Pasvac - Parcimonie spectrale pour la vision artificielle des couleurs

Coordonnateur du projet : Laurent CONDAT

Projet réalisé grace au soutien de : CNRS - PEPS

Date du projet : 01/02/2013

Durée : 24 mois

La rétine humaine capture l'information visuelle à l'aide de trois types de cônes, appelés L, M, et S. Les appareils photo numériques miment le système visuel, avec une mosaïque de filtres rouges (R), verts (V),  bleus (B) superposée sur le capteur. La théorie classique d'analyse, représentation et synthèse des couleurs repose sur cette tri-chromaticité. Cependant, même après étalonnage, la reproduction des couleurs dans les images acquises par les appareils photo, peut ne pas être fidèle.

Comme le montre le schéma ci-dessous, la vision humaine autant que les appareils photo numériques sont tri-chromatiques : l'information est capturée à l'aide de trois sortes d'éléments photo-sensibles élémentaires. Dans la vision humaine,  ce sont les cônes de la rétine qui sont sensibles dans l'une des trois bandes L, M, ou S du spectre visible. Dans les appareils photo numériques, les photo-diodes des capteurs sont  recouvertes d'un filtre rouge (R), vert (V) ou bleu (B).

 
Comme on peut le voir sur les courbes au milieu du schéma, les fonctions de sensibilité spectrale des cônes L, M, S sont sensiblement différentes de celles des filtres R, V, B de la mosaïque de Bayer des appareils photo. Nous pensons que cette différence fondamentale est à l'origine de phénomènes, rares mais bien réels, d'apparition de couleurs incorrectes dans les images numériques. Par exemple, dans l'image ci-cdessous, les fleurs (des lobélias) apparaissent violettes, alors qu'elles devraient être bleu marine.

Il ne s'agit pas d'une dominante sur toute l'image, mais bien d'un effet localisé. Cette non-fidélité des couleurs capturées, qui ne résulte pas d'une mauvaise calibration de la chaîne d'acquisition-représentation-affichage des couleurs, peut avoir des conséquences importantes dans toutes les applications à caractère métrologique, où la fidélité des couleurs doit être garantie. Nous pensons que ces effets sont intrinsèquement dus aux différences entre les réponses spectrales L, M, S humaines d'une part, et R, G, B artificielles d'autre part. Ce projet a pour but de valider cette hypothèse et d'en tirer les conséquences.
Le défi est important. Tout d'abord, notre compréhension de la vision humaine des couleurs est loin d'être complète. Chaque cône de la rétine ne capturant qu'une information d'intensité locale, le système visuel a besoin de traiter conjointement les informations reçues par les cônes avoisinants, pour en faire émerger la chromaticité. En second lieu, les modèles et méthodes pour l'acquisition photographique d'images numériques couleurs, qui datent d'une dizaine d'année, sont loin d'avoir intégré toutes les connaissances acquises sur le système visuel, et sa reconstruction des couleurs, de la rétine au cortex.
A partir d'un modèle inspiré par les avancées récentes en théorie de l'échantillonnage parcimonieux, ce projet vise à mettre en place des expériences, afin de montrer et d'expliquer le défaut mis en évidence. Il s'agit de montrer comment tenir compte de manière appropriée des disparités entre les réponses spectrales des cônes L, M, S et des filtres R, V, B, en proposant de nouvelles méthodes, nécessairement non linéaires, de correction des couleurs.