Introduction_au_Traitement_Image_et_ses_applications.pptx

Cours de traitement et analyse d’image Dorra Sellami 1
Traitement et analyse d’image
FSS
Mastère Professionnelle
Dorra Sellami

Importance de l’image dans
l’information échangée
 Il existe trois façons avec les quelles
l’homme perçoit son environnement : voir,
entendre et sentir…

 Selon le sens prépondérant qu’il met en
œuvre dans la perception, il peut être
essentiellement visuel, auditif ou
kinesthésique.

 Une grande majorité des personnes sont
visuelles (environ 80 %).
 L’analyse et l’interprétation de l’image est une
façon de compréhension de l’environnement.

 Le traitement d’image est une fonction dont
l’objectif est de ressortir un message, une
donnée, et arriver ainsi à travers l’analyse à
interpréter le contenu de l’image.
Le traitement d’images ?

 Premier niveau : acquisition grâce à une chaîne
intégrant des éléments optiques et un capteur
 Deuxième niveau : traitement de l'image afin de
mettre en relief des éléments d’intérêt.
 Troisième niveau : reconnaissance des formes
La vision artificielle?
Connaissances et technologies qui permettent de
concevoir des machines qui peuvent « voir »

 Capteurs meilleurs que l'oeil humain
 Pas de problème d'échelle, de résolution, de point de vue.
 Autres gammes de longueurs d'onde
 caméras à haute cadence
Au-delà de la perception humaine?
La vision artificielle

Voir au-delà des performances humaines …
– Remplacer l'observateur humain par une machine
ayant une meilleure capacité.
– « Voir » avec des ondes dont l’interaction avec les
objets est plus riche.
– « Voir » avec plus de précision.
– Analyser et interpréter avec plus de précision et de
rapidité
– automatiser les tâches de contrôle de processus avec
asservissement.

Architecture d’un système de vision
Source de
lumière
Objet
(interaction)
Cerveau
(analyse,
interprétation)

Le dispositif d’éclairage
Il définit les caractéristiques de la lumière qui éclaire l’objet à
contrôler et doit être parfaitement maîtrisé.
L’objet à contrôler
Il définit les caractéristiques de la lumière réfléchie sur le capteur.
Le dispositif optique
Il est constitué d’un objectif qui permet de faire
converger la lumière sur le capteur de la caméra.

La caméra:
Elle est constituée d’un capteur sensible à la lumière qui
transforme l’énergie lumineuse en un signal électrique.
On distingue:
Les caméras analogiques qui délivrent un signal analogique et
nécessitent l’utilisation d’une carte d’acquisition,
Les caméras numériques qui convertissent le signal analogique
donné par le capteur en une image numérique:
Le système de transfert: Il est chargé de transporter l’information
(numérique ou analogique).

Vision et contrôle de processus
 La vision industrielle consiste à prendre une ou
plusieurs images de l’objet à contrôler ou visualiser.
 Les images sont obtenues grâce à une ou plusieurs
caméras.
 Le traitement de l’image vise la prise d’une décision
par rapport à des critères prédéfinis où une action est
effectuée.

Vision et contrôle de processus
Différentes modalités mises en oeuvre
 Imagerie 2D (caméras matricielles ou linéaires)
 Imagerie 3D : pour segmenter l’ombre des objets ou
pour une caractérisation volumétrique des objets.
 La stéréovision : on contourne la vision 3D à faible
coût.
 La vision thermique: FLIR (Forward Looking Infra
Red).
 Des solutions à rayons X.

Applications du traitement d’images
Le traitement d’image est une fonction dont
l’objectif est de ressortir un message, une
donnée, et arriver ainsi à travers l’analyse à
interpréter le contenu de l’image.

Fonctions essentielles du traitement
d’image

Fonctions essentielles du traitement
d’image
Prétraitement/débruitage
Extraction/Sélection d’attributs pertinents
Classification/interprétation/ prise
de décision
Etapes de traitement d’image
Acquisition

Applications du traitement et analyses
d’images
Biométrie
Restauration
retouches
Vision industrielle
Imagerie médicale
Télédétection
Réalité augmentée
Robotique

Interaction avec d’autres domaines

 L’information se trouve noyée dans un bruit
multiplicatif (Speckle). Une étape de
prétraitement est alors primordiale. Cette
opération cherche aussi à mettre en relief les
pathologies éventuelles dans l’image.
 L’objectif est d’effectuer l’analyse et
éventuellement effectuer un diagnostic ou une
meilleure représentation par un système de
visualisation pratique.
L’imagerie médicale

 Selon l’information et la pathologie à
analyser, plusieurs modalités de l’image
sont possibles. Plusieurs ondes peuvent
servir à explorer l’organe/pathologie:
oLa lumière visible
oRadiologie diagnostique

La lumière visible a une capacité limitée à pénétrer les tissus.
Elle est utilisée plutôt à l’extérieur du département de radiologie :
 Dermatologie (photographie de la peau)
 Gastro-entérologie (inspection du tube digestif)
 Obstétrique (étude de la grossesse et de l’accouchement)
 Endoscopie et pathologie (en utilisant le microscope).
Lumière visible

Toutes ces modalités sont complémentaires. À l’exception de la
médecine nucléaire, les techniques d’imagerie n’ont pas seulement
besoin de pénétrer les tissus mais doivent aussi interagir avec ce
tissu sous forme d’absorption, d’atténuation et de diffusion.
 Les rayons X
 L’imagerie à résonance magnétique
 La tomographie.
 La médecine nucléaire.
Spectre électromagnétique hors visible: radiologie
diagnostique

 La qualité des images médicales a surtout une
utilité au niveau diagnostique.
 L’évaluation d’une image médicale ne comprend
donc pas de critères artistiques mais des critères
techniques.
 Dans la plupart des cas, il s’agit de trouver un
compromis entre l’acquisition d’une image
médicale de qualité et la santé et la sécurité du
patient.

La biométrie
 La biométrie consiste à identifier un individu à
partir de ses caractéristiques physiques ou
comportementales.
 Elle connaît depuis quelques années un renouveau
spectaculaire dans la communauté du traitement du
signal.
 Elle a aussi reçu une attention accrue de la part des
médias depuis les tragiques événements du 11
septembre 2001.

La biométrie
Nous nous intéressons ici au traitement d’images en
vue d’identifier les individus par les images faciales,
celle des empreintes digitales, des empreintes
palmaires, des empreintes veineuses, des images
rétiniennes, de l’iris, etc.

La biométrie

La biométrie
Les propriétés souhaitables d’un trait biométrique:
 Universalité
 Mesurabilité
 Unicité
 Permanence
 Précision
 Acceptabilité
 Impossibilité d’être dupliqué

La biométrie
Architecture d’un système biométrique
Apprentissage
Reconnaissance
Mesure des caractéristiques Extraction
D’attributs
Base de
données
Mesure des caractéristiques Extraction
D’attributs
Comparaison
de décision
Adaptation
ID

Vision industrielle
Industrialisation ?
– L'industrialisation est l'ensemble de processus de
fabrication de produits manufacturés, allant du prototype à
la série en recherchant une forte productivité du travail.
– Elle permet de remplacer le système artisanal ou manuel de
production dans des lieux dispersés, par une production :
 centralisée,
 en grandes séries,
 utilisant des machines,
 appliquant des normes ou standards pour obtenir des produits de qualité
homogène.

Vision industrielle
La vision humaine pour l’inspection de produits
industriels:
 non précise,
 non fiable,
 non possibilité pour une grande cadence,
 non possibilité d’intégration dans un processus
industriel automatique.

Vision industrielle
Atouts de la vision industrielle
– Contrôle de qualité intelligent
– Performances en temps plus élevées
– Traçabilité (grâce au stockage de données)
– sécurité

Vision industrielle et ses domaines applicatifs
– Industrie lourde et processus de production: inspection,
contrôle de qualité, tri automatique, pilotage de robots,
asservissement visuel, surveillance, sécurité...
– Trafic de véhicule (transport): radar automatique, suivi
de véhicules, détection d'obstacles, flux de personnes,
surveillance...
– Assistance d’utilisateurs: Médecine: aide au
diagnostique, chirurgie assistée par ordinateur, suivi
médical…Militaire, environnement, communication,
multimédia, culture, sécurité, sport, etc…

Emplacement dans une chaîne Industrielle:
A l’emballage
au contrôle du
produit fini
En cours de
fabrication,
A la réception
des matières

Vision Robotique: la robotique au centre de
la vision
 Définition: La robotique est l'ensemble des techniques permettant la
conception et la réalisation de machines automatiques ou des robots.
 Le robot: Appareil effectuant, grâce à un système de commande
automatique à base de micro-processeur, une tâche précise pour laquelle
il a été conçu dans le domaine industriel, scientifique, militaire ou
domestique

La robotique actuelle trouve des applications dans différents
domaines (liste non exhaustive) :
la robotique industrielle,
la robotique domestique,
la robotique médicale,
la robotique militaire,
la robotique scientifique, par exemple pour
l'exploration de l'espace
la robotique de transport (de personnes et de
marchandises), etc.
Vision Robotique: la robotique au centre de la
vision

La télédétection
La télédétection est la technique qui, par l'acquisition
d'images, permet d'obtenir de l'information sur la
surface de la Terre sans contact direct avec celle-ci.
La télédétection englobe tout le processus qui consiste
à capter et à enregistrer l'énergie d'un rayonnement
électromagnétique émis ou réfléchi, à traiter et à
analyser l'information, pour ensuite la mettre en
application.

La télédétection
principe d’un système de télédétection
(bloc E, F et G) : Le
traitement de l’image
reçue par le capteur
permet d’extraire
l’information
souhaitée
(A): une source d’énergie
lumineuse généralement
naturelle.
(medium B):
l’atmosphère
(C): l’objet cible
une interaction avec la surface de celui-ci liée à la nature
de l’objet et sa surface
la cible (D).

La télédétection
Exemples d’images en télédétection
Image nécessitant un filtre
atmosphérique Images en vue de
segmentation des rues
Images de végétation
segmentée

La télédétection: les vocations essentielles
 Suivi des constructions
 Suivi des végétations
 Analyse des zones non accessibles
 Détection d’incendies forestiers
 Segmentation des structures urbaines: rues, ponts, etc.
 Prévisions météorologiques

Restauration et retouches d’images
 Retouches d’images d’identité
 Restauration de documents historiques (pour l’OCR:
Optical Carcter Recognition)
 Restauration d’anciens clichés
 Correction du floue dans les images
 Correction de certains défauts
 Adaptation de certaines images à des contextes
différents

Restauration et retouches d’images
Exemples

Recherche d’images par le contenu (CBIR)
Exemples
 La recherche d’image par le contenu a pris la place
des annotations textuelles des images et l’utilisation
de texte pour la recherche d’image.
 Le CBIR ( Content Based Image Retrieval) est basé
sur une recherche de similarité entre une image
requête et une autre contenue dans une large base.
 Les similarités concernent les attributs possibles
pertinents de l’image.

 Les similarités peuvent être locales ou globales.
 Etant donné le caractère en ligne de cette application,
une recherche doit assurer l’adéquation entre rapidité
et précision.
 Des approches sont alors développées pour répondre à
ce besoin, comme le Quadtree.
 Le quadtree partage l’image à des fenêtres pour
épargner des recherches de détails inutiles si la
similarité n’est pas observée à une échelle globale.

Architecture de CBIR

Principe du Quad-tree

Réalité virtuelle / Réalité augmentée
 C’est un domaine d’application du traitement d’image
en temps réel qui consiste à superposer un modèle
virtuel sur une image réelle en 2D ou en 3D.
 En visualisant par exemple une scène réelle, on
intègre dans cette scène un logo ou une image,
donnant l’apparence qu’elle fait partie de la scène,
sans qu’elle le soit réellement.
 La finalité derrière cette technique est de faire la
publicité, ou assister les personnes à déficience,etc.

Principe

Exemples

Illustration de la réalité augmentée
https://www.youtube.com/watch?v=x2IVw7skOAY
Application en pédagogie
https://www.youtube.com/watch?v=7G3H3ImCWlE
Application artistique
https://sympa-sympa.com/video/ce-couple-danse-de-facon-to
talement-inedite-tout-simplement-hallucinant--107360/

Conclusion
 La vision est le premier processus de perception
humaine.
 Le traitement d’image vise à faire le mimique du
processus de vision humaine.
 Les applications du traitement d’image sont
diverses et ont envahi tout les domaines
d’application.
 Dans le prochain chapitre, nous détaillons les
fonctions essentielles du traitement d’image

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