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Les Images Couleur Cours 4 Année universitaire 2008-2009 Mohamed Naouai FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS.

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1 Les Images Couleur Cours 4 Année universitaire Mohamed Naouai FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS

2 Introduction au traitement dimages Plan du cours: 1. Les systèmes de représentation des couleurs 2. Histogrammes 2

3 Lumière: onde électromagnétique La région visible du spectre :longueurs donde comprise entre 380nm et 780nm La région visible du spectre :longueurs donde comprise entre 380nm et 780nm La couleur est le résultat de la perception sur la rétine d'une lumière incidente. La couleur est le résultat de la perception sur la rétine d'une lumière incidente. 3

4 Introduction Intérêt de la couleur Intérêt de la couleur – segmentation et reconnaissance simplifié –plusieurs informations par pixels au lieu dune seule Images multi-spectrales Images multi-spectrales – Chaque pixel enregistre linformation issue dune bande spectrale. On obtient des images couleur à partir, par exemple, des 3 bandes dans le spectre visible. – On peut construire des appareils (exemple : spectromètre) pour voir les bandes hors du visible (rayons X, infrarouge, ondes radio). 4

5 Lhumain et la couleur Chez lhumain, la couleur est perçue via les cônes. Chez lhumain, la couleur est perçue via les cônes. Il y en a trois types : Low, Medium and Supra- Frequency. Il y en a trois types : Low, Medium and Supra- Frequency. –Par abus, on parle de cônes Rouge, Vert et Bleu. La transformation entre stimuli des cônes et perception de la couleur est un phénomène qui nest pas encore bien modélisé. La transformation entre stimuli des cônes et perception de la couleur est un phénomène qui nest pas encore bien modélisé. 5

6 Importance de la couleur 6

7 Modèles de couleur Quest-ce quune couleur ? Définitions Artistiques Artistiques –Teinte, saturation, luminance –Teinte, saturation, luminance Physiques/biologiques Physiques/biologiques –Spectre, stimulus –Spectre, stimulus –Fonctions de base universelles –Fonctions de base universelles –Espaces perceptuellement uniformes –Espaces perceptuellement uniformes Informatiques Informatiques – RGB, CMYK, HSV, YCbCr… – RGB, CMYK, HSV, YCbCr… 7

8 Les systèmes de représentation des couleurs Kunt et al. a démontré quen combinant trois longueurs dondes particulières, il est possible de synthétiser presque toutes les couleurs existantes. Kunt et al. a démontré quen combinant trois longueurs dondes particulières, il est possible de synthétiser presque toutes les couleurs existantes. Les trois couleurs de base sont dites « couleurs primaires ». Les trois couleurs de base sont dites « couleurs primaires ». Une couleur peut donc être représentée dans un espace à trois dimensions. Une couleur peut donc être représentée dans un espace à trois dimensions. Il en existe plusieurs : Il en existe plusieurs : - Système RGB (Red Green Blue) - Système RGB (Red Green Blue) - Système CMY (Cyan Magenta Yellow) - Système CMY (Cyan Magenta Yellow) - Système XYZ - Système XYZ - Système HLS (Hue Magenta Saturation) - Système HLS (Hue Magenta Saturation) - Lab - Lab - Etc. - Etc. 8

9 Système additif RGB Dans le cas dun mélange additif RGB, des couleurs primaires R (Red) G (Green) et B (Blue) sont pondérées par leur intensité respectives a b et c et projetées sur un écran noir avec un certain recouvrement. Dans le cas dun mélange additif RGB, des couleurs primaires R (Red) G (Green) et B (Blue) sont pondérées par leur intensité respectives a b et c et projetées sur un écran noir avec un certain recouvrement. Cest pour cela que le système RGB est dit aussi système additif. Cest pour cela que le système RGB est dit aussi système additif. Les couleurs RGB sont dites couleurs primaires de lumière. La Commission Internationale dEclairage (CIE) a défini en 1931 les longueurs dondes des couleurs primaires RGB : R=700 nm, G=546.1 nm et B = nm. Les couleurs RGB sont dites couleurs primaires de lumière. La Commission Internationale dEclairage (CIE) a défini en 1931 les longueurs dondes des couleurs primaires RGB : R=700 nm, G=546.1 nm et B = nm. 9

10 Système additif RGB Dans le système RGB, une couleur est définie par trois coordonnées (r,g,b). Dans le système RGB, une couleur est définie par trois coordonnées (r,g,b). Lorigine correspond à la couleur noir. Le blanc est obtenu lorsque r=g=b=valeur maximale (100). Lorigine correspond à la couleur noir. Le blanc est obtenu lorsque r=g=b=valeur maximale (100). Sur la droite reliant lorigine au sommet du cube, on trouve tous les points de lespace vérifiant r=g=b et donc les couleurs grises. Sur la droite reliant lorigine au sommet du cube, on trouve tous les points de lespace vérifiant r=g=b et donc les couleurs grises. 10

11 Système additif RGB 11

12 Le système soustractif CMY Dans le système RGB, la détermination de la couleur sopère par addition de couleurs sur une surface noire donc absorbante de couleurs. Dans le système RGB, la détermination de la couleur sopère par addition de couleurs sur une surface noire donc absorbante de couleurs. Ce système ne convient pas dans le cas de limprimerie où on travaille avec des surfaces blanches. Ce système ne convient pas dans le cas de limprimerie où on travaille avec des surfaces blanches. On utilise alors le système soustractif CMY (Cyan Magenta Yellow) qui est complémentaire du RGB. Les couleurs cyan magenta et jaune sont dites couleur primaire de pigment. On utilise alors le système soustractif CMY (Cyan Magenta Yellow) qui est complémentaire du RGB. Les couleurs cyan magenta et jaune sont dites couleur primaire de pigment. 12

13 Le système soustractif CMY Il faut noter que le système CMY est linverse du système RGB. En effet, dans le système RGB, à lorigine on trouve la couleur noire et au sommet opposé on trouve la couleur blanche, alors que dans le système CMY, cest la couleur blanche qui constitue lorigine et au sommet opposé on trouve la couleur noire. Il faut noter que le système CMY est linverse du système RGB. En effet, dans le système RGB, à lorigine on trouve la couleur noire et au sommet opposé on trouve la couleur blanche, alors que dans le système CMY, cest la couleur blanche qui constitue lorigine et au sommet opposé on trouve la couleur noire. 13

14 Addition/soustraction de couleurs 14

15 Remarque Dans les deux systèmes RGB et CMY, les composantes renseignent sur la composition de la couleur mais ne renseignent pas sur la couleur obtenue. Dans les deux systèmes RGB et CMY, les composantes renseignent sur la composition de la couleur mais ne renseignent pas sur la couleur obtenue. 15

16 Le système HLS Le système HLS se base sur des variables possédant une interprétation plus intuitive: Le système HLS se base sur des variables possédant une interprétation plus intuitive: –la teinte (Hue en anglais) : La teinte est associée à la longueur donde. Elle est mesurée par un angle –la Luminance (Lightness ):quantité de lumière transmise (la couleur est plus ou moins claire ou sombre). Elle est mesurée par un pourcentage (de 0 à 100). –la saturation (Saturation en anglais) : la saturation est associée à la saturation en couleur (ou bien le degré de blanc dans la couleur). Elle est mesurée par un pourcentage (de 0 à 100). 16

17 Le système HLS 17

18 Le système HLS Pour passer de la représentation initiale (RGB) au système HLS, on effectue la transformation suivante: Pour passer de la représentation initiale (RGB) au système HLS, on effectue la transformation suivante: 18

19 Le système Teinte-Saturation-Valeur (HSV) La représentation Teinte-Saturation-Valeur (TSV) est la plus utile pour la segmentation et la reconnaissance. La représentation Teinte-Saturation-Valeur (TSV) est la plus utile pour la segmentation et la reconnaissance. –Conversion non-linéaire – Représentation plus physique de la couleur – En anglais : Hue-Saturation-Value (HSV). 19

20 Le système Teinte-Saturation-Valeur (HSV) On sépare pour un pixel On sépare pour un pixel – Lintensité du pixel (valeur) – La couleur du pixel (teinte + saturation). On na pas cette séparation dans le codage RVB. En RVB, les trois informations ne sont pas entièrement décorrélées. On na pas cette séparation dans le codage RVB. En RVB, les trois informations ne sont pas entièrement décorrélées. 20

21 Le système Teinte-Saturation-Valeur (HSV) Valeur (V) = MAX (Rouge, Vert, Bleu) Valeur (V) = MAX (Rouge, Vert, Bleu) La Teinte (H) est codée comme un angle entre 0 et 360. La Teinte (H) est codée comme un angle entre 0 et 360. La Saturation (S) est codée comme un rayon entre 0 et 1. La Saturation (S) est codée comme un rayon entre 0 et 1. – S = 0 : gris – S = 1 : couleur pure 21

22 Le système Teinte-Saturation-Valeur (HSV) 22

23 Conversion RVB TSV (HSV) 23

24 Conversion TSV RGB 24

25 Représentation Teinte-Saturation-Valeur 25

26 Le système Lab L : Luminosité (luminance) codée en pourcentages. L : Luminosité (luminance) codée en pourcentages. a : correspond à l information colorée (chrominance) où la couleur est définie à partir d'un mélange de vert à magenta. a : correspond à l information colorée (chrominance) où la couleur est définie à partir d'un mélange de vert à magenta. b : correspond à l information colorée (chrominance) où la couleur est définie à partir d'un mélange de bleu à jaune. b : correspond à l information colorée (chrominance) où la couleur est définie à partir d'un mélange de bleu à jaune. 26

27 Le système Lab 27

28 Les Systèmes XYZ et xyz La CIE a introduit en 1931 un autre espace de couleurs appelé XYZ. Les composantes du système XYZ sont liées à celles de RGB par la relation : La CIE a introduit en 1931 un autre espace de couleurs appelé XYZ. Les composantes du système XYZ sont liées à celles de RGB par la relation : En normalisant les composantes XYZ par rapport à X+Y+Z, on obtient le système xyz défini par : En normalisant les composantes XYZ par rapport à X+Y+Z, on obtient le système xyz défini par : 28

29 Les Systèmes XYZ et xyz Il est ainsi possible de décrire lensemble des couleurs par deux composantes normalisées x et y comme le montre le diagramme ci-contre. Ces variables sont dites variables de chrominance. Il est ainsi possible de décrire lensemble des couleurs par deux composantes normalisées x et y comme le montre le diagramme ci-contre. Ces variables sont dites variables de chrominance. 29

30 Diagramme de chromaticité Le diagramme de chromaticité permet : –de situer très facilement les couleurs les unes par rapport aux autres –de déterminer de nombreux résultats par simple construction géométrique : couleurs complémentaires couleurs complémentaires longueur donde dominante longueur donde dominante blanc de référence blanc de référence mélange de deux couleurs mélange de deux couleurs pureté pureté couleurs reproductibles,... couleurs reproductibles,... 30

31 Diagramme de chromaticité 31

32 Diagramme de chromaticité 32 Couleurs affichables par le moniteur Couleurs reproductibles par l'imprimante Couleurs reproductibles

33 limitation de lespace XYZ 33 Chaque ellipse représente la plus petite différence perceptible entre 2 couleurs proches. Dans le diagramme de chromaticité, le point W défini par x=1/3 et y=1/3 est aussi appelé point dégale énergie.

34 Les Systèmes type Y Les Systèmes type Y YIQ, YUV, YcbCr,… YIQ, YUV, YcbCr,… Utilisées pour la télévision couleur (et donc la vidéo) Utilisées pour la télévision couleur (et donc la vidéo) –Y la luminance –Cb et Cr la chromaticité En N & B, on naffiche que Y En N & B, on naffiche que Y En couleur, on convertit vers RVB En couleur, on convertit vers RVB YUV=PAL, YIQ=NTSC YUV=PAL, YIQ=NTSC 34

35 Les Systèmes type Y Il existe bien dautres façons de coder la couleur. Il existe bien dautres façons de coder la couleur. Chaque espace a son application. Chaque espace a son application. Exemple : La télévision NTSC utilise YIQ Exemple : La télévision NTSC utilise YIQ télévision noir et blanc : Y seulement télévision noir et blanc : Y seulement 35 Exemple : JPEG et MPEG utilise YUV et plusieurs autres encore…

36 Intérêts de YCbCr Parfois, on est obligé de lutiliser Parfois, on est obligé de lutiliser –Travail avec entrées/sorties vidéo Efficace pour la compression dimages : Efficace pour la compression dimages : –Meilleur taux de compression si on convertit en YCbCr avant la compression –Grosse bande passante pour Y –Plus petite bande passante pour la chromaticité –L*a*b* est efficace pour ça aussi 36

37 Mesure d'un stimulus de couleur 37 En pratique, la mesure d'un stimulus de couleur est réalisée par un colorimètre ou un spectrocolorimètre Le colorimètre fournit directement les composantes trichromatiques: 3 capteurs optiques dont chacun est sensible dans une bande passante correspondant à une fonction colorimétrique. Le spectrocolorimètre réalise une mesure spectrale multitude de photorécepteurs, chacun défini pour un intervalle de longueurs d'onde[λ,λ+ Δλ] déduit, par calcul, les coordonnées colorimétriques d'un stimulus de couleur selon différents systèmes de représentation de la couleur.

38 La table des couleurs « Color LUT » 38 Dans la pratique, les couleurs sont définies par des tables de correspondance dites « Table de Correspondance des Couleurs » ou bien « Color Look Up Table » (en abrégé « Color LUT »). La table est composée de trois colonnes représentant chacune une composante de couleur dans le système considéré (généralement RGB).

39 Exemple dutilisation de la couleur pour la vision robotique 39

40 La table des couleurs « Color LUT » 40 La restitution dune image se fait pixel par pixel. Pour chaque pixel, on récupère son code qui est un entier appartenant à lintervalle [0,255], on consulte la « color LUT » pour récupérer la définition (r,g,b) quon envoie vers le système de visualisation.

41 Résumé 41 En Traitement dImages, les systèmes les plus couramment utilisés sont : En Traitement dImages, les systèmes les plus couramment utilisés sont : des systèmes de primaires : le système (R,G,B) le système (C,M,Y) le système (X,Y,Z) des systèmes de primaires : le système (R,G,B) le système (C,M,Y) le système (X,Y,Z) des systèmes luminance-chrominance : les systèmes uniformes de la CIE (L*,a*,b*) et (L*,u*,v*) les systèmes de télévision (Y,I,Q) et (Y,U,V) les système (HSV) et (HLS) des systèmes luminance-chrominance : les systèmes uniformes de la CIE (L*,a*,b*) et (L*,u*,v*) les systèmes de télévision (Y,I,Q) et (Y,U,V) les système (HSV) et (HLS) des systèmes d'axes indépendants : le système d'Ohta (I 1,I 2,I 3 ) ou un système obtenu par ACP, des systèmes d'axes indépendants : le système d'Ohta (I 1,I 2,I 3 ) ou un système obtenu par ACP,

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