Évaluation de la qualité du mosaïquage

Pour évaluer la précision du mosaïquage nous simulons de façon réaliste les conditions d’ac-quisition réelles tout en contrôlant (avec une instrumentation adaptée) les mouvements à effectuer pendant l’acquisition. Pour ce faire, nous allons établir un protocole d’acquisition qui reproduit tous les mouvements possibles d’un cystoscope à l’intérieur de la vessie.

4.3.1 Instrumentation

Pour simuler les mouvements d’un cystoscope, nous utilisons système de positionnement qui effectue des translations et de changements d’échelle grâce à des platines de déplacement Newport UMR8.51 couplées à des moteurs de déplacement linéaires Newport LTA-HS. Les translations peuvent être réalisées avec une précision de 0,1 µm. La rotation perpendiculaire à l’axe d’acqui-sition (rotation dans le plan image) est effectuée avec une platine rotative Newport PR50CC qui a une précision de 0,01°. Pour effectuer le changement de point de vue, nous utilisons une platine rotative Newport URS75CC qui a aussi une précision de 0,01°. Le contrôle de ces platines est réa-lisé à travers un contrôleur Newport XPS en utilisant une interface programmée en LabView. En raison de l’encombrement et du poids du système d’acquisition, les mouvements du cystoscope ont été simulés par des mouvements du fantôme pour lequel nous allons faire les acquisitions. Le fantôme est une photographie d’une vessie de porc qui a été incisée, ouverte et « mise à plat ». Une vessie de porc a, d’un point de vue de la texture, une forte ressemblance avec une vessie. Une illustration de la configuration et une photographie du système de positionnement sont présentées dans la figure 4.5.

Le système d’acquisition d’images est celui décrit dans la section 1.3.5.2. Ce système comporte 3 caméras monochromes PCO Pixelfly. La caméra dédiée à l’acquisition vidéo sans filtre est la caméra que nous utilisons pour réaliser les acquisitions des séquences utilisées pour nos tests dans cette section.

4.3. Évaluation de la qualité du mosaïquage

(a) (b)

Fig. 4.5 – Matériel utilisé pour l’évaluation de la précision du mosaïquage. (a) Diagramme qui montre les degrés de liberté du système de positionnement. (b) Photographie montrant les composants du système utilisé pour acquérir les images du fantôme permettant d’évaluer la précision du mosaïquage.

4.3.2 Tests effectués

À l’aide du système d’acquisition d’images, nous avons effectué un enregistrement d’une séquence vidéo pendant que le système de positionnement effectue des rotations, des changements d’échelle et des changements de points de vue, suivant un ordre prédéfini. Les acquisitions des séquences d’images ont été effectuées directement par la caméra sans le cystoscope. Cette manière de procéder permet de tester la précision inhérente de notre algorithme de mosaïquage, c’est-à-dire sur des données réalistes mais non affectées par les défauts introduits par le cystoscope (distorsion radiale, inhomogénéités d’éclairage).

Le tout premier test effectué a consisté en l’acquisition d’une vidéo d’un parcours consti-tué uniquement de translations selon ~x et ~y. Le chemin parcouru par le système a la forme d’un carré de 45 mm de côté formant un circuit fermé (la première et la dernière images se trouvent idéalement dans la même position). La séquence acquise contient 1300 images au total. La taille des images acquises est de 640 × 480 pixels, mais pour notre méthode de mosaïquage nous considérons une région d’intérêt de 400 × 400 pixels extraite de la partie centrale des images. La translation entre chaque image est approximativement de 2,3 pixels selon chaque axe. Compte-tenu des petites valeurs de translation entre les images, nous avons également testé la reconstruction sur la même séquence, en ne sélectionnant qu’1 image sur 4 et 1 image sur 8. Les images panoramiques calculées sont montrées dans la figure 4.6.

Pour estimer la précision du recalage, il faut comparer les coordonnées des points de la première image avec les coordonnées des points homologues de la deuxième image ramenée dans le repère de l’image panoramique (qui est aussi le repère de la première image). En d’autres termes, dans le cas idéal, la transformation globale pour la dernière image devrait être la même que pour la première image (matrice unité). Les matrices résultantes de ce test pour les trois cas (mosaïquage de toutes les images, recalage d’une image sur quatre et d’une image sur huit) sont présentées dans le tableau 4.9.

L’erreur de mosaïquage errm (dernière colonne du tableau 4.9) est définie par : err_m =

q h2

13+ h2

23/N, (4.6)

(a) (b) (c)

Fig.4.6 – Images panoramiques obtenues pour le recalage d’une séquence de 1300 images acquises par une caméra sans cystoscope. Le lien géométrique entre les images est composé uniquement par des translations sur ~x et ~y. (a) Image panoramique construite en considérant toutes les images (1087 × 1091 pixels). (b) Image panoramique en prenant 1 image sur 4 (1089 × 1096 pixels). (c) Image construite en prenant 1 image sur 8 (1089 × 1098 pixels). Les erreurs de mosaïquage sont visibles à travers les bandes noires.

de mosaïquage augmente avec la distance existant entre les images. Dans tous les cas, cette erreur inhérente reste faible. Les images panoramiques de la figure 4.6 restent toutes visuellement cohérentes.

Le test suivant que nous avons effectué, consiste en l’acquisition d’une séquence d’images en suivant un parcours défini. Ce parcours implique des mouvements de tous les axes qui composent le système de positionnement (3 rotations et 3 translations). La forme globale du parcours est un carré. La première série de mouvements consiste en l’application de translations (amplitude totale 42 mm) selon l’axe ~x combinée avec des translations selon l’axe ~z (amplitude totale 42 mm) (changement d’échelle). Le mouvement suivant est formé par une translation selon ~y (de 0 à 42 mm) associée à une rotation dans le plan image allant de 0 à 20° (ici appelée r₂). Le troisième mouvement consiste en une translation selon ~x (faisant revenir le dispositif à la valeur y = 0) et d’amplitude -42 mm qui est combinée à une rotation de 16° hors plan qui provoque des changements de point de vue. Cette rotation hors plan autour de l’axe ~z est appelée r₁. Le dernier mouvement implique des mouvements selon ~y (changement d’échelle) et ~z et des rotations des angles r₂ et r₁. À la fin de ce dernier mouvement, le dispositif est revenu dans sa position initiale. Le nombre d’images ainsi acquises est de 169, ce qui correspond à 42 images pour chaque côté du carré plus une image acquise pour la position initiale du dispositif. Une illustration du parcours effectué est donnée dans la figure 4.7.

Ainsi mentionné dans la section 4.3.1, l’image utilisée pour simuler l’aspect visuel de la parois de la vessie humaine est une impression en niveaux de gris d’une photographie haute résolution d’une vessie de porc. Pour ce deuxième test, dans le but de faciliter l’estimation de la précision du mosaïquage, nous avons imprimé sur la photographie de la vessie de porc une grille de points noirs espacés de 2,24 cm selon les axes vertical (~z) et horizontal (~x) (voir figure 4.5(a)). Ces points seront utilisés pour obtenir une mesure de l’erreur de la construction d’une image panoramique. Une fois l’acquisition des images effectuée (voir figure 4.8 pour des exemples des images acquises) en suivant le parcours décrit précédemment, nous obtenons une image panoramique avec notre méthode de mosaïquage (voir figure 4.9(b)). La première étape de l’évaluation de la précision de l’image panoramique construite est le recalage par sélection manuelle de 4 points dans la première

4.4. Application de la méthode de mosaïquage à des données patient