Ce cours vise à développer les connaissances théoriques et pratiques nécessaires à l’acquisition, la création et la manipulation d’images et graphiques 2D.

Au terme de ce cours, l'étudiant ou l'étudiante sera en mesure de maîtriser et d'appliquer les techniques, méthodes et algorithmes nécessaires à un ingénieur en TI pour concevoir des logiciels d’acquisition, de création et de manipulation d'images et graphiques 2D.

Les sujets abordés incluent entre autres :

• acquisition, création et représentation d’images numériques, modèle de caméra projective et géométrie 2D;
• perception et représentation de la couleur pour les applications en graphisme et édition d’images;
• méthodes et structures vectorielles, primitives géométriques (lignes, cercles et ellipses, polygones, courbes telles que de Bézier, d’Hermite et splines);
• étude des problèmes de crénelage (spatial, spectral);
• manipulations sur les images : valeur de pixels (intensité, contraste) et transformations (translation, rotation);
• manipulation et transformation des images (remplissage, segmentation);
• filtrage linéaire et non linéaire (morphologiques, anisotropes);
• techniques d'intégration de différentes images : transparence, composition; transformée de Fourier 2D;
• filtrage dans le domaine fréquentiel : passe-bas, passe-haut, passe-bande et suppresseur de bande;
• amélioration et restauration des images : interpolation spatiale.

Séances de laboratoire comportant l’utilisation des outils de développement logiciel pour la conception et l’implémentation d’algorithmes d’acquisition, de création et de manipulation d'images et graphiques 2D.

Objectif général

Ce cours vise à développer les connaissances théoriques et pratiques nécessaires à l’acquisition, la création et la manipulation d’images et graphiques 2D.

Objectifs spécifiques

Au terme de ce cours l'étudiant sera en mesure d’expliquer les concepts reliés à l’acquisition, création, manipulation et affichage d’images. Il sera capable aussi de créer des images composées de primitives vectoriels ou de pixels. L’étudiant sera en mesure d’utiliser de façon efficace les outils d’édition et manipulation d’images et de concevoir des outils logiciels de base pour la manipulation d’images et graphiques 2D.   

Les objectifs seront atteints par un enseignement hebdomadaire sous la forme d'un cours magistral, portant sur les concepts et algorithmes d’imagerie numérique, et de laboratoires de deux (2) heures par semaine qui permettront à l’étudiant d’appliquer les concepts théoriques vus en classe. 

1. Perception et représentation de la couleur, espaces de couleur, géometrie 2D. (3 heures)

   1. Perception de la couleur (SVH)

   2. Espaces de couleur utilisées en imagerie et graphismes (RGB, CMY, HSV, LAB)

   3. Représentation des images (pixels)

   4. Modèle de caméra projective sténopé

   5. Géométrie 2D

2. Manipulation des images, contraste, intensité, gamma (3 heures)

   1. Opérations sur les pixels

   2. Manipulation de l’intensité

   3. Amélioration de contraste

   4. Histogramme, égalisation d’histogramme

   5. Correction gamma comme méthode de changement de contraste

3. Transformée de Fourier 2D. Filtrage fréquentiel. (3 heures)

   1. Introduction à la transformée de Fourier 2D

   2. Transformée rapide de Fourier 2D (FFT)

   3. Filtrage (passe-bas, passe-haut, passe-bande et suppresseur de bande)

   4. Filtrage fréquentiel

4. Filtrage spatial (3 heures)

   1. Convolution et corrélation

   2. Filtrage pass-bas, moyenne, Gaussien

   3. Filtrage passe-haut, détection de contours (Sobel, Laplacien, LoG)

   4. Amélioration des contours (“sharpening”)

5. Filtrage non-linéaire, morphologique, anisotrope, etc. (3 heures)

   1. Filtrage statistique (max, min, median)

   2. Filtrage morphologique

   3. Filtrage anisotrope

6. Interpolation spatiale (3 heures)

   1. Interpolation bicubique

   2. Interpolation spline

   3. Interpolation en fréquence

7. Traçage de primitives géométriques (2 heures)

   1. Lignes

   2. Cercles

   3. Polynômes

8. Remplissage, segmentation, segmentation d’objets (2 heures)

   1. Remplissage de frontière

   2. Remplissage de régions

   3. Segmentation

9. Composition d’images (2 heures)

   1. Composition alfa

   2. Transparence

   3. Warping et morphing

10. Crénelage, quantification (demi-tons, etc.) (3 heures)

    1. Effets de crénelage et solutions

    2. Quantification

    3. Demi-tons

    4. Mélangeur commandé (dithering)

    5. Diffusion d'erreur

    6. HDR, tone-mapping

11. Primitives géométriques, courbes 2D, applications. (6 heures)

    1. Hermite

    2. Bézier

    3. Spline

12. Transformations 2D. (3 heures)

    1. Translation

    2. Rotation

    3. Cisaillement

    4. Retour sur les coordonnées homogènes

    5. Matrices de transformation et composition de transformations

* La matière ne sera pas nécessairement présentée dans cet ordre. Toutefois, l’ensemble des sujets sera présenté dans le cadre de ce cours. 

L'étudiant se familiarisera avec les aspects de programmation des images 2D et les outils de manipulation d’images 2D.

L’étudiant utilisera les outils de conception de logiciel. L’étudiant se familiarisera avec les espaces de couleur, les courbes paramétriques, le traitement d’image et autres algorithmes du graphisme par ordinateurs en utilisant le langage de programmation Java (et/ou possiblement d'autres langages de programmation de son choix - après approbation - du chargé de laboratoire).

Examen intra  30 %

Examen final  30 %

Laboratoires  30 %

Devoirs  10 %

L'étudiant(e) doit avoir une moyenne d'au moins 50% dans les travaux individuels (examens intra, final, et devoirs) afin de réussir le cours. Cette condition est nécessaire mais non suffisante.

Examens

• Les examens intra et final auront lieu en présence, sur la plateforme Moodle
• Chaque étudiant répondra aux questions sur son propre ordinateur portable.

Laboratoires

• Les laboratoires sont à faire en équipe.  Les modalités des laboratoires seront expliquées lors des séances de laboratoire par le chargé de laboratoire.

Devoirs

• Les devoirs sont à faire individuellement.  Les modalités de ces évaluations vous seront mentionnées au courant de la session.  Vous serez informé de toute évaluation au moins une semaine à l'avance.

Une pénalité de 20% par jour sur la note du travail sera appliquée aux travaux en retard.

Obligatoires

• Notes de cours sur le site du cours

Optionnelles

GONZALES, R. & R. WOODS, Digital Image Processing. 4^nd Edition, Addison-Wesley, 2018.

J.F. HUGHES, A. VAN DAM, M. McGUIRE, D. F. SKLAR, J. D. FOLEY, S.K. FEINER & K. AKELEY, Computer Graphics: Principles and Practice. Addison-Wesley, 3^nd Edition, 2014.

Complémentaires

ANGEL, E., Interactive Computer Graphics: A Top-Down Approach Using OpenGL. 3^rd Edition, Addison-Wesley, 2003.

BUSS, S., 3D Computer Graphic: A Mathematical Introduction with OpenGL. Cambridge University Press, Mars 2003.

EFFORD, N., Digital Image Processing: A Practical Introduction Using Java. Addison-Wesley, 2000.HEARN, D. & P., BAKER, Computer Graphics with OpenGL. 3^rd Edition, Prentice Hall, 2004.

HILL, F.S., JR., Computer Graphics: Using OpenGL. 2^nd edition, Prentice Hall, 2001.

LATHROP, O., The Way Computer Graphics Works. Wiley & Sons, 1997.

WATT, A. & F. POLICARPO, The Computer Image. Addison-Wesley, 1998.

Site Moodle du cours GTI411 accessible via votre portail MonETS.