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7/29/2019 Formation Image
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Vision par ordinateur:
Formation dimage et Photographie
Sebastien Roy
Jean-Philippe Tardif
Marc-Antoine DrouinDepartement dInformatique et de recherche operationnelle
Universite de Montreal
Hiver 2007
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Au programme
1 Optique
2 Capteurs CCD/CMOS
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Formation de limage
Dou provient limage ?
Systeme optique Parametres associes a la camera(lentille, distance focale, angle de vue, ...)
Photometrie Parametres associes a la lumiere
(illumination, reflectance des surfaces, sensibilitedu senseur)
Geometrie Parametres de la relation entre le monde etlimage(type de projection, position et orientation de lacamera, distorsion, ...)Voir lecon : Modeles de camera
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Introduction
Excellente reference : http://www.vanwalree.com/
Lentille de Gauss :
http://www.vanwalree.com/http://www.vanwalree.com/http://find/ -
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Defauts dimage
Aberrations de Siedel Aberrations spheriquesComaAstigmatismeCourbure du plan focalDistorsion
Couleur Aberrations chromatiques
Autres effets Vignettage
Reflets (Flare)DiffractionProfondeur de champs
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Distorsion
Distorsion qui rend courbes les lignes droites
Di i
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Distorsion
Distorsion dimage Distorsion perspective
La distorsion perspective depend du point de vue seulement et dela profondeur des objets
Vi
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Vignettage
Definition
Diminution graduelle de lintensite lumineuse vers les bords delimage
Causes : naturelles ou mecaniques
Vi i
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Vignettage mecanique
La lentille cause une obstruction
Vi tt i
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Vignettage mecanique
Lorsquon est sur le bord de limage, la profondeur de la lentille
affecte la lumiere qui passe.
Vi tt i
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Vignettage mecanique
Vignettage naturel
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Vignettage naturel
Cest la loi du cos4 :
cos2(b) : La loi de linverse du carre de la distance
cos(b) : La pupille devient elliptique lorsque vue de cote
cos(b) : La lumiere frappe limage a angle b (de cote)
Reflets
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Reflets
Les reflets sont causes par de lumiere indesirables :
Reflets
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Reflets
Profondeur de champs
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Profondeur de champs
DefinitionIntervalle de profondeur sur lequel les objets sont projetes surlimage avec une nettete suffisante.
Directement relie a la nettete de limage :
Formation de limage numerique
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Formation de l image numerique
Pour une image numerique :
Proprietes physiques du senseur
Nature discrete des recepteurs
Quantification et courbe de reponse de lintensite
Radiometrie
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Radiometrie
Irradiance dune image (Eclairement energetique) Puissancetotale de la lumiere captee (par unite desurface) a un chaque point p dune
image
Radiance dune scene Puissance (par unite de surface) de lalumiere emise par un point P dunesurface dans la direction d
Reflectance
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Reflectance
Reflectance dune surface
Un modele de reflectance determine comment la lumiere reflete sur
une surface
Par exemple :
Modele Lambertien Une surface est lambertienne si la lumiererefletee est independante de la direction d de
lobservateur
L = In
albedo
I direction de lillumination
n normale de la surface
Si lon change de point de vue vers une surface plus inclinee :Lobservateur voit une plus grande partie de surfaceLa surface reflete moins de lumiere a cause de langle de vue
Les deux effets sannulent : invariance au point de vue
Capteur CCD (Charged Coupled Device)
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Capteur CCD (Charged Coupled Device)
CCD
Cellule photo rendue plus sensible grace a une charge electrique
Fig.: Source :http ://www.ccd.com/ccd107.html.
Tous les lignes sont transferes parallelement vers un registre
Le signal est digitalise dans louput node
CMOS (complementary metal oxide semiconductor)
Une technologie concourante, avec differentes forces/faiblesses. A
ce jour, lune des deux technologie ne se demarque pas clairement.
Capturer la lumiere
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Capturer la lumiere
Photon
Particule elementaire de lumiere possedant une longueur donde et
une energieAbsorbee par le substrat de silicium, lenergie acquise libere unou plusieurs electrons
La profondeur a laquelle un photon est absorbe depend de sa
longueur donde (voir image)
Fig.: Source :http ://www.kodak.com/go/ccd.
Zone Critique et Efficacite Quantique
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Zone Critique et Efficacite Quantique
Zone Critique
Zone dans laquelle les electrons doivent etre generes afin de
pouvoir etre comptesPas tous les photons qui sont transformes en electron
Efficacite quantique
Le taux de conversion : depend de la longueur donde
Fig.: Source :http ://www.kodak.com/go/ccd.
Blooming
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Blooming
Definition
Les electrons debordent des puits et se deversent dans les autrespuits
Cree des artefacts importants
Fig.: Source :http ://www.kodak.com/go/ccd.
Anti-Blooming
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g
Des portes controlent le debordement
Un drain permet devacuer les electrons
Reduit la taille de chaque pixel jusqua 30%
Fig.: Source :http ://www.kodak.com/go/ccd.
Traitement de la couleur
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Matrice Bayer
Utilisation de filtres :
Rouge, Vert et Bleu (modele additif)Cyan, Magenta et Jaune (modele soustractif)
Chaque pixel a un filtre un canal par pixel
Interpolation des valeurs manquantes
Systeme peu dispendieux et tres repandu, meme danscertaines cameras haute gamme
Fig.: Source :http ://www.kodak.com/go/imagers.
Bruit
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Bruit dans limage
Phenomene tres importantAffecte tous les algorithmes de visionComment sen sortir ? pixel = variable aleatoire !
Probleme de contamination du signal par :LhorlogeLamplificateur du signal (output Node)Circuits electroniques prochesInvariable par rapport a la taille des pixels
Effet : Meme irradiance ne donne pas la meme mesure dintensite
Estimation du bruit ?
Une facon : Prendre de nombreuses images de la meme scene, puiscalculer la variance de chaque pixel.
Digitalisation dun pixel
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g p
Le niveau zero electronLorsque lon mesure le nombre delectrons collectes, il fautcomparer a un point de referenceBruit thermique ajoute a la reference
Correlated Double Sampling (CDS) :Lecture de la referenceLecture du signal recuSoustraction pour obtenir le signal final
Fig.: Source :http ://www.ccd.com/ccd107.html.
Dark Count
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Le CCD genere des electrons en fonctionnant
Proportionnelle a la temperature
Lineaire avec le temps dexpositionPhotographies prises dans un endroit tres sombre avec un longtemps dexposition sont plus bruitees
Fig.: Source :http ://www.ccd.com/ccd109.html.
Reponse non-uniforme du capteur
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Impossible de construire un capteur dont tous les pixels sontidentiques
Chaque pixel a une efficacite quantique differentePhoto dune lumiere uniforme (flat-field) un damier
Effet des lentilles (impuretes, reflets, etc. )
Resolution
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Frequences dans limage :
Il y a une limite aux frequences quon peut representer dans
une imageLimite de diffraction et limite de resolution : Theoremedechantillonnage
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FIN
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