Numérisation L'œil et le cerveau La caméra et la machine

1. NumérisationL'œil et le cerveauLa caméra et la machine Cours 4

2. Au menu • La vision humaine • Acquisition d'image • Échantillonnage et quantification • Représentation des images

3. Le système visuel • L'œil • Capteur parfait ? • Le nerf optique • Transport de l'information • Cortex visuel • Formation de l'image • Cerveau • Traitement et analyse de l'image

4. Anatomie de l' œil • Cornée • Couche résistante protectrice • Transparente pour laisser passer la lumière • Sclère • Couche opaque • Choroïde • Réseau de vaisseauxsanguins

5. Anatomie de l' œil • Pupille / Iris • Ouverture contrôlée de l'entrée de lalumière (diaphragme) • Cristallin • Lentille ajustable selon la distance de la scène • Absorbe ~ 8% de la lumière visible • Absorbe ~ toutes la lumière ultravioletet infrarouge

6. Anatomie de l' œil • Rétine • Cellules sensibles à lalumière (photorécepteurs) • Rétine • Fovéa et point aveugle • Composée de côneset de bâtonnets

7. Anatomie de l' œil • Cônes • Permettent la vision en couleur • 3 types (bleus, verts, rouges) selon lespectre de leur sensibilité • Concentrés au centre (fovéa) • Vision de haute résolution • ~ 6-7 millions • Un seul par nerf • Vision photopique(lumière vive)

8. Anatomie de l' œil • Bâtonnets • Ne distinguent pas les couleurs • Concentrés en périphérie • Servent à la vision de nuit • ~ 75-150 millions • Plusieurs par nerf • Vision scotopique(lumière faible)

9. Anatomie de l' œil • Distribution des cônes et bâtonnets Angle de l'axe visuel (centre de la fovéa)

10. Anatomie de l' œil • Fovéa ~ 1.5mm • ~150 000 cônes par mm2 • ~337 000 cônes dans la fovéa • Capteur CCD ? • ~ 5mm * 5mm • 1024 * 768 pixels • 786 432 pixels !!! • Qualité comparable ? • Fovéa : ~187K/mm² • CCD: 31K/mm²

11. Anatomie de l'œil • Agrandissement de la rétine • Trois couches de cellules • Cônes et bâtons • Cellules bipolaires • Cellules ganglionnaires

12. Anatomie de l'œil • Quatre enregistrements de l’activité d’une cellule ganglionnaire

13. Anatomie de l'œil • Par la voie directe deux cellules ganglionnaires reçoivent l’info de 2 groupes se recouvrant • Cellules à centre ON ou OFF

14. Anatomie de l'œil • Mesures relatives et non absolues

15. Formation des images • Longueur focale • ~14 - 17 mm (cristallin à la rétine)pour objets ~0 - 3 mètres

16. Formation des images • Rôle du cerveau • Comble les manques de l’œil (point aveugle, imprécision périphérique) • Intègre les vues gauche et droite (stéréovision) • Recrée l’information de profondeur • Possède une grande faculté d’adaptation • Effectue la segmentation, la reconnaissance et l’interprétation

17. Formation des images • Adaptation à l'intensité et discrimination • Pas simultanément • ~ 2 douzaines de tons • Adaptation subjective • 1010 niveau de gris mL = millilambert

18. Formation des images • Intensités perçues

19. Formation des images • Contrastes simultanés

20. Formation des images

21. Formation des images

22. Formation des images

23. Et le cerveau?

24. Et le cerveau? • Cellules corticales simples • 3 champs typiques • Réponses à des stimuli

25. Et le cerveau? • Connexions des cellules ganglionnaires avec les cellules corticales simple

26. Et le cerveau? • Des cellules corticales complexes • Connexions entre plusieurs cellules simples et une cellule complexe

27. Et le cerveau? • Cellules • Sensibles au mvts • À inhibition terminale

28. Et le cerveau?

29. Et le cerveau? • Zoom sur la fovéa • Cellules binoculaires pondérées

30. Et le cerveau? • La stéréovision • calibrée

31. Et le cerveau? • Une vision en couleur! • Modèle de Young • Modèle de Hering

32. Acquisition d'images • Le types d'images qui nous intéresses dans ce cours sont des images d'objets générées par la réflexion, ou l'absorption de l'énergie provenant d'une source d'illumination. • Les images d'objets 3-D obtenues par illumination dans le spectre visible sont un exemple typique de ce groupe.

33. Spectre électromagnétique

34. Spectre électromagnétique

35. Composants du système Écran CRT ou LCD Stockage Ordinateur Copie papier Logiciel de traitement d'image Composants spécialisés (hardware) Capteurs Scène

36. Composants du système • Scène • Ensemble des objets qui se trouvent dans le champ de vision • Source lumineuse • Soleil • Éclairage ambiant • Projecteurs • Table lumineuse • Laser • Autres

37. Composants du système • Capteur • Caméra vidéo • Appareil photo • Caméra numérique • Caméra thermique, 3-D, multispectrale, à haute vitesse, ... • Numériseur • Numériseur de trame vidéo (frame grabber) • Numériseur à balayage (scanner)

38. Composants du système • Processeur • Ordinateur • Unité de traitement de signal (DSP) • Logique programmée • Circuit intégré dédié • Ordinateurs parallèles • Affichage (facultatif) • Moniteur vidéo • Moniteur d’ordinateur

39. Composants du système • Logiciel • Progiciels spécialisés • Aphelion, Visilog, KBVision … • Outils mathématiques • Matlab, Maple, Mathématica … • Programmation • C, C++, Java, JavaScript …

40. Capteurs • Principe général (ex: photodiode) • L'énergie incidente est convertie en signal électrique • Sortie est proportionnelle à la lumière • Filtre pour augmenter la sélectivité

41. Capteurs • En ligne, linéaire …

42. Capteurs • En matrice

43. Capteurs • Capteur simple pour image 2-D

44. Capteurs • Capteur linéaire pour image 2-D

45. Capteurs • Capteur annulairepour image 3-D

46. Capteurs • Caméras digitales • Matrice CCD(Charged Coupled Devices) • 4000 * 4000 éléments ou plus • Réponse est proportionnelle à l'intégrale de l'énergie lumineuse qui atteint chaque élément • Produit une image 2-D • On peut réduire le bruit en chargeant plus longtemps!

47. Capteurs • Acquisition d'une image digitale

48. Capteurs • Matrice de point • Chaque élément est un « pixel »(picture element) • Le nombre de pixels est déterminé par la capacité du capteur(résolution) pixel

49. Image digitale • Chaque image est une fonction à 2 dimension de la forme: f (x,y) • La valeur ou l’amplitude de f à la coordonnée spatiale x,y est une quantité scalaire positive • La valeur est proportionnelle à l’énergie irradiée par l’objet: 0 < f (x,y) < ∞ • La valeur de f (x,y)est influencée par deux sources: illumination et réflectance

50. Image digitale • Illumination • Quantité de la source lumineuse incidente sur l’objet : i (x,y)0 < i (x,y) < ∞ • Réflectance (ou transmissivité) • Quantité de la source lumineuse réfléchie par l’objet : r (x,y)0 < r (x,y) < 1 • 0 = absorption totale • 1 = réflexion totale • f (x,y) = i (x,y) r (x,y)