WO2022023669A1 - Procede pour traiter des images a contraste eleve, notamment des images prises dans l'espace, et systeme d'affichage mettant en oeuvre ce procede - Google Patents

Procede pour traiter des images a contraste eleve, notamment des images prises dans l'espace, et systeme d'affichage mettant en oeuvre ce procede Download PDF

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WO2022023669A1
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Thierry OLLIVIER
Julien CANTEGREIL
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Spaceable
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    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/741—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by increasing the dynamic range of the image compared to the dynamic range of the electronic image sensors

Definitions

  • the present invention relates to a method for processing high contrast images, in particular images taken in space, with a view to displaying them on a screen. It also relates to a display system implementing this method.
  • the dynamic range of light present is very large, much greater than that of an image sensor.
  • We have to take a sequence of several images, from the darkest to the lightest, to cover a large dynamic range (> 20EV). Since the creation of photography, we have sought to capture an image with a large dynamic range, as the human eye can perceive (around 20EV) [1]
  • the dynamic range of camera sensors does not exceed 12EV and the reproduction of an image of a screen does not exceed 8EV which is very far from human perception.
  • HDR High Dynamic Range [2]
  • the idea is to take several images at different exposures then to compress the dynamic so that 'it fits in a reduced range of 8EV.
  • the disadvantage of this method is that it can generate anomalies.
  • this resulting image is not an original image since it was generated.
  • Space image visualization tools such as NASA's [3] make it possible to display a space image taking into account user settings (brightness, contrast). The display is a little jerky while the image is small (650x500 pixels).
  • the proposed invention allows the display of much larger images (6 to 12 times larger) with better speed and greater fluidity.
  • the object of the present invention is to easily display a sequence of high contrast photographic images on a computer screen so that a user can quickly detect anomalies in dark areas and in light areas, with the constraint of a very reduced dynamic range of on-screen display.
  • Exposure Value for “Exposure value” 1EV corresponds to a doubling of the brightness.
  • This objective is achieved with a method for processing a sequence of photographic images taken in space from a spacecraft provided with photography equipment, these images being transmitted from said spacecraft to a terrestrial reception station and then routed on a processing site arranged to make the images thus transmitted accessible to a user on a computer screen, comprising the following steps: - display of the images thus transmitted in the form of superimposed layers each having an adjustable transparency on a screen having a dynamic of predetermined display, acquisition of a request for adjustment of a display dynamic range, processing of said adjustment request thus acquired, to adjust respective transparency values of each of said layers.
  • the processing method according to the invention does not alter the reference images which are certified and therefore does not aim to create a new image (which would not be certified).
  • the present invention thus contributes to facilitating the task of a user who thus does not need to pass from one image to another and which makes it possible to concentrate on a particular point of the image. We thus have a tool allowing the search for anomalies, which is not possible if the images are altered by digital processing.
  • the processing method according to the invention can be advantageously arranged to process images each having a predetermined dynamic range with a predetermined shift between each image.
  • the sequence of images can for example contain four photographs.
  • the four photographs can have a dynamic range of substantially 8 EV each, with a shift of substantially 4EV between each photograph.
  • the display dynamic range can be greater than or equal to 20 EV.
  • the processing method according to the invention can be applied to the detection of anomalies on one or more satellites, in particular for the processing of images taken from a visual inspection satellite.
  • a system for displaying a sequence of photographic images taken in space from a spacecraft provided with camera equipment, these images being transmitted from said spacecraft to a terrestrial reception station then transported to a site of processing arranged to make the images thus transmitted accessible to a user on a computer screen implementing the processing method according to the invention, this system comprising: means for displaying the images thus transmitted in the form of superimposed layers having each an adjustable transparency on a screen having a predetermined display dynamic, means for acquiring a request for adjustment of a display dynamic range, means for processing said adjustment request thus acquired and delivering respective transparency values for each of said layers, and means for adjusting the respective transparencies of each of said layers.
  • the display system according to the invention can advantageously implement a Web server to provide a user with images obtained from the processing method according to the invention.
  • the advantages of the treatment method according to the invention are as follows:
  • the original images are not processed, so they are not altered.
  • the original images are not modified, they can be certified at the time of shooting and remain so until their use, they are always available for later use.
  • the user's computer which manages the display of the layers.
  • the display is very fast and fluid, which allows the user to quickly check whether or not there is an anomaly in all areas of the image. if a pixel is erroneous on one of the images of the sequence, in particular because of a spatial particle charged with energy, it will not appear on the other images of the sequence, and will therefore not be considered as an anomaly.
  • Figure 3 illustrates a display by layers
  • Figure 5 shows a conventional process with image brightening
  • Figure 7 illustrates the display method according to the invention with an adjustment of 50%
  • Figure 8 illustrates the display method according to the invention with an adjustment of 100% (maximum brightening);
  • figure 9 illustrates the display method according to the invention with a setting of 0% (maximum darkening);
  • FIG. 10 illustrates a known standard HDR method associated with “Tone mapping”
  • figure 11 illustrates a detail view of the image of figure 10
  • a display system providing a user on a website with a processed image from a sequence of photographic images taken in space from a visual inspection satellite. equipped with camera equipment. These images are transmitted from the visual inspection satellite to a terrestrial reception station and then routed to a processing site implementing the system according to the invention. This processing site is arranged to make the images thus processed accessible to a user on a computer screen, via a website.
  • the website is designed to display the images as layers on top of each other, with reference to Figure 3. By adjusting the transparency of each layer, the user can view the full dynamic range continuously of the image at their leisure. dark to lightest through intermediate images.
  • the display results obtained with the processing method according to the invention were also compared with those obtained with the known HDR "High Dynamic Range” method associated with a “Tone mapping” technique (mapping of tones ), which makes it possible to recombine several images taken each with a different exposure into a single image which makes it possible to display on a screen both the details in the dark areas and in the light areas, with reference to figure 10.
  • this process requires perfect alignment of the images when shooting because the process accentuates the differences and this leads to the creation of erroneous pixels which could be considered as real anomalies, the luminance noise can also be accentuated by this process.
  • the processing method according to the invention can be implemented in an automated chain for detecting anomalies on satellites subject to visual inspection.
  • the number of images in the same sequence of images is not limited to four as in the examples which have just been described but can be variable depending on the characteristics of the on-board imagers and the desired detection performance of anomalies.

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Abstract

Procédé pour traiter une séquence d'images prises d'une même scène et présentant un contrasté élevé, caractérisé en ce que les images sont affichées sous la forme de calques superposés ayant chacun une transparence réglable de façon à procurer à un utilisateur dudit procédé un affichage sur un écran présentant une dynamique d'affichage prédéterminée, d'une plage dynamique largement supérieure à ladite dynamique d'affichage.

Description

PROCEDE POUR TRAITER DES IMAGES A CONTRASTE ELEVE, NOTAMMENT DES IMAGES PRISES DANS L’ESPACE, ET SYSTEME D’AFFICHAGE METTANT EN ŒUVRE CE PROCEDE
DOMAINE DE G INVENTION La présente invention concerne un procédé pour traiter des images à contraste élevé, notamment des images prises dans l’espace, en vue de leur affichage sur un écran. Elle vise également un système d’affichage mettant en œuvre ce procédé.
ETAT DE LA TECHNIQUE En réalisant une inspection visuelle de satellites sur orbite, il est possible de détecter des anomalies sur ces satellites. Cette inspection visuelle consiste en pratique à prendre des images de ces satellites, qui seront transmises et analysées au sol, par un utilisateur ou automatiquement, pour détecter des anomalies.
Ces anomalies pouvant être assez petites, mais au minimum 2x2 pixels, il faut donc que les images affichées soient de la meilleure qualité possible.
Les images prises dans l’espace sont de fait très contrastées, la plage dynamique de lumière présente est très grande, largement supérieure à celle d’un capteur d'image. On est obligé de prendre une séquence de plusieurs images, de la plus foncée à la plus claire, pour couvrir une plage dynamique importante (>= 20EV). Depuis la création de la photographie, on cherche à capturer une image à grande plage dynamique, comme peut percevoir un oeil humain (autour de 20EV) [1] Or la plage dynamique des capteurs d'appareil photographique ne dépasse pas 12EV et la reproduction d'une image d'un écran ne dépasse pas 8EV ce qui est très loin de la perception humaine. Des travaux ont été menés pour permettre d’afficher des images à grande plage dynamique et des algorithmes ont été développés : HDR = High Dynamic Range [2] L'idée est de prendre plusieurs images à des expositions différentes puis de compresser la dynamique pour qu'elle rentre dans une gamme réduite de 8EV. L'inconvénient de cette méthode est qu'elle peut générer des anomalies. De plus, cette image résultante n'est pas une image originale puisqu'elle a été générée. Des outils de visualisation d'images spatiales comme celui de la NASA [3] permettent d’afficher une image spatiale en tenant compte des réglages utilisateur (luminosité, contraste). L'affichage est un peu saccadé alors que l'image est de dimensions réduites (650x500 pixels). L'invention proposée permet l'affichage d'images beaucoup plus grandes (6 à 12 fois plus grandes) avec une meilleure rapidité et une plus grande fluidité.
En pratique, si une séquence contient quatre images de plage dynamique 8EV chacune, avec un décalage d'exposition de 4EV entre chaque image, on a alors une plage dynamique couverte de 20EV, en référence à la figure 1, tandis qu’un écran d’ordinateur possède une plage dynamique d’affichage très réduite (inférieure ou égale à 8EV) et ne peut pas afficher une image avec une plage dynamique plus importante comme l’illustre la figure 2.
Le but de la présente invention est d’afficher facilement une séquence d’images photographiques à contraste élevé sur un écran d’ordinateur pour qu’un utilisateur puisse détecter rapidement des anomalies dans les zones sombres et dans les zones claires, avec la contrainte d’une plage dynamique d’affichage sur écran très réduite.
DEFINITIONS
SHDR : SpaceAble High Dynamic Range pour « Grande Gamme dynamique de
SpaceAble » EV : Exposure Value pour « Valeur d’exposition » : 1EV correspond à un doublement de la luminosité.
EXPOSE DE L’INVENTION
Cet objectif est atteint avec un procédé pour traiter une séquence d’images photographiques prises dans l’espace depuis un vaisseau spatial pourvu d’un équipement de prise de vues, ces images étant transmises depuis ledit vaisseau spatial vers une station de réception terrestre puis acheminées sur un site de traitement agencé pour rendre accessibles à un utilisateur sur un écran d’ordinateur les images ainsi transmises, comprenant les étapes suivantes : - affichage des images ainsi transmises sous la forme de calques superposés ayant chacun une transparence réglable sur un écran présentant une dynamique d’affichage prédéterminée, acquisition d’une demande de réglage d’une plage dynamique d’affichage, traitement de ladite demande de réglage ainsi acquise, pour régler des valeurs de transparence respectives de chacun desdits calques. A la différence des techniques antérieures de fusion dans lesquelles une nouvelle image est créée à partir d’images de différentes expositions, le procédé de traitement selon l’invention n’altère pas les images de référence qui sont certifiées et ne vise donc pas à créer une nouvelle image (qui ne serait pas certifiée).
Avec le procédé selon l’invention, il s’agit de pouvoir afficher simplement et facilement l'ensemble des images de manière progressive en faisant glisser un curseur qui joue sur la transparence de chaque image empilée. Comme il n’y a aucun calcul à faire (traitement d'image), l'affichage est quasi instantané sans que les images soient altérées.
La présente invention contribue ainsi à faciliter la tâche d’un utilisateur qui n’a ainsi pas besoin de passer d'une image à l'autre et qui permet de se concentrer sur un point particulier de l’image. On dispose ainsi d’un outil permettant la recherche d’anomalies, ce qui n'est pas possible si les images sont altérées par un traitement numérique.
Le procédé de traitement selon l’invention peut être avantageusement agencé pour traiter des images ayant chacune une plage dynamique prédéterminée avec un décalage prédéterminé entre chaque image. La séquence d’images peut par exemple contenir quatre photographies.
Les quatre photographies peuvent présenter une plage dynamique de sensiblement 8 EV chacune, avec un décalage de sensiblement 4EV entre chaque photographie.
La plage dynamique d’affichage peut être supérieure ou égale à 20 EV.
Le procédé de traitement selon l’invention peut être appliqué à la détection d’anomalies sur un ou plusieurs satellites, notamment pour le traitement d’images prises depuis un satellite d’inspection visuelle.
Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé un système pour afficher une séquence d’images photographiques prises dans l’espace depuis un vaisseau spatial pourvu d’un équipement de prise de vues, ces images étant transmises depuis ledit vaisseau spatial vers une station de réception terrestre puis acheminées sur un site de traitement agencé pour rendre accessibles à un utilisateur sur un écran d’ordinateur les images ainsi transmises, mettant en œuvre le procédé de traitement selon l’invention, ce système comprenant: des moyens pour afficher des images ainsi transmises sous la forme de calques superposés ayant chacun une transparence réglable sur un écran présentant une dynamique d’affichage prédéterminée, des moyens pour acquérir une demande de réglage d’une plage dynamique d’affichage, des moyens pour traiter ladite demande de réglage ainsi acquise et délivrer des valeurs de transparence respectives pour chacun desdits calques, et des moyens pour régler les transparences respectives de chacun desdits calques.
Le système d’affichage selon l’invention peut avantageusement mettre en œuvre un serveur Web pour procurer à un utilisateur des images obtenues à partir du procédé de traitement selon l’invention. Les avantages du procédé de traitement selon l’invention sont les suivants :
Les images originales ne sont pas traitées, elles ne sont donc pas altérées.
Les images originales ne sont pas modifiées, elles peuvent être certifiées à la prise de vues et le rester jusqu'à leur utilisation, elles sont toujours disponibles pour une utilisation ultérieure.
Il n’y a pas besoin de ressources de calcul sur le serveur pour générer l'image pour l'utilisateur, c’est l’ordinateur de l’utilisateur (carte graphique) qui gère l’affichage des calques. l'affichage est très rapide et fluide ce qui permet à l'utilisateur de vérifier rapidement la présence ou non d'une anomalie dans toutes les zones de l’image. si un pixel est erroné sur l’une des images de la séquence, notamment à cause d'une particule spatiale chargée en énergie, il ne va pas apparaître sur les autres images de la séquence, et ne sera donc pas considéré comme une anomalie.
Par ailleurs, dans le cadre de la présente invention, il est possible d’ajouter des calques supplémentaires permettant d’afficher d’autres informations (images en infrarouge, détection de contours, paramètres de prise de vues, ..) sans altérer l'affichage original. DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
• La figure 1 représente une plage dynamique totale ;
• La figure 2 illustre une plage dynamique d’affichage ;
• La figure 3 illustre un affichage par calques ;
• La figure 4 représente un procédé classique sans traitement ;
• La figure 5 représente un procédé classique avec éclaircissement de l'image ;
• la figure 6 représente un procédé classique avec assombrissement de l'image ;
• la figure 7 illustre le procédé d’affichage selon l’invention avec un réglage de 50% ;
• la figure 8 illustre le procédé d’affichage selon l’invention avec un réglage de 100% (éclaircissement maximum);
• la figure 9 illustre le procédé d’affichage selon l’invention avec un réglage de 0% (assombrissement maximum);
• la figure 10 illustre un procédé connu HDR standard associé à un « Tone mapping » ;
• la figure 11 illustre une vue de détail de l’image de la figure 10 ;
Il est important de noter que les figures précitées ont été volontairement simplifiées, afin d’en rendre possible la reproduction et l’interprétation. DESCRIPTION DETAILLEE
On va maintenant décrire un exemple d’un système d’affichage selon l’invention procurant à un utilisateur sur un site Web une image traitée à partir d’une séquence d’images photographiques prises dans l’espace depuis un satellite d’inspection visuelle pourvu d’un équipement de prise de vues. Ces images sont transmises depuis le satellite d’inspection visuelle vers une station de réception terrestre puis acheminées sur un site de traitement implémentant le système selon l’invention. Ce site de traitement est agencé pour rendre accessibles à un utilisateur sur un écran d’ordinateur les images ainsi traitées, via un site web.
L’écran d’ordinateur possède en pratique une plage dynamique d’affichage très réduite (<=8EV). Le site web est conçu pour afficher les images sous forme de calques superposés, en référence à la figure 3. En réglant la transparence de chaque calque, l’utilisateur peut afficher à loisir toute la plage dynamique de façon continue de l'image la plus foncée à la plus claire en passant par des images intermédiaires.
Dans chaque calque, on met l’image photographique correspondante, issue de la même séquence.
Image Photo 1 ® Calque 1 Image Photo 2 ® Calque 2 Image Photo 3 ® Calque 3 Image Photo 4 ® Calque 4
Puis à chaque demande de réglage utilisateur compris entre 0% (sombre) et 100% (clair), il faut régler les valeurs de transparence de chaque calque, comme l’illustre le tableau ci- dessous :
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0003
Les résultats obtenus avec le procédé SHDR de traitement selon l’invention ont été comparés avec des résultats obtenus avec des procédés classiques de traitement d’image.
Ainsi, si l’on considère une image 8 bits sans traitement illustrée en figure 4 contenant des détails dans les zones sombres et dans les zones claires, et que l’on éclaircit cette image 8 bits pour détecter d'éventuelles anomalies dans les zones sombres, on obtient un résultat (figure 5) qui n'est pas acceptable pour une application de détection d'anomalie car du bruit du luminance est généré. L'utilisateur qui analyse cette image ne peut pas détecter des anomalies de faibles dimensions ne sachant pas si l’anomalie est réelle ou générée par le traitement, l’image originale ayant été fortement altérée. Si maintenant on assombrit l’image pour détecter d’éventuelles anomalies dans les zones claires, on obtient un résultat (figure 6) inexploitable car il n’y aucun détail visible dans les zones claires.
En mettant en œuvre le procédé de traitement selon l’invention, avec une séquence de quatre images et un réglage défini à 50%, on obtient la même image que celle obtenue par le procédé classique sans traitement (figure 7), ce qui est normal puisque on se retrouve avec la valeur moyenne entre l’image Photo 2 et l’image Photo 3.
Si on positionne le réglage à 100%, on obtient une image éclaircie non altérée avec des détails fiables dans les zones sombres, en référence à la figure 8. Si on positionne le réglage à 0%, on obtient une image assombrie avec des détails fiables dans les zones claires, en référence à la figure 9.
Les résultats d’affichage obtenus avec le procédé de traitement selon l’invention ont également été comparés à ceux obtenus avec le procédé connu HDR « High Dynamic Range » (grande gamme dynamique) associé à une technique de « Tone mapping » (cartographie des tons), qui permet de recombiner plusieurs images prises chacune avec une exposition différente en une seule image qui permet d’afficher sur un écran à la fois les détails dans les zones sombres et dans les zones claires, en référence à la figure 10.
Mais comme l’illustre la vue de détail en figure 11, ce procédé nécessite un alignement des images parfait lors de la prise de vues car le procédé accentue les différences et cela entraîne la création de pixels erronés qui pourraient être considérés comme des anomalies réelles, le bruit de luminance pouvant lui aussi être accentué par ce procédé.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de la présente invention. En particulier, le procédé de traitement selon l’invention peut être mis en œuvre dans une chaîne automatisée de détection d’anomalies sur des satellites faisant l’objet d’une inspection visuelle. Par ailleurs, le nombre d’images dans une même séquence d’images n’est pas limité à quatre comme dans les exemples qui viennent d’être décrits mais peut être variable en fonction des caractéristiques des imageurs embarqués et des performances souhaitées de détection d’anomalies.
REFERENCES
[1] "Photographie à grande gamme dynamique" https://fir.wikipedia.org/wiki/Imagerie_%C3%A0_grande_gamme_dynamique
[2] Rafal K. Mantiuk, Karol Myszkowski and Hans-Peter Seidel, "High Dynamic Range Imaging" (April 18, 2016) [3] "Observing with Nasa" https://waps.cfa.harvard.edu/ eduportal/j s9/ software. php

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour traiter une séquence d’images photographiques prises dans l’espace depuis un vaisseau spatial pourvu d’un équipement de prise de vues, ces images étant transmises depuis ledit vaisseau spatial vers une station de réception terrestre puis acheminées sur un site de traitement agencé pour rendre accessibles à un utilisateur sur un écran d’ordinateur les images ainsi transmises, comprenant les étapes suivantes : affichage des images ainsi transmises sous la forme de calques superposés ayant chacun une transparence réglable sur un écran présentant une dynamique d ’ affichage prédéterminée, acquisition d’une demande de réglage d’une plage dynamique d’affichage, traitement de ladite demande de réglage ainsi acquise, pour régler des valeurs de transparence respectives de chacun desdits calques.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il est agencé pour traiter des images ayant chacune une plage dynamique prédéterminée avec un décalage prédéterminé entre chaque image.
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la séquence d’images contient quatre photographies.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les quatre photographies présentent une plage dynamique de sensiblement 8 EV chacune, avec un décalage de sensiblement 4EV entre chaque photographie.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la plage dynamique d’affichage est supérieure ou égale à 20 EV.
6. Application du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, à la détection d’anomalies sur un ou plusieurs satellites.
7. Application selon la revendication précédente, mise en œuvre pour le traitement d’images prises depuis un satellite d’inspection visuelle.
8. Système pour afficher une séquence d’images photographiques prises dans l’espace depuis un vaisseau spatial pourvu d’un équipement de prise de vues, ces images étant transmises depuis ledit vaisseau spatial vers une station de réception terrestre puis acheminées sur un site de traitement agencé pour rendre accessibles à un utilisateur sur un écran d’ordinateur les images ainsi transmises, mettant en œuvre le procédé de traitement selon l’invention, ce système comprenant: des moyens pour afficher des images ainsi transmises sous la forme de calques superposés ayant chacun une transparence réglable sur un écran présentant une dynamique d’affichage prédéterminée, des moyens pour acquérir une demande de réglage d’une plage dynamique d’affichage, des moyens pour traiter ladite demande de réglage ainsi acquise et délivrer des valeurs de transparence respectives pour chacun desdits calques, et des moyens pour régler les transparences respectives de chacun desdits calques.
9. Système selon la revendication précédente, mettant en œuvre un serveur Web pour procurer à un utilisateur le procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
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FR2008035A FR3113164B1 (fr) 2020-07-29 2020-07-29 Procédé pour traiter des images à contraste élevé, notamment des images prises dans l’espace, et système d’affichage mettant en œuvre ce procédé

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