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 de : 

Comprendre la théorie de la perception de la couleur et appliquer les concepts reliés à la représentation et la transformation de la couleur dans les systèmes informatiques.

Comprendre et appliquer la théorie de la géométrie projective pour l’acquisition et la représentation d’images (modèle de caméra sténopé et calibration interne).

Comprendre les techniques et algorithmes de manipulation d’images basées sur la modification des pixels, sur le filtrage linéaire et non linéaire et sur le filtrage dans le domaine fréquentiel.

Appliquer les techniques de manipulation apprit (transformations aux pixels, filtrage linéaire et non linéaire et filtrage fréquentiel) aux différentes images pour améliorer ses caractéristiques (contraste, illumination, résolution, niveau de bruit) ou pour extraire de l’information (détection de contours).

Analyser les caractéristiques des distorsions visibles dans les images pour sélectionner et appliquer la meilleure technique de correction.

Concevoir et implémenter de logiciels de manipulation d’images basées sur les connaissances acquisses (activité pratique).

Comprendre les techniques de traçage de primitives géométriques et de remplissage des régions pour la création d’images (lignes, cercles, courbes paramétriques).

Appliquer les techniques de traçage de primitives et de remplissage des régions à la création et modification d’images.

Comprendre les problèmes associés à la représentation numérique des images : échantillonnage et quantification. Comprendre les techniques utilisées en imagerie numérique pour réduire leurs effets lors de la création, l’acquisition et l’affichage d’images. Analyser des situations d’acquisition et création d’images pour sélectionner la méthode de correction la plus appropriée.

Comprendre les techniques de composition d’images et graphiques 2D et les appliquer à la génération de nouvelles images.

Comprendre les techniques de transformations géométriques 2D d’images et primitives géométriques. Appliquer ces techniques pour manipuler des 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 trois (3) 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 (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.

* Veuillez noter que l'ordre et le contenu peut être modifié en cours de session en fonction de circonstances particulières. 

L'étudiant se familiarisera avec les aspects de programmation pour le traitement d'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 Python (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, laboratoires et devoirs) afin de réussir le cours. Cette condition est nécessaire mais non suffisante.

Examens

Les examens se font sur ENA ou ENAQuiz en salle de classe avec les portables des étudiants. 

"Si des examens se font à distance, la surveillance de ces examens 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 afin d’assurer la validité des évaluations."

Laboratoires

• Les laboratoires sont à faire de façon individuelle. Toutes les modalités par rapport aux laboratoires en général et par rapport à chacun des laboratoires vous seront expliqués lors des séances de laboratoire par votre 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.

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) entraînera l’attribution de la note zéro (0).

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.

Pour les examens sur ENA ou ENAQuiz:

Veuillez être préparé à répondre à des questions sur papier que vous allez devoir numériser par la suite.  Vous pouvez faire cela à l'aide d'un numériseur (scanner), avec un appareil photo numérique traditionnel, avec l'appareil photo de votre téléphone intelligent (attention à la lisibilité de ce que vous remettrez, n'oubliez pas que si nous n'arrivons pas à bien lire, votre note pourrait en souffrir) - il y a des applications spécifiques qui peuvent vous aider à bien prendre en photo vos travaux et les rendre bien lisibles, préparez-vous en explorant ces dernières.

Il est possible aussi que nous vous demandions de remettre ces documents en .PDF, si vous n'êtes pas familier avec cette technique, pratiquez-la, cela vous évitera un certain stress lors des évaluations qui pourrait nécessiter çela.

Soyez prévoyant et préparez la logistique à l'avance pour maximiser le temps que vous allez consacrer à votre évaluation et diminuer votre stress.