FR3110994A1 - Procédé de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur, programme d’ordinateur, dispositif et système associés - Google Patents

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Abstract

Procédé de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur, programme d’ordinateur, dispositif et système associés L’invention concerne un procédé (40) de reconstruction d’une image matricielle et représentative d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées, comprenant : - l’acquisition (52) d’une pluralité d’images, capturées par un même capteur en utilisant un éclairage distinct d’une image à l’autre, - la reconstruction (54) de ladite image matricielle, dans un espace de reconstruction distinct d’un espace spectral natif du capteur, en déterminant, pour chaque pixel les composantes spectrales, par combinaison pondérée des composantes spectrales de l’espace spectral natif du capteur d’image(s), ajustées photométriquement et associées au même pixel de chaque image de ladite pluralité d’images capturées, la pondération étant obtenue par résolution d’un système d’équations linéaires ayant au moins pour paramètres : une matrice de valeur prédéterminée associée aux conditions lumineuses prédéterminées, une matrice représentative à la fois de la réponse spectrale du capteur et de la distribution spectrale de chaque éclairage appliqué à chaque image capturée. Figure pour l'abrégé : Figure 2

Description

Procédé de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur, programme d’ordinateur, dispositif et système associés
La présente invention concerne un procédé de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur, l’image étant matricielle et représentative d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées.
La présente invention concerne également un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un tel procédé de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur.
La présente invention concerne également un dispositif de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur et un système de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur comprenant au moins un tel dispositif.
Pour reconstruire une image exacte en couleur, c’est-à-dire une image théorique reproduisant parfaitement les couleurs d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées, on considère généralement une image prise dans des conditions idéales, à savoir à l’aide d’un capteur électronique d’image(s) dont les sensibilités spectrales (ou réponses spectrales) correspondent aux sensibilités spectrales définies par le standard CIE XYZ (également appelé CIE 1931), et dans des conditions lumineuses prédéterminées, par exemple correspondant à un illuminant de référence, appartenant à la famille des illuminants de type D correspondant aux illuminants de type lumière du jour, notamment de type D65correspondant à la lumière naturelle en plein jour en zone tempérée, dont la température de couleur est 6500K, ou encore l’illuminant de type D50dont la température de couleur est 5000K, etc.
La distribution spectrale d’un éclairage correspondant à de telles conditions lumineuses prédéterminées est une fonction de la longueur d’onde , notée par exemple pour l’illuminant de référence de type D65.
Les réponses (X, Y, Z)i,jdu capteur électronique d’image(s) théorique de sensibilités spectralesau niveau du pixel (i, j) de l’image sont, par exemple, exprimées sous la forme suivante, en présence d’un éclairage prédéterminé d’une surface lambertienne de réflectance , par exemple correspondant à l’illuminant de référence de type D65, et noté :
(1)
où K est une constante de proportionnalité et où le domaine d’intégration est le spectre visible correspondant aux longueurs d’ondes dans le vide de 380nm à 780nm.
Les sensibilités spectrales d’un capteur électronique d’image(s) tel qu’un capteur embarqué au sein d’une caméra sont en pratique différentes des sensibilités spectrales définies par le standard CIE XYZ. Les couleurs sont généralement exprimées dans un espace appelé RVB pour Rouge Vert Bleu (en anglais CIE RGB pourRed Green Blue). De même, en pratique, l’éclairage est également différent de l’illuminant de référence théorique considéré.
En pratique, un signal lumineux reçu au niveau du pixel (i, j) de l’image obtenue par un capteur embarqué au sein d’une caméra aux réponses spectraleslors de l’éclairage d’une surface lambertienne de réflectance est alors plutôt généralement exprimé sous la suivante :
(2).
Il est possible de construire une matrice de conversion de l’espace, par exemple RVB, natif du capteur d’image(s) vers l’espace CIE XYZ, par exemple en prenant en image de référence contenant un ensemble de cibles de réflectances connues. Toutefois, les valeurs XYZ ainsi obtenues sont approximatives car la conversion ainsi calculée induit des pertes. Autrement dit, l’image obtenue en pratique est impropre à reproduire parfaitement les couleurs réelles de la scène.
Il existe donc un besoin pour reconstruire une image théorique reproduisant parfaitement les couleurs perceptibles réellement.
Par ailleurs, un tel besoin de reconstruction fidèle d’une image théorique est également transposable à des spectres autres que le spectre visible tel que l’infrarouge ou encore les ultraviolets, ou tout autre spectre où une reconstruction d’image est applicable.
A cet effet, l’invention porte sur un procédé de reconstruction d’une image, notamment une image exacte en couleur, l’image étant matricielle et représentative d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- acquisition d’une pluralité d’images de ladite scène, capturées par un même capteur d’image(s) immobile, chaque image de ladite pluralité étant capturée en utilisant un éclairage distinct d’une image à l’autre,
- reconstruction numérique de ladite image matricielle, dans un espace de reconstruction adapté à une gamme de longueurs d’ondes prédéterminée, notamment l’espace colorimétrique CIE XYZ, l’espace de reconstruction étant distinct d’un espace spectral natif du capteur d’image(s), en déterminant, pour chaque pixel de ladite image matricielle, les composantes spectrales, notamment les composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique CIE XYZ, par combinaison pondérée des composantes spectrales de l’espace spectral natif du capteur d’image(s), notamment des composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s), ajustées photométriquement et associées au même pixel de chaque image de ladite pluralité d’images capturées,
la pondération de chaque composante spectrale de l’espace spectral natif du capteur d’image(s) ajustée, notamment de chaque composante colorimétrique de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s) ajustée, étant obtenue par résolution d’un système d’équations linéaires dont l’écriture matricielle a au moins pour paramètres : une matrice de valeur prédéterminée associée aux conditions lumineuses prédéterminées, une matrice représentative à la fois de la réponse spectrale du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement appliqué lors de l’acquisition de chaque image associée de ladite pluralité.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé de reconstruction d’une image exacte en couleur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le procédé comprend en outre une étape préalable de sélection de chaque éclairage à appliquer au cours de ladite étape d’acquisition pour acquérir respectivement chaque image de ladite pluralité d’images de ladite scène capturée par le capteur d’image(s), l’ensemble des éclairages sélectionnés étant propre à balayer tout un spectre lumineux prédéterminé en respectant un critère de décorrélation spectrale prédéterminé entre chaque paire d’éclairages dudit ensemble ;
- chaque éclairage correspond à une source de lumière de longueur d’ondes prédéterminée, notamment une source de lumière colorée, ou est obtenu par application d’au moins un filtre de longueur d’onde prédéterminée, notamment un filtre coloré, combiné à une source de lumière blanche, les transmittances de chaque filtre, notamment de chaque filtre coloré, sélectionné étant au moins partiellement décorrélées selon un critère de longueur d’onde dominante différente deux à deux et/ou de bande passante au moins partiellement disjointe deux à deux ;
- le procédé comprend en outre, après mise en œuvre de l’étape préalable de sélection, une étape de caractérisation spectrale de chaque éclairage ;
- le procédé comprend en outre une étape préalable d’acquisition des informations de sensibilités spectrales du capteur d’image(s) ;
- à partir de la caractérisation spectrale préalable de chaque éclairage et à partir des informations de sensibilités spectrale du capteur d’image(s), le procédé comprend en outre une étape d’obtention de la matrice représentative à la fois des réponses spectrales du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement utilisé lors de l’acquisition de chaque image associée de ladite pluralité ;
- le procédé comprend en outre une étape d’ajustement de l’exposition de ladite image matricielle reconstruite par application d’un gain numérique propre à rendre la luminance de ladite image matricielle reconstruite identique à la luminance moyenne de la scène.
- le procédé comprend en outre une étape de conversion de ladite image matricielle reconstruite, obtenue dans espace de reconstruction adapté à une gamme de longueurs d’ondes prédéterminée, notamment l’espace colorimétrique CIE XYZ, dans un autre espace de conversion prédéterminé, notamment un espace colorimétrique prédéterminé, distinct à la fois :
- dudit espace de reconstruction adapté à une gamme de longueurs d’ondes prédéterminée, notamment l’espace colorimétrique CIE XYZ, et
- de l’espace spectral natif du capteur d’image(s), notamment de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s) ;
- le procédé comprend en outre une étape d’exportation de ladite image matricielle reconstruite ou de ladite image matricielle construite dans un format de fichier prédéterminé.
L’invention a également pour objet un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé de reconstruction d’une image exacte en couleur tel que défini ci-dessus.
L’invention a également pour objet un dispositif de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur, l’image étant matricielle et représentative d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées, le dispositif étant propre à mettre en œuvre les étapes suivantes :
- acquisition d’une pluralité d’images de ladite scène, capturées par un même capteur d’image(s) immobile, chaque image de ladite pluralité étant capturée en utilisant un éclairage distinct d’une image à l’autre,
- reconstruction numérique de ladite image matricielle, dans un espace de reconstruction adapté à une gamme de longueurs d’ondes prédéterminée, notamment l’espace colorimétrique CIE XYZ, l’espace de reconstruction étant distinct d’un espace spectral natif du capteur d’image(s), en déterminant, pour chaque pixel de ladite image matricielle, les composantes spectrales, notamment les composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique CIE XYZ, par combinaison pondérée des composantes spectrales de l’espace spectral natif du capteur d’image(s), notamment des composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s), ajustées photométriquement et associées au même pixel de chaque image de ladite pluralité d’images capturées,
la pondération de chaque composante spectrale de l’espace spectral natif du capteur d’image(s) ajustée, notamment de chaque composante colorimétrique de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s) ajustée, étant obtenue par résolution d’un système d’équations linéaires dont l’écriture matricielle a au moins pour paramètres : une matrice de valeur prédéterminée associée aux conditions lumineuses prédéterminées, une matrice représentative à la fois de la réponse spectrale du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement appliqué lors de l’acquisition de chaque image associée de ladite pluralité.
L’invention a également pour objet un système de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur, l’image étant matricielle et représentative d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées, le système comprenant au moins le dispositif précité, un capteur d’image(s) propre à capturer une pluralité d’images et un système d’éclairage propre à appliquer un éclairage distinct lors de chaque capture d’image de ladite pluralité, chaque éclairage correspond à une source de lumière de longueur d’onde prédéterminée, notamment une source de lumière colorée, ou est obtenu par application d’au moins un filtre de longueur d’onde prédéterminée, notamment un filtre coloré, combiné à une source de lumière blanche, les transmittances de chaque filtre, notamment de chaque filtre coloré, sélectionné étant au moins partiellement décorrélées selon un critère de longueur d’onde dominante différente deux à deux et/ou de bande passante au moins partiellement disjointe deux à deux.
Suivant un autre aspect avantageux du système de reconstruction selon l’invention, lorsque l’éclairage est obtenu par application d’au moins un filtre de longueur d’onde prédéterminée, notamment un filtre coloré, combiné à une source de lumière blanche, ledit au moins un filtre de longueur d’onde prédéterminée, notamment un filtre coloré, est placé entre ladite source de lumière blanche et la scène cible de l’image à capturer, ou placé entre ladite scène cible de l’image à capturer et le capteur d’image(s).
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la est une représentation schématique d’un système de reconstruction d’une image, notamment une image exacte en couleur ;
- la est un organigramme d’un procédé de reconstruction d’une image, notamment une image exacte en couleur selon la présente invention.
Un système 10 de reconstruction d’une image, notamment une image exacte en couleur est représenté sur la . Par la suite par « image exacte en couleur » on entend une image théorique reproduisant parfaitement les couleurs d’une scène statique S sous conditions lumineuses prédéterminées.
Une telle scène statique S correspond notamment à une scène associée à la photographie de haute qualité d'un produit ou objet O, également connue sous le nom de « pack shot », servant à présenter le produit sur catalogue, sur un site web ou encore dans une démarche de contrôle qualité au sein d'une entreprise.
De manière non représentée, une telle scène statique S correspond à une scène de prise de vue dans le domaine médical, notamment dentaire, afin d’obtenir les teintes réelles de la dentition des patients pour la fabrique de prothèses dentaires par un prothésiste à distance, ou encore dermatologique pour l’évaluation de taches ou encore de grains de beauté.
Selon la présente invention, le système 10 de reconstruction d’une image, notamment une image exacte en couleur comprend un dispositif électronique 12 de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur, l’image étant matricielle et représentative de la scène parfaitement statique S sous conditions lumineuses prédéterminées, un capteur d’image(s) C embarqué au sein d’une caméra, au sein d’un appareil photo numérique ou encore au sein d’un terminal mobile tel qu’un ordiphone (de l’anglaissmartphone) ou une tablette 70 numérique multimédia à écran tactile, immobile notamment fixé sur un pied ou trépied, propre à capturer une pluralité d’images et, le cas échéant, un système d’éclairage propre à appliquer une lumière distincte lors de chaque capture d’image de ladite pluralité, chaque lumière correspondant à une source de lumière (i.e. flash) par exemple colorée non représentée, ou étant par exemple obtenue par application d’au moins un filtre F coloré combiné à une source de lumière blanche (i.e. bande spectrale très large) pour éclairer la scène ou l’objet à mesurer, la lumière blanche étant identique pour chaque capture d’image de ladite pluralité. En particulier, chaque filtre F coloré appliqué correspond à un filtre coloré classique ou à un filtre coloré à bande de filtration plus ou moins large et non uniquement à un filtre coloré à bande de filtration étroite tel qu’un filtre coloré passe-bande ou à un filtre coloré passe-bas ou encore passe-haut.
Par ailleurs, le spectre couvert par le système 10 de reconstruction est le plus petit commun entre le capteur d’image(s) C et la source de lumière utilisée (i.e. colorée selon un premier mode de réalisation ou blanche selon un deuxième mode de réalisation tel qu’indiqué ci-dessus). Par exemple, la présente invention mise en œuvre avec un capteur CMOS peut mesurer de l’ultraviolet à l’infrarouge.
Ci-après, la présente invention est notamment décrite en détails en se focalisant sur une application de reconstruction d’image exacte en couleur associée au spectre visible par l’œil humain.
Une telle description est aisément transposable pour toute autre reconstruction d’image associée à des sensibilités spectrales tout ou partie en dehors du spectre visible tel que le spectre de l’ultraviolet ou encore de l’infrarouge, notamment pour la reconstruction d’image, communément désignée par image en « fausses couleurs », pour de l’imagerie technique tel que l’imagerie astronomique, l’imagerie satellite, l’imagerie médicale, ou de prospection minière, et ce en utilisant un espace de reconstruction adapté à la gamme de longueurs d’ondes du spectre non visible considérée et/ou à l’application souhaitée, par exemple un espace de reconstruction « fausses-couleurs » distinct de l’espace colorimétrique CIE XYZ associé au spectre visible.
Des filtres colorés distincts, les couleurs étant représentées avec des textures distinctes sur la , sont appliqués par exemple au moyen d’un disque comprenant un ensemble de filtres colorés prédéterminés F disposés en anneau.
Selon un aspect particulier du système selon la présente invention, lorsque la lumière est obtenue par application d’au moins un filtre coloré combiné à une source de lumière blanche tel qu’illustré par la , ledit au moins un filtre coloré est placé entre ladite source de lumière blanche et la scène cible de l’image à capturer tel qu’illustré par la ou, de manière non représentée, placé entre le capteur d’image(s) et ladite scène cible de l’image à capturer.
Par la suite, il est considéré que l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s) est un espace colorimétrique RVB.
Selon la présente invention, on considère que le système d’éclairage, propre à appliquer une lumière distincte lors de chaque capture d’image de ladite pluralité, offrenéclairages distincts (i.e. sources d’éclairage distinctes) notés avecnsupérieur ou égal à deux, au niveau d’un pixel (i,j) donné de chaque image de la pluralité d’images. Pour un point de l’espace de la scène parfaitement statique S correspondant au pixel (i,j) collecté par le capteur d’image(s) C, le capteur d’image(s) est propre à capturer une image par lumière distincte soitnimages et doncntriplets composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s), notamment RVB, associés au pixel (i,j).
Selon la présente invention, le dispositif électronique 12 de reconstruction d’une image exacte en couleur comprend un module 14 d’acquisition configuré pour acquérir la pluralité d’images de ladite scène S capturées par le capteur d’image(s) C immobile, chaque image de ladite pluralité étant capturée en appliquant une lumière distincte d’une image à l’autre, chaque lumière correspondant à une source de lumière colorée non représentée, ou étant obtenue par application d’au moins un filtre F coloré combiné à une source de lumière blanche.
Le dispositif électronique 12 comprend en outre un module 16 de reconstruction numérique de ladite image matricielle, dans l’espace colorimétrique CIE XYZ, en déterminant, pour chaque pixel de ladite image matricielle, les composantes colorimétriques XYZ, par combinaison pondérée des composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s) de la caméra, par exemple des composantes colorimétriques RVB ou plus généralement des composantes colorimétriques fournies par les canaux de la caméra propre à être monochrome ou encore multispectrale, etc., associées au même pixel et ajustées « photométriquement » , l’ajustement photométrique étant la combinaison de l’application d’une fonction de conversion mathématique ramenant les composantes colorimétriques fournies à des valeurs tenant compte des paramètres d’exposition de l’image et des métadonnées du capteur d’image(s) tels que l’ISO, le temps d’exposition, l’ouverture, la fonction de linéarité ou encore le niveau de noir du capteur, avec la prise en compte de l’éventuel éclairage ambiant de la scène, par exemple en appliquant une soustraction des composantes colorimétriques fournies au composantes colorimétriques obtenues lors de l’acquisition d’une image sans appliquer de lumière additionnelle. Cette technique d’élimination de l’éventuel éclairage ambiant de la scène est applicable pour un éclairage ambiant inconnu et constant uniquement entre la prise de vue avec flash additionnel et la prise de vue sans flash (avant et/ou après chaque flash de couleur avec un temps très court en pratique). La pondération de chaque composante colorimétriques de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s), notamment RVB, ajustée photométriquement est obtenue par résolution d’un système d’équations linéaires dont l’écriture matricielle a au moins pour paramètres : une matrice de valeur prédéterminée associée aux conditions lumineuses prédéterminées, une matrice représentative à la fois de la réponse spectrale du capteur d’image(s)et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement appliqué lors de l’acquisition de chaque image associée de ladite pluralité.
Plus précisément, le module 16 de reconstruction numérique est configuré pour combiner lesntriplets associés au pixel (i,j) afin d’obtenir la cible théorique exacte en couleur à partir denfois l’équation (2) précédemment indiquée respectivement associée à chaque éclairage .
Pour obtenir un pixel (i,j) exact en couleur défini dans l’équation théorique (1) il est nécessaire de déterminer les pondérations telles que :
(3)
étant une famille de matrices de taille trois par trois de pondération des réponses du capteur d’image(s) au pixel (i,j).
En injectant les équations (1) et (2) dans l’équation (3), on obtient les égalités suivantes :
dont une solution est exprimée par l’équation suivante :
(4)
La discrétisation de l’équation (4) ci-dessus revient à :
(5)
avec correspondant à un produit de vecteurs terme à terme.
En notant la matrice représentative à la fois de la réponse spectrale réelle du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale réelle de chaque éclairage respectivement appliqué au niveau du pixel (i,j) lors de l’acquisition de chaque image et définie de la manière suivante :
avec le nombre de longueurs d’ondes après discrétisation selon la longueur d’onde de l’équation (4),
la matrice théorique issue de l’équation (5) telle que définie de la manière suivante :
un changement d’illuminant de référence, par exemple pour passer de à étant donc, selon la présente invention, pris en compte mathématiquement directement au sein de la matrice théorique ,
et la matrice définie de la manière suivante :
(8)
Alors l’équation (5) revient à ce que soit la solution du système d’équations linéaires illustré par l’écriture matricielle suivante :
(9)
avec au moins une valeur théorique prédéterminée associée aux conditions lumineuses prédéterminées correspondant aux valeurs de la matrice théorique , une matrice représentative à la fois de la réponse spectrale du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement appliqué lors de l’acquisition de chaque image.
Selon un premier mode de réalisation non représenté, le dispositif électronique de reconstruction 12 d’une image exacte en couleur comprend uniquement le module d’acquisition 14 et le module de reconstruction 16, le module de reconstruction 16 recevant et/ou stockant la pondération de chaque composante colorimétrique de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s), notamment RVB, ajustée photométriquement obtenue au préalable par un calculateur externe au dispositif de reconstruction d’une image exacte en couleur.
A titre d’alternative tel qu’illustré par le deuxième mode de réalisation de la , le dispositif électronique de reconstruction 12 comprend des modules additionnels permettant un calcul autonome (i.e. sans dépendance à un calculateur externe) de la pondération obtenue par résolution du système d’équations linéaires dont l’écriture matricielle est illustrée par l’équation (9) ci-dessus.
En particulier, le dispositif électronique de reconstruction 12 comprend en outre un module 18 de sélection configuré pour sélectionner chaque éclairage noté à appliquer au cours de ladite étape d’acquisition pour acquérir respectivement chaque image de ladite pluralité d’images de ladite scène capturées par un même capteur d’image(s) immobile, l’ensemble des éclairages sélectionnés étant propre à balayer tout un spectre lumineux prédéterminé en respectant un critère de décorrélation prédéterminé entre chaque paire d’éclairages dudit ensemble.
En particulier, un tel module de sélection 18 est par exemple propre à sélectionner des éclairages produits chacun au moyen d’un filtre coloré, chaque éclairage étant produit au moyen d’un filtre coloré dont la transmittance spectrale varie d’un éclairage à un autre, les transmittances de chaque filtre coloré sélectionné étant au moins partiellement décorrélées selon un critère de longueur d’onde dominante différente deux à deux et/ou de bande passante au moins partiellement disjointe deux à deux, un recouvrement des bandes passantes spectrales des filtres colorés étant possible mais sans être significatif.
Selon un aspect complémentaire facultatif de ce deuxième mode de réalisation, le dispositif électronique de reconstruction 12 comprend en outre un module 20 de caractérisation configuré pour caractériser (i.e. mesurer) chaque éclairage sélectionné. Un tel module de caractérisation 20 est notamment activé une seule fois par ensemble d’éclairages sélectionnés, par exemple à l’installation du studio de capture d’image(s), et/ou encore activé de manière périodique par exemple selon une périodicité annuelle successive à l’installation du studio de capture d’image(s). Un tel module 20 de caractérisation est par exemple composé d’une part d’un ou plusieurs instruments de mesure tels qu’un spectromètre ou encore un luxmètre, et d’autre part d’une partie logicielle de pilotage de cet ou ces instruments et/ou de stockage et traitement des données de caractérisation fournies par l’un de ces instruments ou par leur combinaison. En particulier, la mesure de lumière mise en œuvre par le luxmètre est propre à être mis en œuvre à chaque éclairage (i.e. dès qu’un flash est lancé).
Selon un aspect complémentaire facultatif de ce deuxième mode de réalisation, le dispositif électronique de reconstruction 12 comprend en outre un module 22 d’obtention (i.e. acquisition) des informations de sensibilités spectrales du capteur d’image(s) C. Un tel module d’obtention 22 est notamment activé une seule fois par ensemble d’éclairages sélectionnés, ou encore activé de manière périodique par exemple selon une périodicité annuelle. Un tel module d’obtention 22 est par exemple composé d’une part d’un instrument de mesure configuré pour mesurer les informations de sensibilités spectrales du capteur d’image(s) C, et d’autre part d’une partie logicielle de pilotage de cet instrument et/ou de stockage et traitement des mesures fournies par cet instrument.
Selon un aspect complémentaire de ce deuxième mode de réalisation, le dispositif électronique de reconstruction 12 comprend en outre un module 24 de calcul configuré pour obtenir, à partir de la caractérisation préalable de chaque éclairage et à partir des informations de sensibilités spectrales du capteur d’image(s) C, la matrice représentative à la fois de la réponse spectrale du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement appliqué lors de l’acquisition de chaque image à combiner pour reconstruire l’image exacte en couleur.
Selon un aspect complémentaire de ce deuxième mode de réalisation, le dispositif électronique de reconstruction 12 comprend en outre un module 26 de résolution configuré pour construire et résoudre le système d’équations linéaires dont l’écriture matricielle est illustrée par l’équation (9).
Selon un aspect particulier optionnel, le système d’équation linéaires dont l’écriture matricielle est illustrée par l’équation (9) est en outre propre à être simplifié par le module de résolution 26 en considérant notamment que la distribution spectrale théorique de l’éclairage, par exemple correspondant à l’illuminant de référence de type , étant constante, est par ailleurs exprimable sous la forme suivante :
(10)
où est un gain spatial théorique associé à la géométrie de la scène S de l’illuminant de référence de type associé au pixel (i,j) et où la matrice est normalisée avec une valeur arbitraire de l’illuminant de référence, par exemple, de type .Selon cet aspect simplificateur, il est par ailleurs considéré que chaque éclairage réel distinct noté est fonction d’une distribution spectrale identique dans l’espace à un facteur géométrique près, tel que :
(11)
où est le gain spatial de chaque éclairage normalisé au pixel (i,j). Alors en notant le vecteur ( ) et la matrice construite avec les valeurs normalisées , l’équation (9) devient :
ou encore (12).
Lorsque, selon une première hypothèse, est connu pour chaque pixel (i,j), les valeurs sont en conséquences sélectionnables pour obtenir le rendu d’image souhaité, si bien que la solution de pondération est alors indépendante de la position du pixel (i,j) unique pour toute l’image et alors notée .
De même, lorsque, selon une deuxième hypothèse, chaque éclairage réel distinct noté illumine la scène de manière identique en tout point, alors :
= et alors est propre à être réduit à une valeur scalaire si bien que la solution de pondération est alors indépendante également de la position du pixel (i,j) à un facteur près, ce qui permet d’obtenir l’équation suivante :
(13)
où est une constante à déterminer et propre à définir si l’image reconstruite par la suite est correctement exposée ou non.
Selon une option supplémentaire, le module de résolution 26 est propre à utiliser une régularisation de Tikhonov. En effet, la matrice de l’équation (6) est mal conditionnée, et pour améliorer la résolution de l’équation (12) l’utilisation d’une régularisation de Tikhonov est proposée selon la présente invention afin de limiter la norme de chaque vecteur de la matrice W et donc d’empêcher certains coefficients d’obtenir des valeurs trop élevées propres à augmenter l’incertitude lors de la résolution du système d’équations linéaires. L’équation (12) est alors propre à prendre la forme suivante :
(14)
où est une matrice diagonale et un coefficient de régularisation propre à être déterminé empiriquement.
Selon le deuxième mode de réalisation illustré par la , le module 26 de résolution est donc configuré pour délivrer après obtention par résolution du système d’équations linéaires, la pondération de chaque composante colorimétrique de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s), notamment RVB, ajustée photométriquement au module 16 de reconstruction numérique de l’image matricielle exacte en couleur obtenue dans l’espace CIE XYZ.
En complément facultatif, le dispositif électronique 12 de reconstruction d’une image exacte en couleur comprend également un module 28 d’ajustement configuré pour ajuster l’exposition de ladite image matricielle reconstruite par application d’un gain numérique propre à rendre la luminance de ladite image matricielle reconstruite identique à la luminance moyenne de la scène. En particulier, un tel gain de l’image reconstruite est paramétrable selon les besoins/souhaits de restitution de l’image, ou calculable en fonction d’une image de référence de ladite scène S capturée par le capteur d’image(s) sous une lumière blanche classique.
En complément facultatif, le dispositif électronique 12 de reconstruction d’une image exacte en couleur comprend également un module 30 de conversion configuré pour convertir ladite image matricielle reconstruite obtenue dans l’espace colorimétrique XYZ (i.e. CIE XYZ également appelé CIE 1931) dans un autre espace colorimétrique prédéterminé et à la fois distinct dudit espace colorimétrique XYZ et distinct de l’espace colorimétrique, par exemple RVB, natif du capteur d’image(s) (i.e. l’espace colorimétrique directement issu de la conception du capteur d’image(s) et par conséquent propre à celui-ci).
En complément facultatif, le dispositif électronique 12 de reconstruction d’une image exacte en couleur comprend également un module 31 d’exportation configuré pour exporter ladite image matricielle reconstruite dans un format de fichier prédéterminé (e.g. JPG, DNG, TIFF, etc.) pour stocker ladite image matricielle.
Dans l’exemple de la , le dispositif 12 de reconstruction d’une image exacte en couleur comporte une unité de traitement d’informations 32, formée par exemple d’une mémoire 34 associée à un processeur 36 tel qu’un processeur de type CPU (de l’anglais Central Processing Unit) et/ou GPU (de l’anglais Graphics Processing Unit).
Dans l’exemple de la , le module 14 d’acquisition, le module 16 de reconstruction numérique, le module 18 de sélection, optionnellement le module 20 de caractérisation, optionnellement le module 22 d’obtention, le module 24 de calcul, le module 26 de résolution, le module 28 d’ajustement, le module 30 de conversion et le module 31 d’exportation sont réalisés chacun, au moins en partie, sous forme d’un logiciel exécutable par le processeur 36.
La mémoire 34 de l’unité de traitement d’informations 32 est alors apte à stocker un logiciel d’acquisition, un logiciel de reconstruction numérique, un logiciel de sélection, un logiciel de caractérisation, un logiciel d’obtention, un logiciel de calcul, un logiciel de résolution, un logiciel d’ajustement, un logiciel de conversion et un logiciel d’exportation.
Le processeur 36 est alors apte à exécuter, le logiciel d’acquisition, le logiciel de reconstruction numérique, le logiciel de sélection, le logiciel de caractérisation, le logiciel d’obtention, le logiciel de calcul, le logiciel de résolution, le logiciel d’ajustement, le logiciel de conversion et le logiciel d’exportation.
En variante non représentée, le module 14 d’acquisition, le module 16 de reconstruction numérique, le module 18 de sélection, le module 20 de caractérisation, le module 22 d’obtention, le module 24 de calcul, le module 26 de résolution, le module 28 d’ajustement, le module 30 de conversion et le module 31 d’exportation sont réalisés chacun, au moins en partie, sous forme d’un composant logique programmable, tel qu’un FPGA (de l’anglaisField Programmable Gate Array), ou encore sous forme d’un circuit intégré dédié, tel qu’un ASIC (de l’anglaisApplication Specific Integrated Circuit).
Lorsqu’au moins une partie du dispositif électronique 12 de reconstruction d’une image exacte en couleur est réalisée sous forme d’un ou plusieurs logiciels, c’est-à-dire sous forme d’un programme d’ordinateur, il est en outre apte à être enregistré sur un support, non représenté, lisible par ordinateur. Le support lisible par ordinateur est par exemple, un médium apte à mémoriser des instructions électroniques et à être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support lisible est un disque optique, un disque magnéto-optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, tout type de mémoire non volatile (par exemple EPROM, EEPROM, FLASH, NVRAM), une carte magnétique ou une carte optique. Sur le support lisible est alors mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions logicielles.
Selon le deuxième mode de réalisation de la , le dispositif électronique 12 comprend l’ensembles des modules 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 et 31 précités. A titre d’alternative, selon un ou plusieurs modes de réalisation intermédiaires non représentés entre le premier mode de réalisation, où le dispositif électronique 12 comprend uniquement les modules 14 et 16 et le deuxième mode de réalisation précité, le dispositif électronique 12 comprend les modules 14 et 16 et une partie des modules 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 et 31, les modules non compris dans le dispositif électronique 12 étant soit externes ou alors non intégrés car optionnels et non retenus pour le mode de réalisation intermédiaire considéré.
Enfin, selon la , le dispositif électronique 12 est externe à la caméra ou à l’appareil photo numérique comprenant le capteur d’image(s) C et notamment intégré au sein d’un ordinateur, mais selon un autre mode de réalisation, non représenté, le dispositif électronique 12, notamment logiciel, est directement embarqué au sein de la caméra ou de l’appareil photo numérique comprenant le capteur d’image(s).
Le fonctionnement du dispositif électronique de reconstruction d’une image exacte en couleur va désormais être expliqué à l’aide de la représentant un organigramme d’un procédé 40 de reconstruction d’une image exacte en couleur selon le deuxième mode de réalisation illustré par la .
Selon une première étape 42 optionnelle, le dispositif électronique 12, via le module de sélection 18, sélectionne chaque source d’éclairage propre à appliquer respectivement un éclairage noté au cours de l’étape d’acquisition de chaque image de ladite pluralité d’images de ladite scène capturées par le même capteur d’image(s) immobile C.
Une telle étape 42 est optionnelle et mise en œuvre en amont lors de la conception matérielle du système de reconstruction d’une image matricielle selon la présente invention en sélectionnant les conditions lumineuses prédéterminées à appliquer telles que les LEDS ou filtres à utiliser pour former le système d’éclairage et sélectionnés au sein d’un catalogue existant.
Puis selon l’étape 44 optionnelle et notamment mise en œuvre lors de l’installation du studio de capture d’image(s) puis périodiquement, le dispositif électronique 12, via le module de caractérisation 20 précité, caractérise réellement chaque éclairage , notamment par mesure au moyen d’un luxmètre.
En parallèle, selon l’étape 46 optionnelle et notamment mise en œuvre lors de l’installation du studio de capture d’image(s) puis périodiquement, le dispositif électronique 12, via le module 22 d’obtention précité, acquiert les informations de sensibilités spectrales réelles du capteur d’image(s) C.
Selon l’étape 48, le dispositif électronique 12, via le module 24 de calcul, obtient, à partir de la caractérisation préalable de chaque source d’éclairage propre à appliquer un éclairage et à partir des informations de sensibilités spectrales du capteur d’image(s) C, la matrice représentative à la fois de la réponse spectrale du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement appliqué lors de l’acquisition de chaque image à combiner pour reconstruire l’image exacte en couleur.
Selon l’étape 50, le dispositif électronique 12, via le module de résolution 26, construit et résout le système d’équations linéaires dont l’écriture matricielle est illustrée par l’équation (9), ou encore par l’équation (12) ou encore par l’équation (13) ou encore par l’équation (14) selon les capacités de résolution du module 26 et les hypothèses de calcul applicables telles qu’explicitées précédemment. Une telle résolution 50 fournit la pondération à appliquer respectivement à chaque image capturée avec un éclairage distinct d’une image à une autre.
Selon l’étape 52, le dispositif électronique 12, via le module d’acquisition 14, acquiert la pluralité d’images de ladite scène S capturées par le même capteur d’image(s) C immobile, chaque image de ladite pluralité étant capturée en appliquant un éclairage distinct d’une image à l’autre . Ici on considère notamment par « acquisition » le fait que le module 14 reçoit, de la caméra ou de l’appareil photo numérique les images capturées par le même capteur d’image(s) C immobile embarqué au sein de la caméra ou de l’appareil photo numérique.
Selon l’étape 54, le dispositif électronique 12, via le module 16 de reconstruction, construit (i.e. reconstruit) l’image exacte en couleur en déterminant, pour chaque pixel de ladite image matricielle, les composantes colorimétriques XYZ, par combinaison pondérée des composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s), par exemple des composantes colorimétriques RVB, ajustées photométriquement et associées au même pixel de chaque image de ladite pluralité d’images capturées.
Selon l’étape 56, le dispositif électronique 12, via le module d’ajustement 28, ajuste l’exposition de ladite image matricielle reconstruite par application d’un gain numérique propre à rendre la luminance de ladite image matricielle reconstruite identique à la luminance moyenne de la scène. Un tel gain de l’image reconstruite est notamment paramétrable selon les besoins/souhaits de restitution de l’image, ou calculable en fonction d’une image de référence de ladite scène S capturée par le capteur d’image(s) sous une lumière blanche classique.
Selon l’étape 58 facultative, le dispositif électronique 12, via le module de conversion 30, convertit ladite image matricielle reconstruite obtenue dans l’espace colorimétrique XYZ dans un autre espace colorimétrique prédéterminé et à la fois distinct dudit espace colorimétrique XYZ et distinct de l’espace colorimétrique, notamment RVB, natif du capteur d’image(s).
Selon l’étape 60, le dispositif électronique 12, via le module d’exportation 31, exporte ladite image matricielle reconstruite dans un format de fichier prédéterminé.
L’homme du métier comprendra que l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits, ni aux exemples particuliers de la description.
De plus, l’homme du métier conçoit ainsi que le dispositif électronique 12, et le procédé de reconstruction d’une image exacte en couleur selon l’invention permettent d’obtenir une retouche couleur automatisée avec une qualité de couleur parfaite et constante reproduisant fidèlement la perception réelle des couleurs de la scène et/ou de l’objet capturé(e).
Le dispositif électronique 12 est ainsi un instrument de mesure colorimétrique de la surface/texture d’objets plats ou volumiques.
Une telle reconstruction fidèle des couleurs réelles permet en outre une application à la simulation de telles couleurs pour évaluer par exemple virtuellement si la couleur d’un produit/objet est en accord avec celle d’autres produits/objet ou du teint de personnes(s). Avantageusement, la présente invention ne requiert aucune connaissance sur la réflectance, la brillance, la texture, etc. des objets de la scène S capturée par image.
Par ailleurs, une telle reconstruction se caractérise par un temps de calcul faible associé à la combinaison des images.
De plus, une telle reconstruction est propre à être mise en œuvre pour n’importe quel illuminant de référence, un changement d’illuminant de référence étant pris en compte au sein de la pondération résultant de la résolution du système d’équations linéaires précité et appliquée selon l’invention, sans nécessiter de capture d’image(s) additionnelle. Autrement dit, un changement d’illuminant de référence impacte uniquement la combinaison des images sans requérir de prise de vue supplémentaire.
Ainsi, selon la présente invention la scène S est restituée avec l’agencement d’éclairage réel en considérant que les sources lumineuses de chaque éclairage produisent une forme d’éclairage identique.

Claims (13)

  1. Procédé (40) de reconstruction d’une image, notamment une image exacte en couleur, l’image étant matricielle et représentative d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    - acquisition (52) d’une pluralité d’images de ladite scène, capturées par un même capteur d’image(s) immobile, chaque image de ladite pluralité étant capturée en utilisant un éclairage distinct d’une image à l’autre,
    - reconstruction (54) numérique de ladite image matricielle, dans un espace de reconstruction adapté à une gamme de longueurs d’ondes prédéterminée, notamment l’espace colorimétrique CIE XYZ, l’espace de reconstruction étant distinct d’un espace spectral natif du capteur d’image(s), en déterminant, pour chaque pixel de ladite image matricielle, les composantes spectrales, notamment les composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique CIE XYZ, par combinaison pondérée des composantes spectrales de l’espace spectral natif du capteur d’image(s), notamment des composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s), ajustées photométriquement et associées au même pixel de chaque image de ladite pluralité d’images capturées,
    la pondération de chaque composante spectrale de l’espace spectral natif du capteur d’image(s) ajustée, notamment de chaque composante colorimétrique de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s) ajustée, étant obtenue par résolution d’un système d’équations linéaires dont l’écriture matricielle a au moins pour paramètres : une matrice de valeur prédéterminée associée aux conditions lumineuses prédéterminées, une matrice représentative à la fois de la réponse spectrale du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement appliqué lors de l’acquisition de chaque image associée de ladite pluralité.
  2. Procédé (40) selon la revendication précédente, dans lequel le procédé (40) comprend en outre une étape préalable de sélection (42) de chaque éclairage à appliquer au cours de ladite étape d’acquisition pour acquérir respectivement chaque image de ladite pluralité d’images de ladite scène capturée par le capteur d’image(s), l’ensemble des éclairages sélectionnés étant propre à balayer tout un spectre lumineux prédéterminé en respectant un critère de décorrélation spectrale prédéterminé entre chaque paire d’éclairages dudit ensemble.
  3. Procédé (40) selon la revendication 2, dans lequel chaque éclairage correspond à une source de lumière de longueur d’ondes prédéterminée, notamment une source de lumière colorée, ou est obtenu par application d’au moins un filtre (F) de longueur d’onde prédéterminée, notamment un filtre coloré, combiné à une source de lumière blanche, les transmittances de chaque filtre (F), notamment de chaque filtre coloré, sélectionné étant au moins partiellement décorrélées selon un critère de longueur d’onde dominante différente deux à deux et/ou de bande passante au moins partiellement disjointe deux à deux.
  4. Procédé (40) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le procédé comprend en outre, après mise en œuvre de l’étape préalable de sélection (42), une étape de caractérisation (44) spectrale de chaque éclairage.
  5. Procédé (40) selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel le procédé comprend en outre une étape préalable d’acquisition (46) des informations de sensibilités spectrales du capteur d’image(s).
  6. Procédé (40) selon les revendications 4 et 5, dans lequel à partir de la caractérisation (44) spectrale préalable de chaque éclairage et à partir des informations de sensibilités spectrale du capteur d’image(s), le procédé (40) comprend en outre une étape d’obtention (48) de la matrice représentative à la fois des réponses spectrales du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement utilisé lors de l’acquisition de chaque image associée de ladite pluralité.
  7. Procédé (40) selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel le procédé comprend en outre une étape d’ajustement (56) de l’exposition de ladite image matricielle reconstruite par application d’un gain numérique propre à rendre la luminance de ladite image matricielle reconstruite identique à la luminance moyenne de la scène.
  8. Procédé (40) selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel le procédé (40) comprend en outre une étape de conversion (58) de ladite image matricielle reconstruite, obtenue dans espace de reconstruction adapté à une gamme de longueurs d’ondes prédéterminée, notamment l’espace colorimétrique CIE XYZ, dans un autre espace de conversion prédéterminé, notamment un espace colorimétrique prédéterminé, distinct à la fois :
    - dudit espace de reconstruction adapté à une gamme de longueurs d’ondes prédéterminée, notamment l’espace colorimétrique CIE XYZ, et
    - de l’espace spectral natif du capteur d’image(s), notamment de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s).
  9. Procédé (40) selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel le procédé (40) comprend en outre une étape d’exportation (60) de ladite image matricielle reconstruite ou de ladite image matricielle construite dans un format de fichier prédéterminé.
  10. Programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé de reconstruction d’une image exacte en couleur, l’image étant matricielle et représentative d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées selon l’une quelconques des revendications précédentes.
  11. Dispositif (12) de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur, l’image étant matricielle et représentative d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées, le dispositif comprenant :
    - un module (14) d’acquisition configuré pour acquérir une pluralité d’images de ladite scène, capturées par un même capteur d’image(s) immobile, chaque image de ladite pluralité étant capturée en utilisant un éclairage distinct d’une image à l’autre,
    - un module (16) de reconstruction numérique de ladite image matricielle, dans un espace de reconstruction adapté à une gamme de longueurs d’ondes prédéterminée, notamment l’espace colorimétrique CIE XYZ, l’espace de reconstruction étant distinct d’un espace spectral natif du capteur d’image(s), en déterminant, pour chaque pixel de ladite image matricielle, les composantes spectrales, notamment les composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique CIE XYZ, par combinaison pondérée des composantes spectrales de l’espace spectral natif du capteur d’image(s), notamment des composantes colorimétriques de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s), ajustées photométriquement et associées au même pixel de chaque image de ladite pluralité d’images capturées,
    la pondération de chaque composante spectrale de l’espace spectral natif du capteur d’image(s) ajustée, notamment de chaque composante colorimétrique de l’espace colorimétrique natif du capteur d’image(s) ajustée, étant obtenue par résolution d’un système d’équations linéaires dont l’écriture matricielle a au moins pour paramètres : une matrice de valeur prédéterminée associée aux conditions lumineuses prédéterminées, une matrice représentative à la fois de la réponse spectrale du capteur d’image(s) et de la distribution spectrale de chaque éclairage respectivement appliqué lors de l’acquisition de chaque image associée de ladite pluralité.
  12. Système de reconstruction d’une image, notamment d’une image exacte en couleur, l’image étant matricielle et représentative d’une scène statique sous conditions lumineuses prédéterminées, le système comprenant au moins le dispositif (12) selon la revendication 11, un capteur d’image(s) propre à capturer une pluralité d’images et un système d’éclairage propre à appliquer un éclairage distinct lors de chaque capture d’image de ladite pluralité, chaque éclairage correspond à une source de lumière de longueur d’onde prédéterminée, notamment une source de lumière colorée, ou est obtenu par application d’au moins un filtre (F) de longueur d’onde prédéterminée, notamment un filtre coloré, combiné à une source de lumière blanche, les transmittances de chaque filtre (F), notamment de chaque filtre coloré, sélectionné étant au moins partiellement décorrélées selon un critère de longueur d’onde dominante différente deux à deux et/ou de bande passante au moins partiellement disjointe deux à deux.
  13. Système selon la revendication 12, dans lequel lorsque l’éclairage est obtenu par application d’au moins un filtre (F) de longueur d’onde prédéterminée, notamment un filtre coloré, combiné à une source de lumière blanche, ledit au moins un filtre (F) de longueur d’onde prédéterminée, notamment un filtre coloré, est placé entre ladite source de lumière blanche et la scène cible de l’image à capturer, ou placé entre ladite scène cible de l’image à capturer et le capteur d’image(s).
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