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Posté par Adrien le Vendredi 26/09/2014 à 00:00
Nouvelle technique pour les images compressées

Illustration: CNRS
Une nouvelle technique simple et « naturelle » pour acquérir des images déjà compressées.

Cette technique d’imagerie optique comprimée permet d’acquérir efficacement des images de bonne résolution en plaçant simplement un milieu diffusant naturel, comme par exemple une fine couche de peinture blanche, entre l’objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) et les capteurs.

La compression JPEG (La norme JPEG est une norme qui définit le format d'enregistrement et l'algorithme de décodage pour une représentation numérique compressée d'une image fixe.) permet de diminuer la taille d’un fichier ( Un fichier est un endroit où sont rangées des fiches. Cela peut-être un meuble, une pièce, un bâtiment, une base de données informatique. Par...) « image » en profitant de la redondance des informations acquises. Ainsi, les capteurs d’image traditionnels, avec un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de pixels toujours croissant, acquièrent une énorme quantité de données dont une grande partie n’est finalement pas utile. Un concept mathématique récent appelé acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) comprimée suggère qu’il est possible de faire cette compression dès l’acquisition. Son principe ? Faire en sorte que chaque pixel (Le pixel, souvent abrégé px, est une unité de surface permettant de mesurer une image numérique. Son nom provient de la locution anglaise picture element, qui signifie...) mesure de l’information sur l’ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de l’image. Cette idée très générale permet d’envisager des capteurs bien plus performants que ceux dont on dispose aujourd’hui, mais elle n’a eu que peu d’applications pratiques jusqu’à présent du fait de la lourdeur des systèmes expérimentaux proposés.

L’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Langevin (CNRS/ESPCI ParisTech/Inserm/UPMC/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur...) Diderot) a coordonné des travaux originaux1 en combinant les compétences de spécialistes en théorie du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux...) (équipe de Laurent Daudet de l’Institut Langevin), de spécialistes de l’imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) dans les milieux diffusants (équipe de Sylvain Gigan du Laboratoire Kastler Brossel (CNRS/Université Pierre et Marie Curie/ENS Paris/Collège de France) et d’un spécialiste de l’acquisition comprimée (Igor Carron, qui anime le blog (Un blog ou blogue est un site Web constitué par la réunion de billets agglomérés au fil du temps et souvent classés par ordre antéchronologique (les plus récents en premier). Chaque billet (appelé aussi...) de référence du domaine). Leur étude montre qu’il est possible d’acquérir plus efficacement des images, c’est-à-dire ici avec moins de pixels sur le capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension...) pour la même résolution d’image, en plaçant simplement une fine couche de peinture blanche entre l’objet et les capteurs. Cette technique brevetée (IB2011003352) prouve qu’il est beaucoup plus simple et efficace d’utiliser les propriétés des milieux naturels désordonnés diffusants, facilement disponibles et simples à mettre en œuvre, que des systèmes artificiels complexes pour mélanger l’information provenant de l’ensemble de l’objet.

Les images ne sont pas formées directement sur les capteurs optiques (une caméra numérique CCD) mais sont obtenues par des calculs intensifs prenant en compte à la fois l’ensemble du système d’acquisition mais aussi des informations a priori sur la structure des images, supposées compressibles ou « parcimonieuses » (images simples type écriture blanche sur fond noir comme sur l’illustration ci-dessus, ou plus généralement pouvant être décrites mathématiquement par un faible nombre de paramètres). Le milieu diffusant agit comme « mélangeur » optimal de l’information à acquérir, permettant à chaque pixel de la caméra d’obtenir une information sur l’ensemble de l’image, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en donnant une information indépendante sur chaque pixel. Afin de « voir » à travers ce milieu diffusant, les chercheurs doivent en amont caractériser la manière dont il diffuse et transmet la lumière, via une étape préliminaire de calibration, puis effectuer une procédure d’optimisation numérique.

Ces travaux montrent que les milieux multiplement diffusants sont très proches des systèmes modèles « idéaux » de l’acquisition comprimée, c’est-à-dire un « mélangeur » aléatoire et que, en fonction des paramètres complexité de l’image / nombre de pixels du capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la...), la qualité de la reconstruction obéit à une « transition de phase (En physique, une transition de phase est une transformation du système étudié provoquée par la variation d'un paramètre extérieur particulier (température, champ...) » prédite théoriquement et numériquement, mais qui n’avait jamais été observée dans un tel contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui...) expérimental.

Pour plus d'information voir:
- http://www.nature.com/srep/2014/140709/srep05552/full/srep05552.html

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Source: CNRS