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DEA DISIC Geoffrey Arthaud 1 Image Registration methods : a survey Barbara Zitova, Jan Flusser.

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1 DEA DISIC Geoffrey Arthaud 1 Image Registration methods : a survey Barbara Zitova, Jan Flusser

2 DEA DISIC Geoffrey Arthaud2 Plan de lexposé Introduction Méthodologie associée au recalage dimage 1. Détection de caractéristiques 2. Mise en correspondance 3. Création dun modèle de transformation 4. Transformation de limage 5. Mesure de la précision du recalage Conclusion

3 DEA DISIC Geoffrey Arthaud3 Introduction Recalage dimage : Superposition de 2 images ou plus Aligner une image « de référence » et une image à transformer Applications nombreuses : Télédétection, médecine, cartographie, etc.. Larticle est un état de lart complet sur le recalage dimages

4 DEA DISIC Geoffrey Arthaud4 Méthodologie : Types dimages Point de vue différent – multiview Instants différents – multitemporal Capteurs différents – multimodal Recalage Image réelle Modèle

5 DEA DISIC Geoffrey Arthaud5 Méthodologie : Les étapes 1. Détection de caractéristiques 2. Mise en correspondance 3. Création dun modèle de transformation 4. Transformation de limage

6 DEA DISIC Geoffrey Arthaud6 Méthodologie : Illustration Caractéristiques Correspondance Modèle Transformation

7 DEA DISIC Geoffrey Arthaud 7 Détection de caractéristiques Etape 1 : Deux méthodes complémentaires

8 DEA DISIC Geoffrey Arthaud8 Méthodes zonales area-based methods Pas de points de contrôle Etape sautée A utiliser pour les images peu détaillées (images médicales)

9 DEA DISIC Geoffrey Arthaud9 Méthodes avec caractéristiques feature-based methods Caractéristiques sous forme de : Régions Lignes Points Caractéristiques stockées par des points de contrôle (CP) Adaptées pour les images contenant des objets facilement détectables

10 DEA DISIC Geoffrey Arthaud 10 Mise en correspondance Etape 2 : Suivi des deux méthodes

11 DEA DISIC Geoffrey Arthaud11 Méthodes zonales Choix dune partie ou de la totalité de limage à faire correspondre sur la référence Principal inconvénient : mauvaise correspondance entre deux zones « douces » différentes Trois façons de faire avec cette méthode : corrélation, Fourier, information mutuelle

12 DEA DISIC Geoffrey Arthaud12 1. Méthodes de corrélation Souvent utilisé pour sa simplicité dimplémentation Limitée aux translations, rotations, et mise à léchelle légères 2 inconvénients : Maxima de la fonction pas faciles à distinguer (auto similarité de limage) Temps de calcul assez long Non adapté au multimodal registration

13 DEA DISIC Geoffrey Arthaud13 1. Méthode de corrélation Variantes à CC : Filtrage préalable avant dutiliser CC SSDA Rapport de corrélation (pour les multimodal) Hausdorff distance Corrélation vectorielle

14 DEA DISIC Geoffrey Arthaud14 2. Méthodes de Fourier Meilleure vitesse de traitement et plus adaptées au images bruitées Méthode de corrélation de phase pour le recalage dimages translatées Extensions pour rotation et changement déchelle : «polar-log mapping » Utilisées pour la télédétection (images SPOT) et limagerie médicale (images MR)

15 DEA DISIC Geoffrey Arthaud15 Comparaison CC - Fourier

16 DEA DISIC Geoffrey Arthaud16 3. Méthodes dinformations mutuelles Techniques de pointe pour les images multimodales Mesure de dépendances statistiques, maximiser MI : Optimisations par une approche pyramidale et descente de gradient Variante : Entropie croisée

17 DEA DISIC Geoffrey Arthaud17 Optimisations diverses Sans gradient : Powell Avec gradient : Levenberg-Marquardt Approche pyramidale : multirésolution

18 DEA DISIC Geoffrey Arthaud18 Méthodes avec caractéristiques Sur les 2 images, des points de contrôle ont été créés. But : Faire correspondre les points de contrôle 2 à 2 (tous ou une partie).

19 DEA DISIC Geoffrey Arthaud19 1. Relations spatiales Transformer lensemble des CP dune image et évaluer la distance avec les CP de lautre image Clustering technique : mise en correspondance de CP reliés par des arêtes

20 DEA DISIC Geoffrey Arthaud20 2. Descripteurs invariants Donner une description aux CP avant de les faire correspondre Description invariante, unique, stable (dans lidéal) Analyse du voisinage de chaque CP, et en tirer le maximum dinformation (de nature géométrique), beaucoup de techniques possibles

21 DEA DISIC Geoffrey Arthaud21 Optimisations Méthodes pyramidales Multirésolution de la recherche Différents types (somme, médian,moyenne, cubic spline, Laplace, Gauss,…) Décomposition en ondelettes de limage pour lapproche pyramidale

22 DEA DISIC Geoffrey Arthaud 22 Création dun modèle de transformation Etape 3 : modèles globaux et locaux

23 DEA DISIC Geoffrey Arthaud23 Exemples de fonctions de mapping

24 DEA DISIC Geoffrey Arthaud24 Modèles globaux Transformation de similitude (translation, rotation, scaling) : 2 CPs Transformation affine : 3 CPs Perspective : 4 CPs Eviter les polynômes de degré haut Utilisation de plus de CP (moindres carrés)

25 DEA DISIC Geoffrey Arthaud25 Modèles locaux Tenir compte des distorsions locales Utilisation de fonctions « radiales » : fonction juste de la distance du point au CP, et non de sa position exacte Fonctions multiquadratic, de Gauss, de Wendland, etc… Thin-plate splines (TPS) : temps de calcul très grand (warping, morphing)

26 DEA DISIC Geoffrey Arthaud26 Recalage élastique Pas de fonctions de mapping Voir limage comme une feuille élastique Mise en correspondance faite en même temps Variantes : recalage fluide pour des déformations très localisées Diffusion, level sets, optical flow

27 DEA DISIC Geoffrey Arthaud 27 Transformation de limage Etape 4 : Différentes interpolations possibles

28 DEA DISIC Geoffrey Arthaud28 2 méthodes Méthode avant Transformer directement les pixels de limage à recaler Apparition de trous et de superpositions, à éviter Méthode arrière Partir du système de coordonnée de limage référence et appliquer les transformations inverses pour la coordonnée de limage à recaler Pas de trous, mais implémenter des algo dinterpolation

29 DEA DISIC Geoffrey Arthaud29 Interpolations Plus proche voisin Bilinéaire Bicubique Meilleure compromis : bilinéaire le plus souvent

30 DEA DISIC Geoffrey Arthaud 30 Mesure de la précision du recalage Etape 5 : Différents types derreurs

31 DEA DISIC Geoffrey Arthaud31 Liste des erreurs de recalage Erreur de localisation : CP mal placé Erreur de reconnaissance : mauvaise correspondance de CP, erreur grave Erreur dalignement : Utilisation dune mauvaise fonction de mapping Utilisation de points tests (TP) Vérification manuelle par lexpert

32 DEA DISIC Geoffrey Arthaud32 Conclusion Recalage dimages de plus en plus déformées ou venant de sources très différentes Problèmes encore ouverts : correspondance des CP, choix de la fonction de mapping Méthode MI est une référence, mais reste une méthode zonale soumise à limitations Elaboration de méthodes hybrides Perspectives futures : Système expert choisissant la meilleure solution de recalage

33 DEA DISIC Geoffrey Arthaud33 Remarques Article très complet et très dense Disproportion entre longueur de larticle et bibliographie : techniques citées mais peu développées


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