Brevet FR2827109A1 — publié le 20030110

premier appareil de communication. P ROCEDE D' IDENTIFICATION DES OMBRES DAN S UNE IMAGE ET IMAGE OBTENUE GRACE A C32 PROCEDE L'invention concerne le domaine technique du traitement d'images numériques ou numérisées. Elle concerne plus particulièrement un procédé permettant d'identifer les zones d'ombres dans une image. Dans le domaine de l'interprétation numérique d'images associant la présence d'ombres et de lumières, on distingue deux axes de développement. Le premier concerne la détection, et plus particulièrement l'identification d'objet dans une image en dépit de la présence d'ombres. Le deuxième cherche, plus particulièrement, à identifier et à interpréter les zones d'ombres d'une image, indépendamment des objets. Le premier axe de développement s'appuie sur l'hypothèse qu'un objet est reconnaissable par sa couleur, indépendamment du fait que cet objet soit ombragé ou non. Les méthodes développées sur la base de cette appréciation visuelle ne donnent pas toujours satisfaction, en particulier quand les contrastes d'éclairage de l'image sont 1 5 importants. Le deuxième axe de développement est plus en ligne avec l'objectif de l'invention qui consiste à identifier les ombres dans une image. À Une approche connue consiste à identifier dans une image, les limites d'un objet bordé d'une zone obscure contrastant avec la couleur dudit objet. Cette méthode permet - 20 cependant d'identifier uniquement une partie des zones d'ombres, en l'occurrence les ombres dites portées ou relatives, qui sont des projections d'ombres sur la surface d'un corps. D'une manière générale, on distingue une ombre portée ou relative, évoquée précédemment, d'une ombre propre, cette dernière correspondant à l'ombre d'un corps projetée dans l'espace et visible pour un observateur sur ce même corps. La distinction peut être illustrée par l'ombre d'une personne faisant face à l'aurore, qui projette une - ombre portée ou relative derrière son dos, par exemple sur la surface du sol, mais o le dos lui même, constitue aussi une zone dite d'ombre propre. Une autre approche connue est basée sur les caractéristiques spectrales et structurelles des ombres, c'est à dire leurs couleurs et leurs formes. Cette approche permet d'identifier indifféremment les ombres portées et les ombres propres. Elle consiste en une segmentation numérique de l'image en éléments finis de couleur, à partir duquel est effectuée une analyse du rayonnement émis par les obj ets de l' image. L'un des inconvénients de cette technique est le fait qu'elle soit basée sur les caractéristiques structurales des ombres, et qu'elle nécessite une segmentation numérique de l'image. Ceci se traduit notamment, par un traitement d'image long, complexe, qui nécessite des moyens de calcul perfectionnés et qui ne donne pas toujours des résultats satisfaisants. Il existe ainsi, un besoin d'améliorer la qualité des traitements numériques permettant d' identifier les ombres dans une image, et ceci à l ' aide de procédés simpl es et rapides. L'objet de l'inventon vise donc à proposer un procédé ne présentant pas les inconvénients précités, permettant l'identification des ombres dans une image, et pouvant étre mis e en oeuvre facilement par des moyens de traitem ents numériques s imp l es et rapides. lO L'invention consiste en un procédé d'identification des ombres dans une image constituée par un ensemble de points repérables dans le plan de ladite image, chaque point de l'image étant associé à une couleur et à une luminance, la couleur étant défnie par des composantes chromatiques repérables dans l'espace couleur du système d'acquisition, la luminance étant déterminable à partir desdites composantes chromatiques, caractérisé en ce lS que, pour chaque point de l'image, - la luminance est déterminée, - une normalisation de la couleur est effectuée, conduisant à des composantes À chromatiques normalisées r, g, b, - une luminance chromatique est déterminée à partir des composantes chromatiques normalisées r, g, b, et. - - la luminance chromatique est comparée avec la luminance de manière à identifier la présence d'une ombre sur le point de l'image considéré. L'invention porte aussi sur les images réalisées grâce à un traitement numérique entre une image de départ et une cartographie ou un masque de cette image de départ, la cartographie ou le masque ayant été obtenu par le procédé présenté précédemment. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous qui font parfois rétérence aux dessins annexés illustrant, à titre d'exemples non limitatifs, les méthodes numériques utilisées. La Figure l est une représentation graphique dans l'espace, de la couleur d'un point en fonction de ces composantes chromatiques, dans un repère de l'espace couleur du système d' acquisition constitué par trois axes correspondant aux couleurs primaires, la couleur d'un point étant représentée par un vecteur. La Figure 2 illustre les différentes étapes du procédé de l'invention. i La Figure 3 est une représ entation graphique dans un repère d' un es pace cou leu r standardisé XYZ, d'un triangle communément appelé triangle chromatique ou des couleurs ". La Figure 4 est un diagramme chromatique représentant le plan chromatique sur lequel sont projettés les vecteurs couleurs lors de l'étape de normalisation. La Figure 5 représente une photographie numérique pouvant être utilisée comme image de départ du procédé de l' invention. La Figure 6 représente un exemple de masque des zones non ombragées de la photographie numérique de la Figure 5, obtenu par le procédé de l'invention. L'identification des ombres dont il est question peut, d'une manière générale, s' entendre comme étant une reconnaissance de la présence ou non d'une ombre sur chaque point de l'image. Cette reconnaissance peut s'accompagner par un codage point par point de l'image, informant sur la présence ou non d'une ombre. Ce codage est utile pour réaliser une cartographie des ombres de l' image, ainsi que pour réaliser un masque des zones ombragées ou des zones non ombragées. L'image à partir de laquelle est réalisée l'identification des ombres peut être une photographie numérique, ou une image numérisée à partir d'une photographie. La scène photographiée comprend, de prétérence, des corps colorés et éclairés par une source de lumière directe, ainsi qu'une source de lumière ambiante, les deux sources de lumière ayant la même composition spectrale. Les scènes photographiées en plein j our, pendant une journée ensoleillée remplissent généralement ces critères. L' image de l' invention est constituée par un ensemb le de points qui peuvent être définis par la résolution du système d'acquisition utilisé, ce dernier pouvant être, par exemple, un appareil photographique ou un scanner. Le plus souvent les points de l' image correspondent aux pixels définis par l' image numérique ou l 'image numérisée. Les points de l' image peuvent aussi correspondre à des groupes de pixels représentant l'image avec une résolution plus faible, ce qui perrnet un traitement numérique plus rapide. Dans un tel cas, il peut être utile d'effectuer un traitement - - numérique préalable afin de.déterminer la couleur moyenne de chacun de ces points. Selon un autre aspect, ces points peuvent correspondre à des éléments fmis de l'image, par exemple suite à la segmentation de celle ci en zones de couleurs. Les points de l'image doivent aussi être repérables dans le plan de celleci, ce qui permet d'effectuer une indexation pour le traitement numérique ultérieur. Le plus souvent, ces points sont repérables grâce à leurs coordonnées dans un repère constitué par deux axes parallèles au plan de l'image, et de préférence orthogonaux. Selon l'invention, à chaque point d'une image est associée une couleur définie par des composantes chromatiques R. G. B repérables dans l'espace couleur RGB du système d' acquisition. Les composantes chromatiques R. G. B d'une couleur correspondent généralement au poids relatif de chacune des trois couleurs primaires qui composent ladite couleur. Comme cela est illustré à la fig. 1, la couleur d'un point peut étre représentée par un vecteur, ayant pour point d' application l'origine de trois axes correspondant aux couleurs primaires, et pour extrémité, un point rep éré p ar les compos antes chrom atiqu es R. G. B de ladite couleur sur ces trois axes. I1 existe plusieurs types d'espace couleur RGB qui varient en fonction du système d' acquisition utilisé. Ils se différencient les uns des autres par les longueurs d'ondes de leurs couleurs primaires associées ainsi que par le blanc de référence. Ces espaces couleur sont aussi appelés " espaces couleur physique ". Des normes ont été définies, telle que celle de la CIE, Commission International de l'Eclairage, pour laquelle les couleurs primaires ont des longueurs d'ondes de 700 nm, 546,1 nm et 435,8 nm. S elon l' invention, à chaque point d'une irnage est associée une luminance À déterminable à partir des composantes chromatiques R. G. B de la couleur dudit point. Comme cela est représenté à la Figure 2, le procédé de l' invention comprend au moins cinq étapes qui sont mises en oeuvres à partir d'une image de départ 1, telle que définie précédemment. Selon une première étape I du procédé de l' invention, la luminance 2 est déterminée pour chaque point de l'image 1. Généralement, la luminance d'un point est déterminée par une composante Y dans 2 5 un rep ère d ' un esp ace couleur XYZ, la couleur dudit point ayant des compo s antes X, Y. Z dans ce repère. La luminance d'un point peut être déterminée grâce à une combinaison linéaire des composantes chromatiques R. G. B de la couleur dudit point. L'espace couleur XYZ dont 1 est question est. de préférence, défini indépendamment des caractéristiques matérielles liées aux contraintes physiques du système d'acquisition. Cet espace couleur XYZ peut étre, en particulier, un espace couleur standardisé, par exemple, défini selon la norme de la CIE, ou d'autres connues sous l'appellation " Recommandation 601 ", " Recommandation 709 "... Selon une deuxième étape II du procédé de l' invention, une normalis ation de la couleur est effectuée pour chaque point de l' image, conduisant ainsi à des composantes chromatiques normalisées x, y, z Cette étape de normalisation de la couleur peut conduire à une image normalisée 3. De préférence, la normalisation de la couleur comprend les étapes suivantes: - des composantes X, Y. Z de la couleur sont déterrninées dans un repère tridimensionnel d'un espace couleur standardisé XYZ, - des composantes x, y, z de la couleur normalisée dans le repère tridimensionnel de l'espace couleur standardisé XYZ sont calculées en divisant respectivement les composantes X, Y. Z. calculées précédemment, par la somme de ces demières, et - des composantes chromatiques r, g, b de la couleur normalisée dans l'espace couleur chromatique RGB sont déterminées à partir des composantes x, y, z de la couleur normalisée calculées précédemment. Le repère tridimensionnel de l'espace couleur standardisé XYZ dans lequel est effectuée la normalisation de la couleur peut être défini par une matrice de transfert permettant de passer de l'espace couleur RGB à l'espace couleur standardisé XYZ, ainsi que par une matrice permettant un transtert dans l'autre sens. L'espace couleur standardisé XYZ est généralement défini selon une norme donnée, telles que, par exemple, celle de la À CIE, ou d'autres connues sous l'appellation " Recommandation 601 ", " Recommandation 709 " Dans le cas de la norme de la C1E, les matrices de transfert d'un espace couleur physique RGB à un espace couleur standardisé XYZ, dans un sens comme dans l'autre, peuvent s'exprimer comme suit: X 0,49 0,31 0,2 R Y = 0,1769 0,8124 Q01063 * G Z O O,O 1 0,99 B. R 2,3647 - 0,896 - 0,468 X G = - 0,5151 1,426 0,0887 * Y B 0,005 - 0,0144 1,009 Z Le repère tridimensionnel de l'espace couleur standardisé XYZ peut étre orthogonal, c' est à dire que les trois axes repérant les composantes X Y. Z sont orthogonaux. Le repère tridimensionnel de l'espace couleur standardisé peut généralement permettre de définir des couleurs de manière indépendante des caractéristiques matérielles du système d'acquisition utilisé. Selon la deuxième étape de la normalisation de la couleur, les composantes x, y, z de la couleur normalisée dans le repère tridimensionnel de l'espace couleur standardisé XYZ peuvent étre calculées en divisant respectivement les composantes X, Y. Z. calculées lors de la première étape de normalisation, par la somme de ces dernières. Les couleurs normalisées ayant des composantes x, y, z peuvent être représentées graphiquement dans un plan, dit plan chromatique, défini par l'équation x+y+z=l. Dans ce même plan chromatique, il est possible de représenter graphiquement la projection du triangle chromatique, défini ci-après, correspondant au système d' acquisition. Ce triangle chromatique, connu aussi sous le nom de " Gammut des couleurs ", possède des sommets lO par lesquels passent les axes d'un repère de l'espace couleur physique RGB. Le Gammut des couleurs permet de définir l'ensemble des couleurs réalisables par processus additif des couleurs primaires du système d'acquisition. Comme cela est illustré à la Figure 3, le triangle chromatique est décrit par trois points qui correspondent aux longueurs d'ondes des couleurs primaires de l'espace couleur lS RGB du système d'acquisition. Selon la troisième étape de la normalisation, des composantes chromatiques r, g, b de la couleur normalisée dans l'espace couleur chromatique RGB peuvent être déterminées à À partir des composantes x, y, z de la couleur normalisée calculées lors de la deuxième étape de la normalisation. Les nouvelles composantes chromatiques r, g, b dans l'espace couleur physique RGB peuvent étre ainsi calculées à partir des composantes normalisées x, y, z grâce à une matrice de transfert de l'espace couleur standardisé XYZ à l'espace couleur physique RGB. La normalisation peut être représentée par une projection des vecteurs couleurs dans le plan chromatique. Comme cela est illustré à la Figure 4, la couleur normalisée peut étre représentée dans les limites de la projection du triangle chromatique dans le plan chromatique par les composantes normalisées x et y. Selon une troisième étape III du procédé de l' invention, une luminance chromatique 4 d'un point est déterminée à partir des composantes chromatiques normalisées r, g, b. Selon un mode préférentiel, la luminance chromatique 4 d'un point est. de préférence, déterminée à partir des composantes chromatiques r, g, b de la couleur normalisée dudit point, suivant un processus similaire à la détermination de la luminance. Selon une quatrième étape IV du procédé de l'invention la luminance chromatique est comparée avec la luminance de manière à identifier la présence d'une ombre sur le point de l'image considéré. La comparaison entre la luminance chromatique et la luminance peut être réalisée à partir des valeurs de ces paramètres calculées aux étapes précédentes ou des valeurs modifiées de ces paramètres grâce à des traitements numériques appropriés. D'une manière généraie, la présence d'une ombre sur le point de l'image considéré est identifiée si la valeur modifiée ou non de la luminance chromatique est supérieure à la luminance. De prétérence, la présence d'une ombre sur le point de l' image considéré est identifiée, si la luminance chromatique est supérieure à la luminance. Ceci permet la représentation des ombres sous la forme d'une cartographie ou d'un masque des zones ombragées ou non ombragées. Le traitement d'image selon le procédé de l'invention peut permettre, à partir d'une photographie numérique en couleur telle que celle représentée (en noir et blanc) à la Figure , d'identifier les ombres et de faire une représentation sous forme de masque des zones non ombragées, telle que celle de la Figure 6, o seules les zones d'ombres apparaissent en clair. A partir de l'image de départ représentée à la Figure 5 et du masque qui lui est associé, représenté à la Figure 6, il est possible de réaliser d'autres images par traitement numérique, par exemple en éliminant ou en atténnant certaines ombres sur l'image de départ. RENrENDICATIONS l Procédé d' identification des ombres dans une image constituée par un ensemble de points repérables dans le plan de ladite image, chaque point de l'image étant associé à une couleur et à une luminance, la couleur étant définie par des composantes chromatiques repérables dans l'espace couleur du système d'acquisition, la luminance étant déterminable à partir desdites composantes chromatiques, caractérisé en ce que, pour chaque point de l'image, I) la luminance est déterminée, II) une normalisation de la couleur est effectuée, conduisant à des composantes chromatiques normalisées r, g, b, III) une luminance chromatique est déterminée à partir des composantes chromatiques normalisées r, g, b, et IV) la luminance chromatique est comparée avec la luminance, de manière à identifier la présence d'une ombre sur le point de l'image considéré. l 5 2 - Procedé selon la revendication l, caractérisé en ce que la luminance est déterminée par une composante Y dans un repère d'un espace couleur XYZ, la couleur dudit point ayant des composantes X Y. Z dans ce repère. À 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'espace couleur XYZ est défini indépendamment des caractéristiques matérielles liées aux contraintes physiques du système d'acquisition. 4 - Procèdé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'espace couleurXYZestunespace couleurstandardisé. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'espace couleur standardisé est défini selon la norme de la Commission Internationale de l'Eclairage. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé en ce que, la normalisation de la couleur, pour chaque point de l'image, comprend les étapes suivantes: - des composantes X, Y. Z de la couleur sont déterminées dans un repère tridimensionnel d'un espace couleur standardisé XYZ, - des composantes x, y, z de la couleur normalisée dans le repère tridimensionnel de l'espace couleur standardisé XYZ sont calculées en divisant respectivement les composantes X, Y. Z. calculées précédemment, par la somme de ces dernières, et - des composantes chromatiques r, g, b de la couleur normalisée dans l'espace couleur chromatique RGB sont déterrninées à partir des composantes x, y, z de la couleur normalisée calculées précédemment. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la luminance chromatique d'un point est déterminée à partir des composantes chromatiques de la couleur normalisée r, g, b, suivant un processus similaire à la détermination de la luminance. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la présence d'une ombre sur le point de l'image considéré est identifiée si la luminance chromatique est supérieure à la luminance. 9 - Procédé selon l'une quelcouque des revendications l à 8, caractérisé en ce que l'identification de la présence d'ombre pour chaque point de l'image permet de réaliser une cartographie de l'ombre dans l'image. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'identification de la présence d'ombre pour chaque point de l'image permet de réaliser un masque des zones ombragées ou des zones non ombragées dans l'image. 1 l - Image réalisée grâce à un traitement numérique entre une image de départ et une cartographie ou un masque de cette image de départ, la cartographie ou le masque