Les systèmes de représentation des couleurs - 4

Report
Année universitaire 2008-2009
FACULTE DES SCIENCES
DE TUNIS
Les Images Couleur
Cours 4
Mohamed Naouai
Introduction au traitement d’images
Plan du cours:
1. Les systèmes de représentation des
couleurs
2. Histogrammes
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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.
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Introduction
• Intérêt de la couleur
– 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).
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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.
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Importance de la couleur
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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…
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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
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- 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.
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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.
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Système additif RGB
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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.
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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.
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Addition/soustraction de couleurs
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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.
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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).
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Le système HLS
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Le système HLS
• Pour passer de la représentation initiale (RGB) au système HLS, on
effectue la transformation suivante:
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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).
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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.
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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
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Le système Teinte-Saturation-Valeur
(HSV)
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Conversion RVB TSV (HSV)
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Conversion TSV RGB
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Représentation Teinte-Saturation-Valeur
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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.
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Le système Lab
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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 :
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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.
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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, ...
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Diagramme de chromaticité
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Diagramme de chromaticité
Couleurs affichables
par le moniteur
Couleurs reproductibles par
l'imprimante
Couleurs reproductibles
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limitation de l’espace XYZ
Chaque ellipse représente la
plus petite différence perceptible
entre 2 couleurs proches.
Dans le diagramme de chromaticité, le poin
W défini par x=1/3 et y=1/3 est aussi
appelé point d’égale énergie.
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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
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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…
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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
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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.
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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).
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Exemple d’utilisation de la couleur
pour la vision robotique
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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.
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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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