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Cours #2 Formation des images Plan Découverte Forum Projets Capsule 1: Vue densemble du progiciel Aphelion Labo 2 1- Formation des images Processus impliqués.

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1 Cours #2 Formation des images Plan Découverte Forum Projets Capsule 1: Vue densemble du progiciel Aphelion Labo 2 1- Formation des images Processus impliqués Géométrie Perspective Lentille mince Paramères de la caméra Radiométrie (principaux termes)

2 Découverte Jean-Michel Jolion, Les systèmes de vision, Hermes, Acheté à Lyon (85) durant sabbatique (janvier 2002) Système visuel humain Approche computationnelle (Marr) Systèmes dacquisition dimages Classification Vision industrielle et contrôle qualité É. Tisserand, J.-F. Pautex et P. Schweitzer, Analyse et traitement des signaux: son et image, Dunod, 2004 Biblio., dépôt de livres techniques, oct. Acquisition de limage Traitement de limage, approche TNS

3 SYS-844 Hiver 2005 Cours #2 - 3 Projet Présentation de la proposition de projet Jeudi le 3 février. Équipes: de 1 à 3 Sujet: Si pertinent, relié au projet de maîtrise ou PhD. Sinon, choisir dans la liste disponible sur le site Internet du cours. Implanter un algorithme non-disponible dans Aphelion ou Matlab et solutionnant un problème particulier.

4 SYS-844 Hiver 2005 Cours #2 - 4 Systèmes de vision à base de connaissance Rappel du dernier cours

5 SYS-844 Hiver 2005 Cours #2 - 5

6 SYS-844 Hiver 2005 Cours #2 - 6 Système de vision à base de connaissance

7 SYS-844 Hiver 2005 Cours #2 - 7 Niveaux dabstraction

8 SYS-844 Hiver 2005 Cours #2 - 8 Capsule 1 Les capsules sont de courtes présentations pour illustrer certains aspects du progiciel Aphelion et de la boîte à outils de traitement dimages de Matlab. Cette semaine: une introduction à Aphelion et à la seconde séance de laboratoire Capsule 1: Intro à Aphelion et au Labo 2.Capsule 1: Intro à Aphelion et au Labo 2.

9 Lobjectif de ce chapitre est dexaminer et comprendre le processus de formation des images sur un capteur à partir dune scène 3D éclairée. Sur le modèle de vision à base de connaissances, cest le tout premier niveau de représentation. De quelle façon limage représentant la scène 3D est-elle formée? Chapitre 1 Formation des images

10 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Processus de formation de limage surface Monde réelOptiqueCapteur signal Plan image

11 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Processus impliqués Hypothèses lumière visible Le verre est transparent aux rayons X, absorbe les UVs, absorbe et renvoie les IRs. lentille idéale Pas de déformations (ex: fisheye lens) Pas daberrations chromatiques capteur standard objet opaque Pas de réflexions internes Pas de transmissions internes

12 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Que sont les aberrations chromatiques? Une lentille peut être modélisée comme un agencement de prismes.

13 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Un prisme sépare la lumière blanche en ses couleurs

14 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Aberrations chromatiques Les rayons lumineux ne convergent donc pas tous au même point focal et les images deviennent floues

15 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Processus physiques dans la formation dimage Géométrie Mécanismes de projection dun point 3D sur le plan image 2 types: Projection de perspective Objets déformés Projection orthographique Objets non déformés

16 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Radiométrie Principes physiques de la réflectance des objets Relation entre la lumière émise par une source et la quantité de lumière qui parvient au capteur Photométrie Mécanisme pour mesurer la quantité de lumière qui arrive au capteur

17 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Numérisation Échantillonnage dans lespace et le temps pour produire une image numérique

18 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Géométrie Ensemble de règles pour définir comment le monde 3D est projeté sur un plan-image 2D Hypothèses Caméra sténopé (caméra obscura) Lumière (rayons) traverse en ligne droite

19 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Caméra sténopé inverseur Sténopé: trou étroit faisant office dobjectif photographique

20 SYS-844 Hiver 2005 Cours # La camera obscura Petite chambre obscure avec trou dans un mur Décrite par Aristote Les arabes lutilisaient pour observer les éclipses du soleil Populaire vers 1700 pour dessiner des paysages Le nautile (un poisson) na pas de cornée ni de cristallin, seulement un cavité avec un trou laissant passer leau de mer

21 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Joseph Niepce (1826): première photographie Camera obscura + lentille convergente Film: plaque détain + bitume Temps dexposition: 8 heures Photo prise de sa fenêtre à Chalon-sur- Saône en France. Usage de camera obscura dans le film Addicted to Love (1997).

22 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Exemples de photos obtenues au moyen dune caméra obscura

23 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Exemple de photo obtenue au moyen dune caméra obscura

24 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Caméra sténopé inverseur Sténopé: trou étroit faisant office dobjectif photographique

25 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Caméra sténopé inverseur et non-inverseur f Z=0 Z=-f projecteur Plan image (sténopé inverseur) Plan image (sténopé non-inverseur) axe optique

26 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Géométrie équivalente pour la caméra sténopé Z = 0 Plan de projection

27 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection de perspective Objectif: obtenir la position p(x,y) sur le plan image dun point P(X,Y,Z) dans lespace Système de coordonnées Ligne de visée

28 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Transformation de perspective Soit un point P(X,Y,Z) dans lespace 3D On veut P(x i,y i,0), les coordonnées du point projeté Ligne de visée

29 SYS-844 Hiver 2005 Cours # On retrouve les coordonnées par triangulation (triangles semblables)

30 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Exemple de Projection de perspective complexe

31 Exemples de projection de perspective en art

32 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Que se passe t-il lorsque lobjet observé est éloigné? Lorsque lobjet est éloigné on a Et donc Avec le facteur déchelle Les objets ne sont plus déformés mais sont réduits de taille; cest la transformation orthographique.

33 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection de perspective Les objets proches sont plus déformés que les objets lointains

34 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection orthographique (mise à léchelle) Les objets proches sont plus gros que les objets lointains Les déformations sont négligeables

35 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection de perspective dun cube

36 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection de perspective dun cube Bel exemple dambiguïté visuelle

37 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection orthographique dun cube Le cube apparaît non déformé mais plus petit

38 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection de perspective dun cylindre

39 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection de perspective dun cylindre

40 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection orthographique dun cylindre Le cylindre apparaît non déformé mais plus petit

41 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Projection inverse - reconstitution de la profondeur P(X,Y,Z) peut être nimporte où le long de cette ligne (directeur) Perte dinformation en passant de 3D à 2D Une bille tenue a bout de bras semble aussi grosse que la lune car beaucoup plus proche que celle-ci.

42 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Reconstitution de la profondeur: À partir dune image: possible si une texture est projetée sur lobjet À partir de 2 images: stéréoscopie Angle de visée Point sur lobjet Rayons centraux de projection

43 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Radiométrie Principaux termes photométriques Radiométrie Aspect de limage par rapport à laspect de la scène. Étude de la relation entre la quantité de lumière incidente sur la scène et la fraction de cette lumière qui atteint le capteur. Cette fraction dépend de: Caractéristiques de la source lumineuse Caractéristiques de lobjet imagé Géométrie du système dimagerie

44 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Importance de la couleur de la source lumineuse et de lobjet imagé Lumière blanche Lumière rouge Lumière verte Lumière bleue

45 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Angle solide Rapport entre laire projetée à la surface dune sphère et le carré du rayon de la sphère, en stéradians A R Angle solide dune sphère:

46 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Luminance L (déf. dun rayon lumineux) d dAdA Éclairement (lumineux) (irradiance, éclairement énergétique) Puissance lumineuse par unité de surface (watts/m 2 ) atteignant la surface. dAdA Luminance (radiance, brillance) Puissance lumineuse par unité de surface projetée émise dans un angle solide unitaire (watts/m 2 - stéradians)

47 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Quelques chiffres… Chaque mètre carré de la surface de la terre reçoit en moyenne 1370 W de lumière solaire. Un laser produisant un faisceau de 100 W sur une surface de 1 cm 2 génère un éclairement de 1 MW/m 2. Cest 700 fois plus intense que la radiation solaire et fait fondre la surface.

48 SYS-844 Hiver 2005 Cours # La définition du rayon de lumière L est valide pour lémission, la propagation et labsorption dun rayon lumineux A S A d S dA d 2 S d en candelas/m 2 str ou lumens/m 2

49 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Intensité lumineuse I Lintensité lumineuse I est spécifiée dans une direction donnée d S d I Si la lumière est émise uniformément dans toutes les directions alors

50 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Éclairement E Léclairement E, appelé aussi éclairement lumineux ou énergétique, se mesure en réception et sexprime en lux ou lumens/m 2 1 lumen = 1 candela/str 1 candela = 20.3 milliwatts de lumière visible d dAdA

51 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Surface lambertienne Surface parfaitement diffusante qui émet ou réfléchit un flux lumineux tel que: L = cte direction Ls Surface spéculaire Speculus: miroir en latin Surface de type miroir nayant quune seule direction pour laquelle L 0

52 SYS-844 Hiver 2005 Cours # Exemples de surfaces lambertienne et spéculaire


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