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

Introduction au traitement d’images Plan du cours: Les systèmes de représentation des couleurs Histogrammes

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

Introduction Intérêt de la couleur Images multi-spectrales segmentation et reconnaissance simplifié plusieurs informations par pixels au lieu d’une seule Images multi-spectrales Chaque pixel enregistre l’information issue d’une 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).

L’humain et la couleur Chez l’humain, la couleur est perçue via les cônes. 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 n’est pas encore bien modélisé.

Importance de la couleur

Modèles de couleur Qu’est-ce qu’une couleur ? Définitions Artistiques –Teinte, saturation, luminance Physiques/biologiques –Spectre, stimulus –Fonctions de base universelles –Espaces perceptuellement uniformes Informatiques – RGB, CMYK, HSV, YCbCr…

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

Système additif RGB Dans le cas d’un 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. C’est pour cela que le système RGB est dit aussi système additif. Les couleurs RGB sont dites couleurs primaires de lumière. La Commission Internationale d’Eclairage (CIE) a défini en 1931 les longueurs d’ondes des couleurs primaires RGB : R=700 nm, G=546.1 nm et B = 435.8 nm.

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

Système additif RGB

Le système soustractif CMY Dans le système RGB, la détermination de la couleur s’opère par addition de couleurs sur une surface noire donc absorbante de couleurs. Ce système ne convient pas dans le cas de l’imprimerie 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.

Le système soustractif CMY Il faut noter que le système CMY est l’inverse du système RGB. En effet, dans le système RGB, à l’origine on trouve la couleur noire et au sommet opposé on trouve la couleur blanche, alors que dans le système CMY, c’est la couleur blanche qui constitue l’origine et au sommet opposé on trouve la couleur noire.

Addition/soustraction de couleurs

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.

Le système HLS 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 d’onde. 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).

Le système HLS

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

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

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

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

Le système Teinte-Saturation-Valeur (HSV)

Conversion RVB TSV (HSV)

Conversion TSV RGB

Représentation Teinte-Saturation-Valeur

Le système Lab 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. b : correspond à l information colorée (chrominance) où la couleur est définie à partir d'un mélange de bleu à jaune.

Le système Lab

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 : En normalisant les composantes XYZ par rapport à X+Y+Z, on obtient le système xyz défini par :

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

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 longueur d’onde dominante blanc de référence mélange de deux couleurs pureté couleurs reproductibles, ...

Diagramme de chromaticité

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

limitation de l’espace XYZ 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 d’égale énergie.

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

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

Intérêts de YCbCr Parfois, on est obligé de l’utiliser Travail avec entrées/sorties vidéo Efficace pour la compression d’images : 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

Mesure d'un stimulus de couleur 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.

La table des couleurs « Color LUT » 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).

Exemple d’utilisation de la couleur pour la vision robotique

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

Résumé En Traitement d’Images, 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 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 (I1,I2,I3) ou un système obtenu par ACP,

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