gris
2.3.5.1 Inverse et dual d’un rehaussement
2.3.5.2 Exemples de fonctions de rehaussement
2.3.5.3 Rehaussement linéaire par morceaux
2.3.5.4 Egalisation d’histogramme d’une image discrète à niveau de gris
2.3.6. Amélioration du contraste par considération du voisinage
2.3.6.1 La méthode
2.3.6.2 Méthodes classiques
2.3.6.3 Méthode de Gordon
2.3.6.4 Méthode de Beghdadi
CHAPITRE 3 : RESTAURATION PAR FILTRAGE
3.1. Le filtrage
3.1.1. Principes
3.2. Filtrage linéaire
3.2.1. Filtre par produit de convolution
3.2.1.1 Passage d’une image dans un système linéaire
3.2.1.2 Produit de convolution
3.2.1.3 Pavages et maillages
3.2.1.4 Adjacences
3.2.1.5 Voisinage
3.2.2. Les différents sortes de filtre linéaire
3.2.2.1 Lissage
3.2.2.2 Filtrage gaussien
3.2.2.3 Filtre passe-haut
3.3. Filtre non-linéaire
3.3.1. Filtre median
3.3.1.1 Propriétés
3.3.2. Filtre à moyenne seuillée
3.3.3. Filtre de Nagao ou filtre à sélection de voisinage
CHAPITRE 4 : APPLICATION
4.1. Introduction
4.2. Généralités sur MATLAB
4.2.1. Environnement
4.2.2. Principe du help/demo
4.3. Simulation
4.3.1. Présentation du logiciel de simulation
4.3.1.1 Lancement du logiciel
4.3.1.2 Filtrage
4.3.1.3 Contraste
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE