Littérature scientifique sur le sujet « Débruitage de l'image »

Un probleme majeur pour les systemes de telecommunications est celui du debruitage de parole, c'est-a-dire l'attenuation des effets d'un bruit parasite en vue d'ameliorer l'intelligibilite et la qualite du message. Or, l'homme possede en ce domaine une competence particuliere, celle de pouvoir extraire l'information auditive grace aux signaux captes visuellement sur le visage de l'interlocuteur. Autrement dit, l'homme sait utiliser la bimodalite auditive et visuelle de la parole pour la rehausser. L'utilisation automatisee des informations visuelles a deja permis d'ameliorer la robustesse des systemes de reconnaissance de parole, principalement en milieu bruite. Cette these traite du probleme inedit d'un debruitage audiovisuel qui n'implique pas une tache de classification, mais de generation de parole acoustique intelligible a partir de parole acoustique degradee et d'une information optique complementaire. Aborde sous l'angle du filtrage, l'objectif est l'elaboration d'un systeme de debruitage fiable, simple et efficace, utilisant des filtres rehausseurs estimes pour une grande part a partir d'informations visuelles. Le chapitre 1 du manuscrit montre l'apport des informations visuelles en perception de parole et decrit leur extraction (mesures sur le contour des levres). Le chapitre 2 aborde les techniques classiques de debruitage et introduit une famille de filtres exploitables dans notre etude. Le chapitre 3 decrit les grandes etapes de l'elaboration du systeme. Deux structures sont proposees et leurs modules sont presentes, notamment l'associateur reliant donnees visuelles et filtres. Le chapitre 4 evalue la 1ere structure implantee sur un corpus de voyelles stationnaires. Les chapitres 5 et 6 portent sur la 2eme structure implantee sur des corpus de transitions voyelle a voyelle et voyelle a consonne plosive. Enfin, le chapitre 7 est un bilan degageant diverses perspectives en debruitage et en traitement simultane du son et de l'image en parole.

Les séquences fluoroscopiques, acquises à de faibles doses de rayons X, sont utilisées au cours de certaines opérations médicales pour guider le personnel médical dans ces actes. Cependant, la qualité des images obtenues est inversement proportionnelle à cette dose. Nous proposons dans ces travaux un algorithme de réduction de bruit permettant de compenser les effets d'une réduction de la dose d'acquisition et donc garantissant une meilleure protection pour le patient et le personnel médical. Le filtrage développé est un filtre spatio-temporel s'appuyant sur les représentations multi-échelles 2D des images de la séquence pour de meilleures performances. Le filtre temporel récursif d'ordre 1 et compensé en mouvement permet une forte réduction de bruit. Il utilise une détection et un suivi des objets de la séquence. Ces deux étapes déterminent le filtrage spatio-temporel de chaque coefficient multi-échelles. Le filtrage spatial est un seuillage contextuel utilisant le voisinage multi-échelles des coefficients pour éviter l'apparition d'artefacts de forme dans les images reconstruites. La méthode proposée est testée dans deux espaces multi-échelles différents, les curvelets et les ondelettes complexes suivant l'arbre dual. Elle offre des performances supérieures à celles des meilleures méthodes de l'état de l'art
Acquired with low doses of X-rays, fluoroscopic sequences are used to guide the medical staff during some medical procedures. However, image quality is inversely proportional to acquisition doses. We present here a noise reduction algorithm compensating for the effects of an acquisition at a reduced dose. Such a reduction enables better health protection for the patient as well as for the medical staff. The proposed method is based on a spatio-temporal filter applied on the 2D multi-scales representations of the sequence images to allow for a greater noise reduction. The motion-compensated, recursive filter acccounts for most of the noise reduction. It is composed of a detection and pairing step, which output determines how a coefficient is filtered. Spatial filtering is based on a contextual thresholding to avoid introducing shape-like artifacts. We compare this filtering both in the curvelet and dual-tree complex wavelet domains and show it offers better results than state-of-the-art methods

L'imagerie médicale par rayons X ouvre de nombreuses possibilités de diagnostic et de thérapie. Toutefois, elle se traduit par des images difficiles que le traitement de l'image peut notablement améliorer. Nous nous intéressons au problème de l'estimation des mouvements anatomiques dans les séquences d'images fluoroscopiques où le problème de la transparence des images est central. Nous proposons trois méthodes d'estimation des mouvements transparents (la plus complète d'entre elles induisant un schéma joint de segmentation et d'estimation), particulièrement robustes au bruit des images fluoroscopiques, qui permettent de traiter progressivement le problème général considéré. Nous abordons ensuite l'exploitation des mouvements estimés pour le débruitage. Le phénomène de transparence impose le développement d'une méthode spécifique de compensation des mouvements transparents. Nous proposons une méthode hybride de filtrage dépassant certaines des limitations de ce type de filtre.

Nos travaux portent sur la réduction de la dose de rayonnement lors d'examens réalisés avec le Système de radiologie EOS. Deux approches complémentaires sont étudiées. Dans un premier temps, nous proposons une méthode de débruitage et de rehaussement de contraste conjoints pour optimiser le compromis entre la qualité des images et la dose de rayons X. Nous étendons le filtre à moyennes non locales pour restaurer les images EOS. Nous étudions ensuite comment combiner ce filtre à une méthode de rehaussement de contraste multi-échelles. La qualité des images cliniques est optimisée grâce à des fonctions limitant l'augmentation du bruit selon la quantité d’information locale redondante captée par le filtre. Dans un deuxième temps, nous estimons des indices d’exposition (EI) sur les images EOS afin de donner aux utilisateurs un retour immédiat sur la qualité de l'image acquise. Nous proposons ainsi une méthode reposant sur la détection de points de repère qui, grâce à l'exploitation de la redondance de mesures locales, est plus robuste à la présence de données aberrantes que les méthodes existantes. En conclusion, la méthode de débruitage et de rehaussement de contraste conjoints donne des meilleurs résultats que ceux obtenus par un algorithme exploité en routine clinique. La qualité des images EOS peut être quantifiée de manière robuste par des indices calculés automatiquement. Étant donnée la cohérence des mesures sur des images de pré-affichage, ces indices pourraient être utilisés en entrée d'un système de gestion automatique des expositions
We aim at reducing the ALARA (As Low As Reasonably Achievable) dose limits for images acquired with EOS full-body system by means of image processing techniques. Two complementary approaches are studied. First, we define a post-processing method that optimizes the trade-off between acquired image quality and X-ray dose. The Non-Local means filter is extended to restore EOS images. We then study how to combine it with a multi-scale contrast enhancement technique. The image quality for the diagnosis is optimized by defining non-parametric noise containment maps that limit the increase of noise depending on the amount of local redundant information captured by the filter. Secondly, we estimate exposure index (EI) values on EOS images which give an immediate feedback on image quality to help radiographers to verify the correct exposure level of the X-ray examination. We propose a landmark detection based approach that is more robust to potential outliers than existing methods as it exploits the redundancy of local estimates. Finally, the proposed joint denoising and contrast enhancement technique significantly increases the image quality with respect to an algorithm used in clinical routine. Robust image quality indicators can be automatically associated with clinical EOS images. Given the consistency of the measures assessed on preview images, these indices could be used to drive an exposure management system in charge of defining the optimal radiation exposure

La pertinence d'une application de traitement de signal relève notamment du choix d'une "représentation adéquate''. Par exemple, pour la reconnaissance de formes, la représentation doit mettre en évidence les propriétés salientes d'un signal; en débruitage, permettre de séparer le signal du bruit; ou encore en compression, de synthétiser fidèlement le signal d'entrée à l'aide d'un nombre réduit de coefficients. Bien que les finalités de ces quelques traitements soient distinctes, il apparait clairement que le choix de la représentation impacte sur les performances obtenues. La représentation d'un signal implique la conception d'un ensemble génératif de signaux élémentaires, aussi appelé dictionnaire ou atomes, utilisé pour décomposer ce signal. Pendant de nombreuses années, la conception de dictionnaire a suscité un vif intérêt des chercheurs dans des domaines applicatifs variés: la transformée de Fourier a été employée pour résoudre l'équation de la chaleur; celle de Radon pour les problèmes de reconstruction; la transformée en ondelette a été introduite pour des signaux monodimensionnels présentant un nombre fini de discontinuités; la transformée en contourlet a été conçue pour représenter efficacement les signaux bidimensionnels composées de régions d'intensité homogène, à frontières lisses, etc. Jusqu'à présent, les dictionnaires existants peuvent être regroupés en deux familles d'approches: celles s'appuyant sur des modèles mathématiques de données et celles concernant l'ensemble de réalisations des données. Les dictionnaires de la première famille sont caractérisés par une formulation analytique. Les coefficients obtenus dans de telles représentations d'un signal correspondent à une transformée du signal, qui peuvent parfois être implémentée rapidement. Les dictionnaires de la seconde famille, qui sont fréquemment des dictionnaires surcomplets, offrent une grande flexibilité et permettent d'être adaptés aux traitements de données spécifiques. Ils sont le fruit de travaux plus récents pour lesquels les dictionnaires sont générés à partir des données en vue de la représentation de ces dernières. L'existence d'une multitude de dictionnaires conduit naturellement au problème de la sélection du meilleur d'entre eux pour la représentation de signaux dans un cadre applicatif donné. Ce choix doit être effectué en vertu des spécificités bénéfiques validées par les applications envisagées. En d'autres termes, c'est l'usage qui conduit à privilégier un dictionnaire. Dans ce manuscrit, trois types de dictionnaire, correspondant à autant de types de transformées/représentations, sont étudiés en vue de leur utilisation en analyse d'images et en reconnaissance de formes. Ces dictionnaires sont la transformée de Radon, les moments basés sur le disque unitaire et les représentations parcimonieuses. Les deux premiers dictionnaires sont employés pour la reconnaissance de formes invariantes tandis que la représentation parcimonieuse l'est pour des problèmes de débruitage, de séparation des sources d'information et de classification. Cette thèse présentent des contributions théoriques validées par de nombreux résultats expérimentaux. Concernant la transformée de Radon, des pistes sont proposées afin d'obtenir des descripteurs de formes invariants, et conduisent à définir deux descripteurs invariants aux rotations, l'échelle et la translation. Concernant les moments basés sur le disque unitaire, nous formalisons les stratégies conduisant à l'obtention de moments orthogonaux. C'est ainsi que quatre moments harmoniques polaires génériques et des stratégies pour leurs calculs rapides sont introduits. Enfin, concernant les représentations parcimonieuses, nous proposons et validons un formalisme de représentation permettant de combiner les trois critères suivant : la parcimonie, l'erreur de reconstruction ainsi que le pouvoir discriminant en classification.

Dans cette thèse, nous proposons une méthode qui tente de répondre à la problématique de l'estimation de caractéristiques variées du tissu cérébral à partir de l'acquisition d'un nombre réduit d'échantillons de signaux IRM de diffusion in vivo. Ces caractéristiques doivent permettre l'étude de la structure locale du tissu cérébral, notamment dans la substance blanche. L'approche proposée est flexible quant à la caractéristique calculée et au nombre d'échantillons disponibles. Elle définit un formalisme générique qui d'une part, unifie de nombreux travaux précédents liés à l'estimation des fonctions de densité probabilité (PDF) de déplacement en IRM de diffusion, dont l'Imagerie du Tenseur de Diffusion (DTI) et le Q-Ball Imaging (QBI). D'autre part, elle permet aussi de définir et d'estimer de nouvelles caractéristiques originales: "vraie" ODF, probabilité de non diffusion, taille moyenne des cellules, etc. Nous proposons deux formalismes: un rapide et un autre robuste au bruit des images IRM. Nous validons notre approche par des comparaisons de résultats avec des méthodes de la littérature, sur des données synthétiques ainsi que des données d'un cerveau humain acquises in vivo dans un intervalle de temps modéré.

Depuis la disparition des royaumes Champa au cours du 19e siècle, la langue Cham qui est née et s'est développée à partir de 2e siècle, n'est plus vraiment utilisée chez les descendants des Champa. Le manque de transmission des connaissances et des documents de la culture Cham rend, l'étude de cette langue difficile pour les épigraphistes et les historiens. Par conséquent, le projet ANR CHAMDOC vise à préserver et proposer des outils pour étudier la langue Cham. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur l'analyse de deux types de documents Cham à savoir : des inscriptions, qui ont été gravées sur des stèles en pierre, du 6e au 15e siècle et des manuscrits datant du 18e siècle. Quelques travaux sur la numérisation des inscriptions ont été menés mais aucune étude n'a vraiment été réalisée. La collection de manuscrits, quant à elle, n'a jamais été exploitée. Ces deux collections de documents offrent de nombreux défis pour la communauté scientifique. Au cours de ces travaux, nous proposons un pipeline complet pour le traitement automatique de ces documents. Celui-ci est basé sur différentes techniques d'analyse d'images de documents. Les défis rencontrés proviennent des caractéristiques des documents eux-mêmes, mais aussi des spécificités linguistiques du Cham. Une analyse de ces caractéristiques a été menée afin de proposer des solutions adaptées aux inscriptions et aux manuscrits
Since the demise of Champa kingdoms during the 19th century, the Cham language that originated and developed from the 2nd century, is no longer really used among the descendants of the Champa. The lack of transmission of knowledge and documents of the Cham culture makes the study of this language difficult for epigraphists and historians. Therefore, the ANR CHAMDOC project aims to preserve and provide tools for studying the Cham language. In this thesis, we focused on the analysis of two types of Cham documents namely: inscriptions, which were engraved on stone steles, from 6th to 15th century; manuscripts dating from the 18th century. Some work on the digitization of inscriptions has started but no study has really been carried out. The collection of manuscripts, for its part, has never been exploited. These two collections offer many challenges for the scientific community. During this work, we propose a complete pipeline for the automatic processing of these documents. This is based on different DIA techniques. The challenges encountered come from the characteristics of the documents themselves, but also from the linguistic specificities of Cham. An analysis of these characteristics has been carried out in order to propose solutions adapted to inscriptions and manuscripts

Les systèmes d'aide à la conduite (ADAS) ont pour objectif d'assister le conducteur et en particulier d'améliorer la sécurité routière. Pour cela, différents capteurs sont généralement embarqués dans les véhicules afin, par exemple, d'avertir le conducteur en cas de danger présent sur la route. L'utilisation de capteurs de type caméra est une solution économiquement avantageuse et de nombreux ADAS à base de caméra voient le jour. Malheureusement, les performances de tels systèmes se dégradent en présence de conditions météorologiques défavorables, notamment en présence de brouillard ou de pluie, ce qui obligerait à les désactiver temporairement par crainte de résultats erronés. Hors, c'est précisément dans ces conditions difficiles que le conducteur aurait potentiellement le plus besoin d'être assisté. Une fois les conditions météorologiques détectées et caractérisées par vision embarquée, nous proposons dans cette thèse de restaurer l'image dégradée à la sortie du capteur afin de fournir aux ADAS un signal de meilleure qualité et donc d'étendre la gamme de fonctionnement de ces systèmes. Dans l'état de l'art, il existe plusieurs approches traitant la restauration d'images, parmi lesquelles certaines sont dédiées à nos problématiques de brouillard ou de pluie, et d'autres sont plus générales : débruitage, rehaussement du contraste ou de la couleur, "inpainting"... Nous proposons dans cette thèse de combiner les deux familles d'approches. Dans le cas du brouillard notre contribution est de tirer profit de deux types d'approches (physique et signal) afin de proposer une nouvelle méthode automatique et adaptée au cas d'images routières. Nous avons évalué notre méthode à l'aide de critères ad hoc (courbes ROC, contraste visibles à 5 %, évaluation sur ADAS) appliqués sur des bases de données d'images de synthèse et réelles. Dans le cas de la pluie, une fois les gouttes présentes sur le pare-brise détectées, nous reconstituons les parties masquées de l'image à l'aide d'une méthode d'"inpainting" fondée sur les équations aux dérivées partielles. Les paramètres de la méthode ont été optimisés sur des images routières. Enfin, nous montrons qu'il est possible grâce à cette approche de construire trois types d'applications : prétraitement, traitement et assistance. Dans chaque famille, nous avons proposé et évalué une application spécifique : détection des panneaux dans le brouillard ; détection de l'espace navigable dans le brouillard ; affichage de l'image restaurée au conducteur.

Les technologies d'acquisition numériques n'ont cessé de se perfectionner, permettant d'obtenir des données d'une qualité toujours plus fine. Néanmoins, le signal acquis est corrompu par des défauts qui ne peuvent être corrigés matériellement et nécessitent des méthodes de restauration adaptées. A l'origine, ces approches s'appuyaient uniquement sur un traitement local du signal. Récemment, le support du filtre a pu être étendu à l'ensemble des données acquises en exploitant leur caractère autosimilaire. Ces approches non locales ont principalement été utilisées pour restaurer des données régulières et structurées telles que des images. Mais dans le cas extrême de données irrégulières et non structurées comme les nuages de points 3D, leur adaptation est peu étudiée à l'heure actuelle. Avec l'augmentation de la quantité de données échangées, de nouvelles méthodes non locales ont récemment été proposées. Elles utilisent un modèle a priori extrait à partir de grands ensembles d'échantillons pour améliorer la qualité de la restauration. Néanmoins, ce type de méthode reste actuellement trop coûteux en temps et en mémoire. Dans cette thèse, nous proposons d'étendre les méthodes non locales aux nuages de points 3D, en définissant une surface de points exploitant leur caractère autosimilaire. Nous introduisons ensuite une nouvelle structure de données, le CovTree, flexible et générique, capable d'apprendre les distributions d'ensemble d'échantillons avec une capacité de mémoire limitée. Finalement, nous généralisons les méthodes de restauration collaboratives, en utilisant notre CovTree pour apprendre un modèle statistique a priori à partir d'un ensemble de données.

Dans ce chapitre les opérations subies par une image brute issue d’un capteur pour être transformée en image échangeable sont étudiées. Ces opérations, démosaïquage, débruitage, gamma-correction, compression laissent dans l’image des traces régulières. L’analyse statistique de ces traces permet de détecter leurs anomalies significatives signalant une éventuelle manipulation de l'image.