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Afficher les préalables et les unités d'agrément

Afficher les qualités de l'ingénieur

École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Ismail Ben Ayed

PLAN DE COURS

Hiver 2021
GPA659 : Vision artificielle (4 crédits)

Modalités de la session d’hiver 2021

Pour assurer la tenue de la session d’hiver 2021, les modalités suivantes seront appliquées :

La plupart des cours de la session d'hiver seront donnés à distance. Les autres seront donnés en présence si la situation socio-sanitaire le permet. Cette information est disponible sur l’horaire de la session d’hiver diffusé sur le site de l’ÉTS ainsi que sur Cheminot.

L’étudiant inscrit à un cours à distance doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus. L’étudiant doit ouvrir sa caméra et/ou son micro lorsque requis, notamment pour des fins d’identification ou d’évaluation.

Les cours à distance pourraient être enregistrés, à la discrétion de l’ÉTS, afin de les rendre disponibles aux étudiants inscrits aux cours.

La notation des cours sera la notation régulière prévue aux règlements des études de l'ÉTS.

Les examens intra se feront normalement à distance. Les examens finaux se feront normalement en présence si la situation socio-sanitaire le permet.

Pour les examens (intra, finaux) qui devaient se faire à distance, leur surveillance se fera à l’aide de la caméra et du micro de l’ordinateur et pourrait être enregistrée. Ceci est nécessaire pour se conformer aux exigences du Bureau canadien d’agrément des programmes de génie (BCAPG) afin d’assurer la validité des évaluations.

Le contexte actuel oblige bien sûr l’ÉTS à suivre de près l’évolution de la pandémie de COVID-19, laquelle pourrait entraîner, avant ou après le début de la session d’hiver 2021, un resserrement des directives et recommandations gouvernementales. Nous vous assurons que l’ÉTS se conformera aux règles en vigueur afin de préserver la santé publique et que, si requis, elle pourrait aller jusqu’à interdire l’accès physique au campus universitaire et ordonner que toutes les activités d’enseignement et d’évaluation soient exclusivement données à distance pour tout ou partie de la session d’hiver 2021.

Des exigences additionnelles pourraient être spécifiées par l’ÉTS ou votre département, suivant les particularités propres à votre programme.

En vous inscrivant ou en demeurant inscrit, vous acceptez les modalités particulières de la session d’hiver 2021.

Nous vous rappelons que vous avez jusqu’au 17 janvier 2021 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.

Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous avez jusqu’au 31 janvier 2021 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.

Préalables
Aucun préalable requis

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8

Qualités de l'ingénieur

Q10

Q11

Q12

Qualité visée dans ce cours

Qualité visée dans un autre cours

Indicateur enseigné

Indicateur évalué

Indicateur enseigné et évalué

Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiante ou l’étudiant sera en mesure : d’expérimenter les concepts de base du domaine de la vision par ordinateur; d’appliquer ces concepts à la formation, au traitement et à la reconnaissance des objets présents dans des images numériques.

Introduction au domaine de la vision par ordinateur : techniques, logiciels et matériels. Fondements du traitement numérique des images. Principes de la formation d’images, du traitement d’images, de la segmentation des objets, de l’extraction des caractéristiques de ces objets. Reconnaissance et classification des objets.

Séances de laboratoire : utiliser des outils logiciels et matériels pour réaliser l’analyse d’images; réaliser et appliquer des algorithmes de traitement par la programmation et l’utilisation d’un ensemble d’outils logiciels.

Objectifs du cours

Ce cours est une introduction au domaine de la vision par ordinateur. Il aborde les fondements du traitement numérique des images et les principes élémentaires de la formation d’images, du traitement d’images, de la segmentation, de l’extraction de caractéristiques et finalement de la reconnaissance d’objets. Les concepts abordés seront mis en pratique en laboratoire grâce à l’utilisation d’un progiciel évolué d’analyse et de traitement d’images et à la programmation.

Objectifs spécifiques

L’objectif principal est de maîtriser les concepts importants relatifs à la vision numérique.

À la fin du cours, l’étudiant devrait pouvoir:

Comprendre les divers phénomènes qui se produisent lors de la formation d’une image.
Maîtriser l’appareil mathématique et informatique servant au traitement numérique d’images et aux principales transformées d’images.
Maîtriser l’appareil mathématique et informatique servant à la segmentation d’images, à l’extraction de caractéristiques de ces images et à la reconnaissance d’objets.
Choisir l’approche d’analyse la mieux appropriée au type d’image à l’étude et au problème à résoudre.

Stratégies pédagogiques

39 heures de cours magistral (enseignement théorique)

36 heures de laboratoire (traitement d’images)

6 heures de travail personnel (en moyenne) par semaine

3 heures / semaine de cours magistral (enseignement théorique)

3 heures /semaine de laboratoires (traitement d’images)

Les étudiants utiliseront le logiciel MATLAB pour faire l’essai des algorithmes les plus répandus en vision et pour programmer des solutions à des problèmes de vision.

Utilisation d’appareils électroniques

Le progiciel MATLAB (avec Image Processing Toolbox et Computer Vision Toolbox) sera utilisé sur ordinateurs personnels.

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Jeudi	08:30 - 12:00	Activité de cours
	Vendredi	13:30 - 16:30	Laboratoire

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Ismail Ben Ayed	Activité de cours	Ismail.BenAyed@etsmtl.ca	A-3596
01	Malik Boudiaf	Laboratoire	cc-Malik.Boudiaf@etsmtl.ca

Cours

Note : La description suivante est une tentative et il est possible que l’ordre de présentation soit modifié et / ou que certains sujets soient retirés ou ajoutés pour permettre l’amélioration de la compréhension et de la pertinence du contenu.

COURS	ACTIVITÉS DES COURS
Séance 01- 7 JAN	Introduction à la vision artificielle La vision humaine Acquisition d’images, échantillonnage et quantification Représentation d’images, résolution et interpolation Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 1 (pages 1 à 31) et Chapitre 2 (pages 35 à 68)
Séance 02- 14 JAN	Relations entre les pixels Opérations arithmétiques et logiques Transformations Manipulation d’histogrammes Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 2 (pages 68 à 92) et Chapitre 3 (pages 104 à 128)
Séance 03- 21 JAN	Analyse spatiale Procédé par masque, filtrage spatial Dérivés de premier et second ordre, le Laplacien, le gradient Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 3 (pages 144 à 172)
Séance 04- 28 JAN	Analyse fréquentielle Série de Fourier, transformé de Fourier, théorème d’échantillonnage, théorème de convolution Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 4 (pages 199 à 255)
Séance 05- 4 FEV	Filtrage dans le domaine fréquentiel Filtre passe-bas, passe-haut Idéal, Butterworth, Gaussien Restauration d’images Fonctions de densité de probabilité de bruit Réduction du bruit additif, réduction du bruit cyclique Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 4 (pages 255 à 286) et Chapitre 5 (pages 311 à 338)
Séance 06- 11 FEV	Morphologie Opérations : dilatation, érosion, ouverture, fermeture, opérateur « tout-ou-rien » Algorithmes morphologiques Limites, amincissement, épaississement Extension des opérations morphologiques aux tons de gris Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 9 (pages 627 à 651 et 665 à 675)
Séance 07- 18 FEV	Examen de mi-trimestre
Séance 08- 4 MARS	Modèles de couleur, diagramme de chromaticité Traitement en pseudo-couleur Traitement en pleine couleur Transformations Tranches de couleurs Filtres Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 6 (pages 394 à 443)
Séance 09- 11 MARS	Méthodes basiques de segmentation d’images Détection d’arrêtes Seuillage global, seuillage par région, K-means Méthodes par minimisation de fonctions Maximum de vraisemblance Régularisation MRF Courbes actives Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 10 (pages 700 à 714, 738 à 742 et 763 à 769); Szeliski, Chapitre 5 (pages 237 à 268)
Séance 10- 18 MARS	Représentation & Description Codage du contour, signatures et squelettes Descripteurs géométriques des régions Descripteurs de Fourier Moments invariants Composantes principales Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 11 (pages 796 à 823, 827 à 836 et 839 à 852)
Séance 11- 25 MARS	Reconnaissance d'objets Formes et classes de formes Fonctions de décision, classificateur à distance minimum Corrélation, classificateurs statistiques Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 12 (pages 861 à 881)
Séance 12- 1 AVRIL	Reconnaissance d'objets Introduction aux réseaux de neurones à convolution
Séance 13- 8 AVRIL	Exemples en industrie

COURS

ACTIVITÉS DES COURS

Séance 01-

7 JAN

Introduction à la vision artificielle
La vision humaine
Acquisition d’images, échantillonnage et quantification
Représentation d’images, résolution et interpolation

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 1 (pages 1 à 31) et Chapitre 2 (pages 35 à 68)

Séance 02-

14 JAN

Relations entre les pixels
Opérations arithmétiques et logiques
Transformations
Manipulation d’histogrammes

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 2 (pages 68 à 92) et Chapitre 3 (pages 104 à 128)

Séance 03-

21 JAN

Analyse spatiale
- Procédé par masque, filtrage spatial
- Dérivés de premier et second ordre, le Laplacien, le gradient

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 3 (pages 144 à 172)

Séance 04-

28 JAN

Analyse fréquentielle
- Série de Fourier, transformé de Fourier, théorème d’échantillonnage, théorème de convolution

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 4 (pages 199 à 255)

Séance 05-

4 FEV

Filtrage dans le domaine fréquentiel
- Filtre passe-bas, passe-haut
- Idéal, Butterworth, Gaussien
Restauration d’images
- Fonctions de densité de probabilité de bruit
- Réduction du bruit additif, réduction du bruit cyclique

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 4 (pages 255 à 286) et Chapitre 5 (pages 311 à 338)

Séance 06-

11 FEV

Morphologie
- Opérations : dilatation, érosion, ouverture, fermeture, opérateur « tout-ou-rien »
Algorithmes morphologiques
- Limites, amincissement, épaississement
Extension des opérations morphologiques aux tons de gris

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 9 (pages 627 à 651 et 665 à 675)

Séance 07-

18 FEV

Examen de mi-trimestre

Séance 08-

4 MARS

Modèles de couleur, diagramme de chromaticité
Traitement en pseudo-couleur
Traitement en pleine couleur
- Transformations
- Tranches de couleurs
- Filtres

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 6 (pages 394 à 443)

Séance 09-

11 MARS

Méthodes basiques de segmentation d’images
- Détection d’arrêtes
- Seuillage global, seuillage par région, K-means
Méthodes par minimisation de fonctions
- Maximum de vraisemblance
- Régularisation MRF
- Courbes actives

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 10 (pages 700 à 714, 738 à 742 et 763 à 769); Szeliski, Chapitre 5 (pages 237 à 268)

Séance 10-

18 MARS

Représentation & Description
- Codage du contour, signatures et squelettes
- Descripteurs géométriques des régions
- Descripteurs de Fourier
- Moments invariants
- Composantes principales

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 11 (pages 796 à 823, 827 à 836 et 839 à 852)

Séance 11-

25 MARS

Reconnaissance d'objets
- Formes et classes de formes
- Fonctions de décision, classificateur à distance minimum
- Corrélation, classificateurs statistiques

Lire: Gonzalez et Woods, Chapitre 12 (pages 861 à 881)

Séance 12-

1 AVRIL

Reconnaissance d'objets
- Introduction aux réseaux de neurones à convolution

Séance 13-

8 AVRIL

Exemples en industrie

Laboratoires et travaux pratiques

Des séances de laboratoire dirigées sont prévues pour que l’étudiant puisse se familiariser avec l’utilisation et la programmation d'un progiciel très versatile d’analyse et de traitement d’images (MATLAB). La théorie exposée au cours sera illustrée grâce aux diverses séances de laboratoire.

Date	Description
Lab 01 (22 JAN)	Introduction au progiciel MATLAB Matrices (termes et définitions) Operations et commandes Programmation, M-files et fonctions
Lab 02 (29 JAN)	Résolution, interpolation et changement d’échelle Opérations arithmétiques et transformations Manipulation d’histogrammes
Lab 03 (5 FEV)	Filtrage spatial et filtrage dans le domaine fréquentiel (Semaine 1)
Lab 04 (12 FEV)	Filtrage spatial et filtrage dans le domaine fréquentiel (Semaine 2)
Lab 05 (19 FEV)	Filtrage spatial et filtrage dans le domaine fréquentiel (Semaine 3)
Lab 06 (26 FEV)	Opérations logiques et morphologiques
Lab 07 (5 MARS)	Manipulation d’images couleurs
Lab 08 (12 MARS)	Seuillage automatique (couleurs), régions connectées (Semaine 1)
Lab 09 (19 MARS)	Seuillage automatique (couleurs), régions connectées (Semaine 2)
Lab 10 (26 MARS)	Programmation guidée d’un algorithme avancé de segmentation d’images (Semaine 1)
Lab 11 (2 AVRIL)	Programmation guidée d’un algorithme avancé de segmentation d’images (Semaine 2)
Lab 12 (9 AVRIL)	Programmation guidée d’un algorithme avancé de segmentation d’images (Semaine 3)

Les rapports de laboratoire doivent être remis 14 jours après le laboratoire (à moins d’avis contraire) et cela au DÉBUT du laboratoire.

Un maximum de 10 % du total des notes des divers travaux sera attribué à la présentation et à la qualité du français. Chaque rapport devra être présenté selon les normes reconnues (voir guide de rédaction de projet de synthèse de l’ÉTS). Il devra comprendre une introduction, une présentation du problème, l’exposition des méthodes de solution, les résultats et une conclusion. L’utilisation des outils informatiques pour la rédaction (traitement de textes) ainsi que pour la présentation des données (tabulateurs, graphiques, dessins) est requise.

Utilisation d'outils d'ingénierie

Ordinateurs pour traitement d'images
Progiciel MATLAB avec Image Processing Toolbox et Computer Vision Toolbox

Évaluation

ACTIVITÉ	DESCRIPTION	%
Travaux pratiques	Laboratoires (4 devoirs)	35% (total) -- 8.75% chacun
Intra	Examen de mi-trimestre (18 FEV)	30%
Final	Examen final	35%

Dates des examens intra

Groupe(s)	Date
1	18 février 2021

Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

* Aucun retard ne sera permis pour la remise des travaux. Une pénalité de 10 % par jour sera imposée. Les règlements concernant le plagiat, tentative de plagiat et situations connexes seront appliquées.

Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Documentation obligatoire

C. G. Gonzalez et R. E. Wood, Digital Image Processing, 3^e éd., Prentice Hall, 2008.
R. Szeliski, Computer Vision – Algorithms and Applications, Springer, 2011. Springer eBook Collection de la bibliothèque de l’ÉTS.
Notes de cours préparées par le professeur et documents sur le site Internet: https://ena.etsmtl.ca

Ouvrages de références

D. A. Forsyth et J. Ponce, Computer Vision: A Modern Approach, 2^e éd., Prentice Hall, 2011.
C. G. Gonzalez, R. E. Woods et S. L. Eddins, Digital Image Processing Using MATLAB, 2^e éd., Gatesmark Publishing, 2009.
D. Lingrand, Introduction au traitement d’images, 2^e éd., Vuibert (Paris), 2008.
M. Sonka, V. Hlavac et R. Boyle, Image processing, analysis and machine vision, 3^e éd., CL Engineering, 2007
L. G. Shapiro et G. C. Stockman, Computer Vision, Prentice Hall, 2001.
J.-P. Cocquerez et S. Philipp, Analyse d'images: filtrage et segmentation, Masson, 1995.
R. Horaud et O. Monga, Vision par ordinateur: outils fondamentaux, 2^e éd., Hermès-Lavoisier, 1995.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca

Autres informations

Coordonnées de l'enseignant

Local : A-3596

Disponibilité : sur rendez-vous, par courriel (ismail.benayed@etsmtl.ca)