La visualisation et la saturation du capteur

Comme nous l’avons d´ej`a dit, le r´esultat du calcul complet de la formation de l’image est stock´e sous la forme d’un tableau de nombres r´eels. Ces nombres correspondent `a une intensit´e lumineuse, et c’est `a partir de la quantification de ces valeurs que nous aurons une image.

Dans la r´ealit´e, c’est le capteur CCD situ´e en bout de chaˆıne optique qui va jouer ce rˆole de g´en´erateur d’image num´erique. Or, un capteur CCD peut ˆetre satur´e par une intensit´e lumineuse, si elle est trop forte. Dans le cas d’objets translucides comme une microbille de verre (voir Fig. 5.11 parexemple), l’intensit´e pr`es du point focal est tellement intense que le capteur est presque toujours satur´e. Nous avons opt´e pour 3 m´ethodes possibles de

4.4. TROISI `EME ´ETAPE : LA MOD ´ELISATION DU SYST `EME OPTIQUE 107

visualisations pour simuler cette saturation du capteur :

– utilisation du format d’image HDRI¹⁸: c’est un format d’image qui permet de stocker « toute » la dynamique de l’image, en la stockant sous forme de nombre r´eels. La quantification est variable et d´ependra du programme de visualisation : on peut voir les d´etails d’une tr`es forte intensit´e comme ceux d’une tr`es faible intensit´e. L’´equivalent physique pour un image r´eelle est de baisser ou d’augmenter l’intensit´e lumineuse de la source du microscope ;

– simulation de la saturation par troncature : nous allons fixer un seuil d’intensit´e s dans l’image calcul´ee. Au-del`a de ce seuil, les valeurs d’intensit´e sont tronqu´ees et ramen´ees `a s. C’est un peut ´equivalent au point pr´ec´edant, sans avoir de programme d´edi´e ;

– quantification relative pour une s´equence d’images calcul´ees : dans ce cas, nous allons quantifier le tableau de r´eels relativement aux autres images de la s´equence. Cela a toujours une signification physique, puisque c’est l’´equivalent de la d´etermination du meilleur ´eclairage pour un sp´ecimen ; cette d´etermination peut ˆetre diff´erente d’un sp´ecimen `a l’autre.

Nous utilisons essentiellement la derni`ere m´ethode pour traiter des s´equences d’images, bien que les 2 autres soient pratique pour traiter une image isol´ee. Il faut remarquer que pour des images calcul´ees, il s’agit d’un post-traitement : l’image existe d´ej`a, et elle est un peu modifi´ee. Bien qu’il semble que pour un montage r´eel ce traitement soit en amont (on r`egle l’intensit´e lumineuse pour que l’image soit acceptable), c’est bien le capteur qui intervient `a la fin qui produit cet effet : l’image r´eelle existe d´ej`a, et c’est le capteur sens´e la rendre visible qui introduit cet effet.

4.4.6 Conclusion

Dans cette partie, nous avons pr´esent´e la derni`ere ´etape de notre mod`ele : l’´etape d’in-teraction entre l’espace objet ´eclair´e et le mod`ele de syst`eme optique. Cette derni`ere ´etape est une projection d’un espace 3D (espace objet ´eclair´e) vers un espace 2D (espace image). Une image (qui correspond `a une focalisation donn´ee) contient `a travers le flou g´en´er´e par cette projection, des informations 3D. Nous pouvons aussi g´en´erer un espace image « 3D » en stockant dans l’ordre chaque image correspondant `a une focalisation donn´ee. Cela revient `a une sorte de filtrage sp´ecial de l’espace objet ´eclair´e.

Nous avons vu dans le chapitre 3 qu’il est possible dans certaines conditions de remonter `

a cette information 3D, grˆace `a une s´equence d’images et la connaissance de l’OTF du syst`eme optique. Malheureusement, dans le cas d’un objet translucide, les ph´enom`enes de

108 CHAPITRE 4. LE MOD `ELE PROPOS ´E

r´efraction rendent quasi impossible ce genre de traitement car ils perturbent ´enorm´ement la structure de l’objet lui-mˆeme. Nous en parlons dans la partie 4.3.

4.5 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons pr´esent´e un mod`ele global de la formation de l’image qui est notre principale contribution au probl`eme pr´esent´e en introduction (chapitre 1). Tout d’abord, nous avons introduit des notions importantes comme les espaces de travail : l’espace objet physique, o`u le sp´ecimen de synth`ese est d´ecrit ; l’espace objet ´eclair´e, dans lequel nous calculons les interactions entre l’objet physique et la lumi`ere, grˆace `a un mod`ele de lancer de rayons ; et enfin, l’espace image o`u nous d´ecrivons le r´esultat des interaction entre l’espace pr´ec´edant et le mod`ele de syst`eme optique. Le mod`ele de syst`eme optique est d´ecrit par une fonction 3D importante : l’OTF, que nous avons aussi appel´ee fonction de flou. C’est en effet par elle que le syst`eme optique « s’exprime ». Nous avons voulu la simplifier par un mod`ele gaussien ; ce dernier donne de bon r´esultats visuels (voir le chapitre 5), mais nous avons d´emontr´e qu’il ´etait peu pr´ecis pour nos calculs. Nous nous sommes aussi attach´es `a d´emontrer que ce qui perturberait grandement une ´eventuelle volont´e de reconstruction n’est pas tant le flou en lui-mˆeme, que la r´efraction qui intervient dans le cas d’un sp´ecimen translucide. Nous avons aussi pr´esent´e le maximum de d´etails sur l’impl´ementation qui a ´et´e r´ealis´ee, quand cela ´etait possible. C’est ce mod`ele que nous allons valider dans le chapitre 5 par des calculs de s´equences d’images. Nous les validerons par rapport `a des images r´eelles.

Chapitre 5

R´esultats

N

ous abordons ici le chapitre le plus important de ce manuscrit, car il concerne les r´esultats du mod`ele d´ecrit dans le chapitre 4. Une partie de ces r´esultats est pr´esent´ee dans les articles de Dey et al. [Dey 01] [Dey 02a] [Dey 02b]. La premi`ere partie (partie 5.1) pr´esente le mat´eriel d’acquisition des images, et d´ecrit la pr´eparation des sp´ecimens, et dans la partie 5.2, nous effectuons des normalisations sur l’´eclairage. La pr´esentation des r´esultats commence d`es la partie 5.3 dans laquelle nous appliquons notre mod`ele `a un objet 2D ; ensuite, c’est `a un objet 3D, mais opaque que nous nous int´eressons (partie 5.4), avant de tester des cas plus complexes d’objets 3D translucides (partie 5.5). La partie 5.6 concerne un objet encore plus prospectif, car beaucoup plus complexe et beaucoup moins connu physiquement : un grain de pollen. Nous conclurons ce chapitre avec la partie 5.7.

5.1 Mat´eriel et m´ethodes

Dans cette partie, nous d´ecrivons tout l’appareillage que nous avons utilis´e pour l’ac-quisition d’images. Nous donnons aussi la marche `a suivre pour pr´eparer les ´echantillons qui ont ´et´e observ´es avec le microscope (partie 5.1.1). Nous avons travaill´e avec des grains de pollen, des microbilles et d’autres objets microscopiques comme des diaphragmes (2D) ou bien des billes opaques (3D). Dans la partie 5.1.2, nous pr´esentons le mat´eriel optique utilis´e : le microscope, la cam´era CCD et la table `a d´eplacements microm´etriques. Nous ´

etablissons ensuite (partie 5.1.3) une ´echelle de correspondance entre le monde r´eel et les images num´eris´ees, en fonction du grossissement. Nous invitons le lecteur int´eress´e `a se reporter `a l’annexe A pour en savoir plus sur les grains de pollens. Pr´ecisons que le L.A.S.M.E.A.¹ de Clermont Ferrand a prˆet´e le microscope et le syst`eme d’acquisition des images, et a fourni tout ce qui se rapporte aux grains de pollen. Le LTE² de l’universit´e de

1. LAboratoire des Sciences et Mat´eriaux pour l’ Electronique et l’Automatique ; URL : http://wwwlasmea.univ-bpclermont.fr/

110 CHAPITRE 5. R ´ESULTATS

Nice - Sophia Antipolis a gracieusement fourni tous les autres types d’objets (diaphragme, microbilles de verre, etc.).

Dans le document Etude de la formation de l'image d'un objet microscopique 3D translucide - Application à la microscopie (Page 119-123)