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Introduction aux traitements d'images

Utiliser les images : méthodologie et exemples (en chantier)
Numérisation d'une image analogique
Traitement des images : préparer les images avant de les exploiter (en chantier)

 

 
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par
Alain
Dupéret

Ecole Nationale des Sciences Géographiques
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Numérisation d'une image analogique
 

Le numériseur d'image est l'intermédiaire entre la photographie analogique traditionnelle et les moyens de photogrammétrie sur images numériques.
IGN/Zeis Intergraph Imaging
 

La numérisation d'une photographie s'impose lorsque le photogrammètre utilise un appareil de restitution avec des images numériques.

Suivant la nature du document à numériser (noir et blanc ou couleur, support opaque ou transparent, image au trait, document tramé…), les traitements à appliquer sur le numériseur ou scanner sont différents.

 

Plan de la fiche

Les appareils de numérisation
Choix d'un pas de numérisation adapté
Dynamique de l'image numérisée
Calibration du numériseur
Ré-échantillonage
Les traitements en aval de la numérisation

 

 

Les appareils de numérisation

De l'appareil photographiques au numériseur

 


Numériseur à plat avec un porte-rouleau. Les tailles de pixels peuvent atteindre 14 microns sur le film. A quelle taille d'objet au sol cela correspond-il pour des photographies à l'échelle du 1 : 30.000 ?
Zeis Intergraph Imaging
 

En dehors des numériseurs à tambour, les systèmes les plus fréquents sont les numériseurs à plat. Ils sont composés d'une plaque de verre porte-cliché (sur laquelle sont posées les photographies à numériser) mobile sur des rails perpendiculaires, et d'un capteur, en général une matrice CCD.

Dans un proche avenir, les images aériennes seront probablement acquises de plus en plus souvent avec des appareils photographiques numériques, dispensant ainsi de cette étape de numérisation.

 

 

Choix d'un pas de numérisation adapté

Echantillonnage en pixels plus ou moins gros

 

Les numériseurs pour transparents permettent d'atteindre une excellente résolution géométrique lors de la numérisation des films, à condition d'avoir numérisé avec un pas d'échantillonnage suffisamment fin.

 

L'échantillonnage est la transformation du signal d'entrée, ici la photographie, qui est considérée comme une succession continue de teintes de gris ou de couleur, en une suite de valeurs discrètes, appelés échantillons. L'adéquation entre les objets à reconnaître et le pas de numérisation (ou pas d'échantillonnage) est indispensable.

 

 
 
 
De gauche à droite, la résolution géométrique au sol des images varie de 80, 60, 40 à 20 cm. A partir de quel pas de numérisation devient-il possible de compter les marques qui composent un passage zébré ? IGN

 

 

Dynamique de l'image numérisée

Echantillonner en teintes plus ou moins nombreuses

 


Pour numériser les variations de niveaux de la courbe, chaque échantillon ou pixel d'une ligne de l'image, représenté en abscisse se voit attribuer une valeur de teinte par le capteur CCD (par exemple : 256 niveaux).
AGFA
 

Si les variations de teintes de la photographie peuvent être considérées continues avant la numérisation, elles doivent devenir discrètes pour être stockées dans des fichiers informatiques. Chaque pixel, avec la numérisation, reçoit pour niveau la valeur de l'un des paliers accessibles pour coder les valeurs de teintes, suivant une loi préétablie par l'utilisateur.

Plus le nombre de niveaux de quantification est important, plus grande sera la résolution radiométrique, ou capacité à distinguer des objets dont les niveaux de teintes sont proches. Ce nombre dépend donc directement du codage informatique retenu : un octet (ou 8 bits) par pixel permettra de disposer de 28 ou 256 niveaux. Les images des caméras numériques disposent quant à elles d'une dynamique importante nécessitant de coder sur deux octets chaque information de teinte des pixels.

 
 
 
 
Ombrage d'un volcan, représenté en 256, 16, 6 et 2 niveaux de gris. L'information de base est identique, mais seul la dynamique de représentation est modifiée. IGN

 

 

Calibration du numériseur

Obtenir le contraste optimal

 


La mesure de la densité d'une photographie pour identifier ses zones claires ou sombres à l'aide densitomètre est un préalable important pour obtenir une image correctement numérisée.
IGN
 

Avant de commencer la numérisation d'une photographie originale, l'opérateur doit identifier si l'image présente une gamme dynamique étroite ou un dosage inhabituel des couleurs.

Pour le noir (ou le blanc), cette calibration permettra d'associer les futures zones sombres (ou claires) de l'image numérisée aux plages les plus (ou moins) denses de la photographie à numériser.

Une image contenant des zones très lumineuses et des ombres profondes présente un contraste élevé alors qu'une gamme de tons de moyenne amplitude est caractéristique d'un faible contraste.

 

 

Ré-échantillonage

Agrandir ou réduire l'image

 

Si l'opérateur souhaite redimensionner une image sans avoir la possibilité de la numériser de nouveau, il est possible de la re-échantillonner, en ajoutant ou en supprimant des pixels pour atteindre les dimensions voulues suivant des méthodes d'interpolation.
Les échantillons initiaux servent à calculer une nouvelle grille de pixels, de dimensions différentes.

 

Lorsque la taille à obtenir est supérieure (resp. inférieure), il s'agit de sur-(resp. sous-) échantillonnage. Le sous-échantillonnage est facile à mettre en œuvre car il s'agit de réduire la quantité d'information tandis l'augmentation de la taille d'image par interpolation est plus délicate ; elle nécessite de créer de nouveaux pixels pour lesquelles une valeur de teinte est calculer. Suivant l'algorithme d'interpolation retenu, les contours dans l'image apparaissent plus ou moins crénelés, flous...

 

Image originale AGFA  
Agrandissement sans ré-échantillonnage AGFA
 
Agrandissement avec sur-échantillonnage AGFA
 
Réduction avec sous-échantillonnage AGFA
 

 

 
 
   
Ce passage pour piétions fait apparaître des contours en forme de créneaux qui peuvent être lissés par calcul, ce qui présente le défaut de les rendre flous. IGN
   
   
 
   

 

 

Les traitements en aval de la numérisation

Améliorer l'aspect de l'image sans la dégrader

 

Des traitements par ordinateur permettent après numérisation d'améliorer l'aspect de l'image sans en dégrader la géométrie. Pour mémoire, ces notions étant présentées dans la fiche " Traitement d'Image ", il est possible de modifier l'histogramme ou la courbe de transfert tonal, le contraste, la luminosité, voire de diminuer le bruit d'image issu soit de l'image photographique originale, soit du processus de numérisation.

 

 

L'émulsion photographique constituée de cristaux et les différents bruits du détecteur CDD provoquent des variations de teintes importantes sur très peu de pixels localement, donnant un " effet de neige ", appelé le bruit d'image qui vient se superposer à l'information portée par les contours et la texture de l'image.

 
Les deux exemples montrent une même zone, issue d'une numérisation de photographie à gauche et d'une acquisition par une caméra numérique à droite. IGN

 




Acquisition d'images aériennes et satellitales
Traitement des images : préparer les images avant de les exploiter
Photogrammétrie : mesurer avec les images
Utiliser les images : méthodologie et exemples

 

 


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