Brevet FR3059453A1 — publié le 20180601

Procédé et dispositif de déconvolution d'images numériques La présente invention concerne un procédé de déconvolution d'images numériques et un dispositif de déconvolution d'images numériques associé. L'invention se situe dans le domaine du traitement d'images, et en particulier de l'amélioration de la qualité des images numériques. Elle s'applique dans tout domaine d'application dans lequel des images numériques présentent des zones de flou, en particulier dues à des imperfections des capteurs de prise de vue des images numériques. En particulier, dans certains cas de figure, comme par exemple dans le cas de l'acquisition d'images numériques par balayage de zones utilisant des matrices monodimensionnelles de capteurs, il existe des zones d'image numérique qui sont à la fois floutées et bruitées. Par exemple, dans le cadre de l'imagerie satellite, il est connu d'utiliser, pour la capture d'images, des barrettes de capteurs élémentaires, qui sont des matrices monodimensionnelles de capteurs élémentaires, qui sont attachées à un aéronef et qui défilent au droit de la zone observée, perpendiculairement à la direction de déplacement de l'aéronef. Ainsi, chaque capteur élémentaire défile au regard du paysage observé, chaque ligne de l'image numérique acquise correspondant à l'acquisition effectuée à un instant donné. L'image numérique obtenue est composée d'une ou plusieurs matrices bidimensionnelles d'échantillons appelés pixels, chaque échantillon ayant une valeur de radiométrie associée, plus généralement appelée valeur d'échantillon. Dans ce mode d'acquisition, chaque colonne d'une matrice d'image numérique obtenue est associée physiquement à un capteur élémentaire, chaque pixel d'une ligne d'image correspondant à une acquisition de signal de ce capteur élémentaire. Une pluralité de telles barrettes de capteurs élémentaires est nécessaire pour l'acquisition d'images satellites, qui ont typiquement des tailles de l'ordre de dizaines de milliers d'échantillons ou pixels par dimension. Dans certains cas d'acquisition, la prise d'images permet d'obtenir des zones d'images acquises partiellement par des capteurs de plusieurs barrettes. Ces zones sont classiquement appelées des zones inter-barrettes, et comportent un niveau de flou et de bruit supérieur au reste de l'image numérique acquise, dans les parties où l'acquisition est effectuée par une seule barrette de capteurs. Afin d'améliorer des zones dites zones de flou, comportant un défaut de netteté, dans des images numériques, il est connu d'appliquer des techniques de déconvolution, par exemple la déconvolution à noyau gaussien. 3059453 2 Cependant, les techniques de déconvolution classiques ne donnent pas de résultat satisfaisant sur des zones comportant à la fois du flou et du bruit, comme dans le cas des zones inter-barrettes des images numériques de télédétection acquises selon la technique d'acquisition brièvement décrite ci-dessus. 5 L'invention a pour objet de proposer un procédé de déconvolution qui remédie aux inconvénients des techniques antérieures, et qui permet d'améliorer la déconvolution de zones d'images présentant à la fois du flou et du bruit. A cet effet, l'invention propose un procédé de déconvolution d'image numérique, une image numérique étant composée d'au moins une matrice d'échantillons d'image 10 ayant une valeur d'échantillon associée. Le procédé comporte les étapes suivantes, appliquées à au moins un bloc d'image traité extrait de l'image numérique : - obtention d'une mesure de netteté pour ledit bloc d'image traité, la mesure de netteté étant fonction d'une estimation d'une distribution statistique des blocs d'images déphasés d'une phase aléatoire par rapport au bloc d'image traité, 15 -détermination d'un ou plusieurs paramètres d'un filtre de déconvolution à appliquer au bloc d'image traité en fonction de la mesure de netteté calculée. Avantageusement, le procédé de déconvolution selon l'invention, le filtre de déconvolution appliqué est adapté localement en fonction d'une mesure de netteté locale. Ainsi, la déconvolution est localement adaptée. 20 Selon un mode de réalisation, la mesure de netteté appliquée est une mesure de netteté qui est robuste au bruit. Le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou selon toutes leurs combinaisons techniquement réalisables. 25 Le procédé comporte en outre une étape d'application du filtre de déconvolution sur le bloc d'image traité. Les valeurs d'échantillons dudit bloc d'image traité forment un signal d'image associé audit bloc d'image traité, et l'étape d'obtention d'une mesure de netteté comprend les sous-étapes de : 30 -calcul d'une transformation de Fourier du signal d'image associé au bloc d'image traité permettant d'obtenir une première représentation transformée dudit signal d'image dans un domaine module-phase, -obtention d'un nombre prédéterminé de deuxièmes représentations transformées de même module et décalées aléatoirement en phase par rapport à ladite première 35 représentation transformée, 3059453 3 -application d'une transformation de Fourier inverse à chacune des deuxièmes représentations transformées, pour obtenir des deuxièmes représentations décalées en phase du signal d'image associé au bloc d'image traité, - calcul de la mesure de netteté en fonction d'une statistique desdites deuxièmes 5 représentations décalées en phase. L'étape d'obtention d'une mesure de netteté comprend en outre : - le calcul d'une première valeur de variation totale entre valeurs d'échantillons d'image adjacents du signal d'image associé au bloc d'image traité, -le calcul d'une deuxième valeur de variation totale entre valeurs d'échantillons 10 d'image adjacents de chaque deuxième représentation décalée en phase du signal d'image associé au bloc d'image traité, -le calcul d'une mesure de netteté en fonction d'une probabilité qu'une deuxième valeur de variation totale soit inférieure ou égale à la première valeur de variation totale. Le procédé comporte une étape de sélection d'un sous-ensemble de blocs 15 d'image traités, et l'étape de détermination d'un ou plusieurs paramètres du filtre de déconvolution est appliquée pour tous les blocs dudit sous-ensemble. Ledit sous-ensemble est formé d'une colonne ou d'une ligne d'échantillons d'image. La détermination d'un ou plusieurs paramètres du filtre de déconvolution en 20 fonction de la mesure de netteté calculée comprend la lecture dans une table de correspondance préalablement mémorisée d'une valeur de paramètre associée à la mesure de netteté calculée. Le procédé comporte un découpage en blocs de l'image numérique, l'étape d'obtention d'une mesure de netteté étant appliquée à chaque bloc du découpage. 25 Le procédé comporte en outre : -une sélection d'une valeur de mesure de netteté de référence à partir des mesures de netteté calculées, et, -pour au moins un bloc d'image traité, le calcul d'une valeur d'écart de netteté entre la mesure de netteté calculée pour ledit bloc d'image traité et la valeur de mesure 30 de netteté de référence, et -la détermination d'un ou plusieurs paramètres de filtre de déconvolution en fonction de la valeur d'écart de netteté calculée. La détermination d'un ou plusieurs paramètres de filtre de déconvolution en fonction de la valeur d'écart de netteté calculée est effectuée par itérations. 35 L'invention concerne, selon un autre aspect, un dispositif de déconvolution d'image numérique, une image numérique étant composée d'au moins une matrice 3059453 4 d'échantillons d'image ayant une valeur d'échantillon associée. Le dispositif comporte des modules adaptés à mettre en oeuvre les traitements suivants, appliquées à au moins un bloc d'image traité extrait de l'image numérique : - obtention d'une mesure de netteté pour ledit bloc d'image traité, la mesure de 5 netteté étant fonction d'une estimation d'une distribution statistique des blocs d'images déphasés d'une phase aléatoire par rapport au bloc d'image traité, -détermination d'un ou plusieurs paramètres du filtre de déconvolution à appliquer au bloc d'image traité en fonction de la mesure de netteté calculée. Les avantages du dispositif de déconvolution d'image numérique sont analogues à 10 ceux du procédé de déconvolution d'image numérique brièvement décrit ci-dessus. Le dispositif de déconvolution d'image numérique comprend en outre un module de filtrage apte à filtrer le signal d'image du bloc d'image traité ledit filtre de déconvolution. Selon un autre aspect, l'invention concerne un programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont mises en oeuvre par un 15 dispositif programmable, mettent en oeuvre un procédé de déconvolution d'images numériques tel que brièvement décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux 20 figures annexées, parmi lesquelles : -la figure 1 illustre schématiquement le principe d'acquisition d'image par des barrettes de capteurs élémentaires dans le cas de l'imagerie satellite ; -la figure 2 est un schéma représentant les blocs fonctionnels d'un dispositif programmable apte à mettre en oeuvre l'invention ; 25 - la figure 3 est une illustration schématique de blocs d'image numérique ; -la figure 4 est un synoptique d'un procédé de déconvolution d'image selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est un synoptique d'un procédé d'obtention de mesure de netteté selon un mode de réalisation de l'invention ; 30 - la figure 6 est un synoptique des étapes mises en oeuvre pour l'obtention d'une valeur de paramètre de filtre de déconvolution selon un premier mode de réalisation ; - la figure 7 est un synoptique d'un procédé de déconvolution d'image selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 8 est un synoptique des étapes mises en oeuvre pour l'obtention d'une 35 valeur de paramètre de filtre de déconvolution selon un deuxième mode de réalisation. 3059453 5 L'invention sera décrite ci-après plus particulièrement dans le domaine de l'acquisition d'image par satellite, par des pluralités de matrices de capteurs élémentaires ou barrettes de capteurs, dans le mode d'acquisition par le mode dit «push-broom ». Il est cependant à noter que le concept de l'invention s'applique dans d'autres cas 5 d'application, pour toute image numérique présentant des zones localisées de flou et de bruit. Le contexte de l'acquisition d'images numériques par satellite est illustré schématiquement dans la figure 1. Un satellite non représenté ayant une trajectoire de déplacement T comporte un 10 système d'acquisition 1, qui est formé d'une pluralité de matrices monodimensionnelles ou barrettes de capteurs 2a, 2b, 2c, 2d. L'acquisition d'un paysage observé se fait via un système optique 6. Chaque capteur 8 d'une barrette de capteurs réalise l'acquisition d'une portion du paysage observé, enregistrée dans une matrice d'image numérique I sous forme d'un échantillon 15 d'image 10 ou pixel dans les zones d'acquisition simples, pour lesquelles une seule barrette de capteurs reçoit un flux lumineux. Chaque pixel d'image a une valeur de radiométrie associée. Dans la figure 1, on a représenté une image I formée à partir d'une barrette de capteurs 2a, à titre d'exemple. 20 Pour les zones d'images notées ZIB,, ZIB2, pour zones inter-barrettes, la radiométrie d'un pixel d'image 12 est obtenue à partir de deux barrettes de capteurs, une barrette droite et une barrette gauche. De manière connue, la radiométrie associée à un pixel d'une zone ZIB est obtenue par sommation de valeurs de radiométrie fournies respectivement par chacune des barrettes droite et gauche. 25 Ainsi, la valeur de radiométrie d'un pixel 12 d'une zone ZIB provient de la contribution de deux capteurs élémentaires situés respectivement dans deux barrettes de capteurs distinctes. Dans l'exemple de la figure 1, on a illustré à titre d'exemple une zone Z1131 provenant du chevauchement C1 des barrettes 2a et 2c, et une zone ZIB2 provenant du 30 chevauchement C2 des barrettes 2a et 2b. Pour la simplicité de représentation, chaque zone ZIB,, ZIB2 est formée d'une colonne de pixels. Bien entendu, en pratique on traite des zones inter-barrettes d'un nombre bien plus important de colonnes de pixels. 3059453 6 Une image numérique I ainsi créée comporte plusieurs zones ZIB, qui présentent du flou, qui dépend du niveau de contribution des divers capteurs élémentaires des barrettes droite et gauche à la valeur de radiométrie du pixel. Etant donné que les capteurs élémentaires 8 peuvent avoir, en pratique, des 5 sensibilités différentes, même lorsque le paysage sous-jacent (non représenté sur la figure 1) est uniforme, des différences de valeurs de radiométrie sont observées, donc même lorsque la technique d'acquisition d'images est connue, il est difficile de modéliser théoriquement le flou induit par l'acquisition d'image à travers des capteurs de barrettes adjacentes. De plus, ce flou peut être variable dans le temps, donc une modélisation ne 10 suffirait pas. Un des objectifs de l'invention est de proposer un procédé de déconvolution adaptative permettant d'améliorer la qualité d'image acquise localement, en prenant en compte un niveau de flou local. Le procédé de l'invention est mis en oeuvre par un dispositif programmable de type 15 ordinateur, station de travail, dont les principaux blocs fonctionnels sont illustrés à la figure 2. Un dispositif programmable 20 apte à mettre en oeuvre les procédés de l'invention comprend une unité centrale de traitement 28, ou CPU, apte à exécuter des instructions de programme informatique lorsque le dispositif 20 est mis sous tension. Dans un mode 20 de réalisation, une unité centrale de traitement multi-processeurs est utilisée, permettant d'effectuer des calculs parallèles. Le dispositif 20 comporte également des moyens de stockage d'informations 30, par exemple des registres, aptes à stocker des instructions de code exécutable permettant la mise en oeuvre de programmes comportant des instructions de code aptes à mettre en oeuvre les procédés selon l'invention. 25 Le dispositif 20 comporte des moyens de commande 24 permettant de mettre à jour des paramètres et de recevoir des commandes d'un opérateur. Lorsque le dispositif programmable 20 est un dispositif embarqué, les moyens de commande 24 comprennent un dispositif de télécommunication permettant de recevoir des commandes et des valeurs de paramètres à distance. 30 Alternativement et de manière optionnelle, les moyens de commande 24 sont des moyens de saisie de commandes d'un opérateur, par exemple un clavier. De manière optionnelle, le dispositif programmable 20 comprend un écran 22 et un moyen supplémentaire de pointage 26, tel une souris. Les divers blocs fonctionnels du dispositif 20 décrits ci-dessus sont connectés via 35 un bus de communication 32. 3059453 7 L'invention met en oeuvre un procédé de déconvolution d'images, dont les principales étapes selon un premier mode de réalisation sont illustrées à la figure 4. Une matrice d'image numérique I, qui peut être en pratique une portion d'une image numérique de grande taille, est fournie en entrée d'une première étape 40 de 5 découpage en blocs Bk,,. Par exemple, dans le cas d'application d'acquisition d'images par satellite décrit ci-dessus, une portion d'image correspondant à une zone ZIB, par exemple une portion d'image de taille NxM pixels est sélectionnée. La figure 3 illustre schématiquement une image I et un bloc Bk,, de cette image. Dans cet exemple, les colonnes de l'image I sont désignés par un indice / et les lignes par 10 un indice k. La radiométrie des pixels de l'image I forme un signal d'image u : I = {u(k,/),0 k REVENDICATIONS1.- Procédé de déconvolution d'image numérique, une image numérique étant composée d'au moins une matrice d'échantillons d'image ayant une valeur d'échantillon associée, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes suivantes, appliquées à au moins un bloc d'image traité extrait de l'image numérique : - obtention (42, 72) d'une mesure de netteté pour ledit bloc d'image traité, la mesure de netteté étant fonction d'une estimation d'une distribution statistique des blocs d'images déphasés d'une phase aléatoire par rapport au bloc d'image traité, -détermination (46, 78) d'un ou plusieurs paramètres d'un filtre de déconvolution à appliquer au bloc d'image traité en fonction de la mesure de netteté calculée. 2.- Procédé de déconvolution d'image numérique selon la revendication 1, comportant en outre une étape d'application (48) du filtre de déconvolution sur le bloc d'image traité. 3.- Procédé de déconvolution selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les valeurs d'échantillons dudit bloc d'image traité forment un signal d'image associé audit bloc d'image traité, dans lequel l'étape d'obtention (42, 72) d'une mesure de netteté comprend les sous-étapes de : -calcul (50) d'une transformation de Fourier du signal d'image associé au bloc d'image traité permettant d'obtenir une première représentation transformée dudit signal d'image dans un domaine module-phase, -obtention (52) d'un nombre prédéterminé de deuxièmes représentations transformées de même module et décalées aléatoirement en phase par rapport à ladite première représentation transformée, -application (54) d'une transformation de Fourier inverse à chacune des deuxièmes représentations transformées, pour obtenir des deuxièmes représentations décalées en phase du signal d'image associé au bloc d'image traité, - calcul de la mesure de netteté en fonction d'une statistique desdites deuxièmes représentations décalées en phase. 4.- Procédé de déconvolution selon la revendication 3, dans lequel l'étape d'obtention (42, 72) d'une mesure de netteté comprend en outre : 3059453 15 - un calcul (56) d'une première valeur de variation totale entre valeurs d'échantillons d'image adjacents du signal d'image associé au bloc d'image traité, -un calcul (56) d'une deuxième valeur de variation totale entre valeurs d'échantillons d'image adjacents de chaque deuxième représentation décalée en phase 5 du signal d'image associé au bloc d'image traité, puis -le calcul (58) d'une mesure de netteté en fonction d'une probabilité qu'une deuxième valeur de variation totale soit inférieure ou égale à la première valeur de variation totale. 10 5.- Procédé de déconvolution selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une étape (44) de sélection d'un sous-ensemble de blocs d'image traités, et dans lequel l'étape de détermination d'un ou plusieurs paramètres du filtre de déconvolution est appliquée pour tous les blocs dudit sous-ensemble. 15 6.- Procédé de déconvolution selon la revendication 5, dans lequel ledit sous- ensemble est formé d'une colonne ou d'une ligne d'échantillons d'image. 7.- Procédé de déconvolution selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la détermination (46) d'un ou plusieurs paramètres du filtre de déconvolution 20 en fonction de la mesure de netteté calculée comprend la lecture dans une table de correspondance préalablement mémorisée d'une valeur de paramètre associée à la mesure de netteté calculée. 8.- Procédé de déconvolution selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 25 comportant un découpage (70) en blocs de l'image numérique, l'étape d'obtention (72) d'une mesure de netteté étant appliquée à chaque bloc du découpage. 9.- Procédé de déconvolution selon la revendication 8, comportant en outre -une sélection (74) d'une valeur de mesure de netteté de référence à partir des 30 mesures de netteté calculées, et, -pour au moins un bloc d'image traité, le calcul (76) d'une valeur d'écart de netteté entre la mesure de netteté calculée pour ledit bloc d'image traité et la valeur de mesure de netteté de référence, et -la détermination (78) d'un ou plusieurs paramètres de filtre de déconvolution en 35 fonction de la valeur d'écart de netteté calculée. 3059453 16 10.- Procédé de déconvolution selon la revendication 9, dans lequel la détermination d'un ou plusieurs paramètres de filtre de déconvolution en fonction de la valeur d'écart de netteté calculée est effectuée par itérations. 5 11.- Dispositif de déconvolution d'image numérique, une image numérique étant composée d'au moins une matrice d'échantillons d'image ayant une valeur d'échantillon associée, caractérisé en ce qu'il comporte des modules adaptés à mettre en oeuvre les traitements suivants, appliquées à au moins un bloc d'image traité extrait de l'image numérique : 10 - obtention d'une mesure de netteté pour ledit bloc d'image traité, la mesure de netteté étant fonction d'une estimation d'une distribution statistique des blocs d'images déphasés d'une phase aléatoire par rapport au bloc d'image traité, -détermination d'un ou plusieurs paramètres du filtre de déconvolution à appliquer au bloc d'image traité en fonction de la mesure de netteté calculée. 15 12.- Dispositif de déconvolution d'image numérique selon la revendication 11 comprenant en outre un module de filtrage apte à filtrer le signal d'image du bloc d'image traité ledit filtre de déconvolution. 20 13.- Programme d'ordinateur comportant des instructions pour mettre en oeuvre les étapes d'un procédé de déconvolution d'image numérique selon l'une des revendications 1 à 10 lors de l'exécution du programme par un processeur d'un dispositif programmable. 25