Brevet FR2880453A1 — publié le 20060707

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE MOSAÏQUE D'IMAGES 1. Domaine de l'invention 5 L'invention concerne un procédé et un dispositif de traitement de mosaïques d'images visant à améliorer le rendu visuel de ces mosaïques. 2. Etat de l'art La composition d'images source pour créer une image plus grande, appelée mosaïque d'images, est une technique bien connue du traitement d'images. Cette technique est notamment utilisée dans le domaine de la photographie spatiale ou aérienne. Elle est également utilisée dans le domaine du multimedia (par exemple pour la création de panoramiques) ou bien encore dans le domaine de la projection vidéo sur grand écran à partir de plusieurs projecteurs. Dans ce dernier exemple, la taille des images source est adaptée à la capacité de projection des projecteurs. Ces petites images sont donc combinées afin d'afficher sur l'écran une image de grande taille. L'utilisation de plusieurs petits projecteurs permet notamment de diminuer le coût du matériel. Selon l'état de l'art, les techniques utilisées pour créer ces mosaïques d'images comprennent une première étape optionnelle de pré- distorsion des images source. Cette étape a pour objectif de ramener toutes les images source dans un même espace géométrique. La seconde étape du processus de création de la mosaïque consiste à mélanger des parties d'images qui se recouvrent. Pour créer des mosaïques on peut également utiliser des techniques de juxtaposition sans recouvrement mais elles ne concernent pas la présente invention. La figure 1 représente quatre images source /l, /2, /3, et 14. Chaque image est la somme de deux composantes, à savoir un signal image source S et un bruit source ns. On crée à partir de ces images une mosaïque représentée sur la figure 2. Cette figure met en évidence différentes zones. La première zone est la zone de recouvrement centrale dans laquelle les quatre images source se recouvrent. Les zones 21, 22, 23, et 24 correspondent à des zones où deux images se recouvrent. Ainsi, la zone 21 correspond à la zone de recouvrement des images 1, et l2. La zone 22 correspond à la zone de recouvrement des images 12 et 14. La zone 23 correspond à la zone de recouvrement des images 13 et /4. Enfin, la zone 24 correspond à la zone de recouvrement des images 1, et 13. Les zones 25, 26, 27, et 28 correspondent à des parties des images sources non recouvertes. Dans les zones de recouvrement, la technique la plus simple pour mélanger les images source consiste, lorsqu'on a deux images à mélanger (zones 21, 22, 23 et 24), à faire la demi-somme des deux images source dans la zone de recouvrement. De la même manière, lorsqu'on a quatre images à mélanger (zone 20), la technique la plus simple consiste à faire la moyenne arithmétique des quatre images source dans la zone de recouvrement. D'une manière générale, lors du mélange d'images sources dans les zones de recouvrement 20, 21, 22, 23, et 24, deux aspects sont à considérer: le signal image source S et le bruit source ns. Ainsi, le niveau de gris associé à un pixel de coordonnées x et y dans l'image I, est: I,(x,y,c)=S,(x,y,c)+n, (x,y,c) , où c est la composante colorée que l'on considère (i.e. bleu, vert, ou rouge). Dans la zone de recouvrement 21, l'image moyennée résultante I,,, est la demi-somme de I, et I2 d'où : 1 (x, y, c) +1 2 (x, y, c) I. (x y, C) =Sin (x, y, C) + nm (x, y, c) où S,,,(x, y, c) est le signal image moyenné associé au pixel de coordonnées (x, y) pour la composante colorée c, et où n,,, (x, y, c) est le bruit moyenné associé au pixel de coordonnées (x, y) pour la composante colorée c. Avec cette technique, on réalise correctement la moyenne des signaux image SI et S2, i.e. S x S, (x, y, c) + S2 (x, y, c) (, y>c) = 2 Si les images sont indépendantes et si donc les bruits sont décorrélés, la somme des bruits est quadratique. Ceci implique que l'amplitude du bruit sommé n'est plus correcte car elle est divisée par un facteur qui vaut si nsI = ns, i.e. n,,,(x,y,c De la même manière, si l'on considère la zone 20 dans laquelle quatre images I, , I2, 13, et 14 se recouvrent, l'image moyennée résultante I,,, est égale à : In,(x, y, c) = Sm(x,.y,c)+ n,n(x, y, c) _ I,(x,y,c)+'2(x,y,c)+13(x,y,c)+14(x,y,c) 4 Dans ce cas également, on réalise correctement la moyenne des signaux 10 image SI, S2, S3, et S4. Cependant, l'amplitude du bruit n'est également pas correcte car elle est divisée par un facteur qui vaut 2 si ns = n,. = n,. = n,. S. I 3 L'amplitude du bruit étant atténuée sur les zones de recouvrement, il en résulte donc un aspect lissé sur ces zones (20, 21, 22, 23, 14), ce qui les rend visibles si les images source ne sont pas parfaites et totalement dépourvues de bruit. Ce phénomène d'atténuation est encore plus perceptible par l'oeil humain dans les zones d'image uniformes où le bruit devient alors une composante prépondérante de l'information affichée, ainsi qu'en vidéo du fait de la composante temporelle du bruit. Le phénomène est encore accentué lorsque quatre images source se superposent (zone 20). L'amplitude du bruit est alors divisée par 2, ce qui rend la différence avec les images source encore plus visible. Ainsi, le problème essentiel induit par le mélange des images source dans les zones de recouvrement est que le rendu de la mosaïque n'est pas homogène 25 puisque le facteur d'atténuation du bruit dépend de la zone considérée. 3. Résumé de l'invention L'invention a pour but de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus 30 particulièrement, la présente invention a comme objectif d'améliorer le rendu de la mosaïque d'images en l'uniformisant. A cet effet, l'invention propose un procédé de traitement d'une mosaïque d'images source bruitées présentant des zones de recouvrement où au moins deux des images source se superposent. Selon l'invention, le procédé comprend une étape de génération d'un bruit aléatoire dans les zones de recouvrement pour compenser au moins partiellement l'écart de bruit entre les zones de recouvrement et les zones où les images source ne se superposent pas, appelées zones de non recouvrement. Selon une caractéristique de l'invention, dans les zones de recouvrement, les images source sont mélangées en réalisant une somme pondérée entre les 10 images source à mélanger. Selon une caractéristique particulière, la fonction de pondération employée pour une zone de recouvrement varie linéairement dans la zone de recouvrement de manière à diminuer la proportion d'une des images mélangées lorsqu'on s'éloigne spatialement de celle-ci. Avantageusement, le bruit aléatoire généré est un bruit dont les paramètres statistiques sont estimés à partir de paramètres du bruit dans les zones de non recouvrement et de paramètres du bruit dans les zones de recouvrement. Selon une caractéristique particulière, l'un des paramètres estimé est l'écart type du bruit. Préférentiellement, les paramètres du bruit dans les zones de non recouvrement sont estimés localement sur des zones uniformes des images source. L'invention concerne également un dispositif de traitement d'une mosaïque d'images source bruitées présentant des zones de recouvrement où au moins deux des images source se superposent. Selon l'invention, le dispositif comprend des moyens pour générer la mosaïque et comprend en outre: - des moyens pour estimer des paramètres statistiques d'un bruit aléatoire dans les zones de recouvrement et dans les zones où les images source ne se superposent pas, appelées zones de non recouvrement, et des moyens pour générer un bruit aléatoire dans les zones de recouvrement à partir de paramètres statistiques. 4. Liste des figures L'invention sera mieux comprise et illustrée au moyen d'exemples de modes de réalisation et de mise en oeuvre avantageux, nullement limitatifs, en référence aux figures annexées dans lesquelles: la figure 1, déjà décrite, représente quatre images source utilisées pour créer la mosaïque de la figure 2 selon l'état de l'art; la figure 2, déjà décrite, représente la mosaïque créée selon l'état de l'art à partir des quatre images sources de la figure 1 et identifie des zones de recouvrement et des zones de non recouvrement; la figure 3 illustre un procédé de traitement d'image selon l'invention, visant à améliorer le rendu visuel des mosaïques; la figure 4 représente une fonction de pondération utilisée lors du mélange de deux images dans une zone de recouvrement; et la figure 5, illustre un dispositif de traitement d'image selon l'invention, visant à améliorer le rendu visuel des mosaïques. 20 5. Description détaillée de l'invention Afin d'uniformiser le rendu visuel des mosaïques d'images, l'invention consiste à générer un bruit de correction là où le bruit source ns est atténué, c'est à dire dans les zones de recouvrement. Le bruit généré est fonction de l'atténuation du bruit source causée par le mélange des images sources dans ces zones ainsi que des caractéristiques du bruit source. A cet effet, l'invention consiste, après avoir créé une mosaïque initiale lors d'une première étape, à analyser, lors d'une seconde étape, le bruit source ns présent dans les images sources afin d'en estimer des paramètres caractéristiques, par exemple l'écart type. Dans une troisième étape, on estime les mêmes paramètres caractéristiques du bruit moyenné n, ,, présent dans les zones de recouvrement. Dans une quatrième étape, les paramètres estimés précédemment sont utilisés afin d'estimer des paramètres caractéristiques d'un bruit de correction. Dans une cinquième étape, ces paramètres estimés sont utilisés pour générer un bruit de correction là où le bruit source est atténué, i.e. dans les zones de recouvrement. Enfin, lors de la dernière étape le bruit de correction est ajouté à la mosaïque initiale dans les zones de recouvrement afin d'homogénéiser les caractéristiques spatiales de la mosaïque finale et réduire les écarts de perception entre les zones de non recouvrement correspondant aux images sources et les différentes zones de recouvrement correspondant aux images moyennées. Le procédé selon l'invention est illustré par la figure 3. Le procédé comporte 6 étapes référencées 31 à 36 dans la figure 3. Sur cette figure, les modules représentés sont des unités fonctionnelles, qui peuvent ou non correspondre à des unités physiquement distinguables. Par exemple, ces modules ou certains d'entre eux peuvent être regroupés dans un unique composant, ou constituer des fonctionnalités d'un même logiciel. A contrario, certains modules peuvent éventuellement être composés d'entités physiques séparées. Selon l'invention la première étape 31 consiste à créer une mosaïque, appelée mosaïque initiale, à partir des images source 30. Lors de cette étape on identifie également les zones de recouvrement de la mosaïque. Dans ces zones de recouvrement, le mélange des images source est réalisé par une somme pondérée entre les images à mélanger. On peut, par exemple, diminuer la proportion d'une des images lorsqu'on s'éloigne spatialement de celle-ci. Ainsi, on peut dans la zone de recouvrement 21 avoir une pondération entre les images 1l et 12 qui varie linéairement de gauche à droite, de manière à tenir davantage compte de l'image 1l dans la partie gauche de la zone de recouvrement et de l'image /2 dans la partie droite de la zone de recouvrement. En conséquence, un pixel se trouvant dans la zone de recouvrement 21 a pour valeur: I,,, (x, y, c) = a(x)I, (x, y, c) + (1 a(x))I, (x, y, c), où a(x) est une fonction de pondération telle que celle 40 montrée sur la figure 4. Sur cette figure, Xo et X, sont les valeurs des abscisses des pixels situés sur les frontières de la zone de recouvrement 21. Ainsi, la fonction a(x) prend la valeur 1 si x=Xo, i.e. pour les pixels situés à la frontière gauche de la zone de recouvrement et elle prend la valeur nulle si x=X1, i.e. pour les pixels situés à la frontière droite de la zone de recouvrement. De même, on peut dans la zone de recouvrement 24 avoir une pondération entre les images 1l et 13 qui varie linéairement de haut en bas, de manière à tenir davantage compte de l'image h dans la partie supérieure de la zone de recouvrement et de l'image /3 dans la partie inférieure de la zone de recouvrement. Le même type de fonction que celle décrite précédemment peut être utilisée. Lors de la seconde étape 32, l'analyse du bruit source ns est faite à l'aide d'outils statistiques de traitement d'image. L'approche la plus simple consiste à estimer la moyenne locale de l'image source 30 à l'aide d'un filtre passe-bas. Cette moyenne est ensuite soustraite à l'image source afin d'extraire localement les hautes fréquences. En première approximation, ces hautes fréquences sont assimilées au bruit source ns. A partir de ces hautes fréquences, on estime donc des caractéristiques statistiques locales du bruit source ns. On estime, par exemple, l'écart type as du bruit source pour chacune des trois couleurs de base (vert, bleu, et rouge). Cette estimation de l'écart type est effectuée localement sur des zones uniformes des images source ou encore sur des zones dont on peut estimer le gradient moyen. En effet, pour bien estimer le bruit il faut se placer sur des zones de l'image pour lesquelles on peut s'affranchir du signal utile S afin d'estimer uniquement le bruit. Selon une variante de l'invention, on pourra utiliser des modèles de bruit plus complexes prenant en compte des caractéristiques spatiales et/ou temporelles du bruit source (e.g. modèles d'auto-regression). La troisième étape 33 consiste à estimer le bruit moyenné n,,, d'écart type a,,, résultant du mélange des images source. L'écart type 6,, , est calculé à partir du bruit source estimé d'écart type as, et en tenant compte de la manière dont on a effectué le mélange entre les images dans la zone de recouvrement lors de la création de la mosaïque à l'étape 31 (e.g. somme pondérée). On peut également estimer 6,,, à partir des zones uniformes de la zone de recouvrement de la même manière que l'on a estimé a,, à l'étape 32. La quatrième étape 34 consiste à estimer des paramètres caractéristiques d'un bruit aléatoire de correction n, en prenant en compte les caractéristiques statistiques du bruit source (e.g. 6 s) estimées à l'étape 32 et en prenant en compte les caractéristiques statistiques du bruit moyenné (e.g. 6, ) estimées à l'étape 33. Dans le cas simple où le seul paramètre caractéristique considéré est l'écart type, on estime l'écart type du bruit synthétique n, comme étant l'écart type complémentaire entre l'écart type du bruit moyenné estimé 6 et l'écart type o -f du bruit final. Afin d'homogénéiser le rendu visuel de la mosaïque, il est nécessaire que le bruit final soit égal au bruit source estimé. L'écart type o est donc égal à l'écart type du bruit source estimé cy. En outre, l'image finale résulte de la somme de l'image moyennée et de l'image générée, sachant que l'image générée est une image de bruit de correction n. Cela se traduit au niveau des écarts type par la relation suivante: a 2f =as = 6,,,+ 6. Ainsi, l'écart type a-, du bruit de correction n, à 2..2 générer est o = 6s-6,n. Cette opération doit être effectuée pour chaque 20 couleur. Elle peut être effectuée localement. La cinquième étape 35 consiste à générer le bruit n, d'écart type o sur les zones de recouvrement. La dernière étape 36 consiste à générer la mosaïque finale 37. A cet effet, on ajoute le bruit de correction n d'écart type o à la mosaïque initiale dans les zones de recouvrement afin d'obtenir une mosaïque corrigée d'aspect visuel plus homogène. Dans les zones non recouvertes (25, 26, 27, et 28), la mosaïque finale est égale à la zone de l'image initiale correspondant à la zone considérée. Ainsi, la zone 25 de l'image finale correspond à une partie de l'image l,. Plus précisément, un pixel de coordonnées (x, y) de la mosaïque corrigée prend pour valeur: 11(x,y,c) si le pixel se trouve dans la zone 25; 12(x,y,c) si le pixel se trouve dans la zone 26; 14(x,y,c) si le pixel se trouve dans la zone 27; 13(x,y,c) si le pixel se trouve dans la zone 28; ou !m(x,y,c) + nc(x,y,c) si le pixel se trouve dans l'une quelconque des zones de 10 recouvrement 20 à 24. Un des avantages de cette étape en plus d'uniformiser le rendu visuel de la mosaïque est de diminuer l'aspect lissé sur les zones en recouvrement. L'invention concerne également un dispositif 50 visant à mettre en oeuvre le procédé décrit précédemment. Seuls les éléments essentiels du dispositif sont représentés sur la figure 5. Le dispositif selon l'invention contient notamment une mémoire 52 dans laquelle sont stockées les valeurs estimées des caractéristiques des différents bruits pour la correction de la mosaïque. Le dispositif comprend également une unité de traitement 53 telle qu'un microprocesseur ou similaire comprenant les programmes de traitement, notamment le programme d'estimation des paramètres de bruit. L'unité de traitement comprend également les fonctions de génération de bruit à partir des paramètres estimés et stockés dans la mémoire 52. En outre, le dispositif contient une interface d'entrées/sorties 51 pour recevoir le signal vidéo d'entrée et notamment les images sources servant à construire la mosaïque. L'interface permet également de transmettre le signal vidéo traité, i.e. la mosaïque finale, selon le procédé de l'invention au dispositif d'affichage 54. Revendications 1. Procédé de traitement d'une mosaïque d'images source bruitées (11, 12, 13, 14) présentant des zones de recouvrement (20, 21, 22, 23, 24) où au moins deux desdites images source se superposent, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de génération d'un bruit aléatoire (35) dans les zones de recouvrement pour compenser au moins partiellement l'écart de bruit entre les zones de recouvrement et les zones où les images source ne se superposent pas, appelées zones de non recouvrement. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, dans les zones de recouvrement, les images source sont mélangées en réalisant une somme pondérée entre les images source à mélanger. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la fonction de pondération employée pour une zone de recouvrement varie linéairement dans ladite zone de recouvrement de manière à diminuer la proportion d'une des images mélangées lorsqu'on s'éloigne spatialement de celle-ci. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bruit aléatoire généré est un bruit dont les paramètres statistiques sont estimés à partir de paramètres du bruit dans les zones de non recouvrement et de paramètres du bruit dans les zones de recouvrement. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'un des paramètres estimé est l'écart type du bruit. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les paramètres du bruit dans les zones de non recouvrement sont estimés localement sur des zones uniformes des images source. 7. Dispositif de traitement d'une mosaïque d'images source bruitées (11, 12, 13, 14) présentant des zones de recouvrement (20, 21, 22, 23, 24) où au moins deux desdites images source se superposent, comprenant des moyens pour générer ladite mosaïque (53) caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - des moyens pour estimer des paramètres statistiques d'un bruit aléatoire (52, 53) dans les zones de recouvrement et dans les zones où les images source ne se superposent pas, appelées zones de non recouvrement, et - des moyens pour générer un bruit aléatoire (52, 53) dans les zones de recouvrement à partir de paramètres statistiques. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est utilisé 15 pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 6.