5.1 Introduction
Dans ce chapitre, nous abordons la partie finale de nos travaux sur la segmentation labiale,
la segmentation des contours externes et internes des lèvres. Dans les chapitres précédents,
nous avons présenté une méthode pour segmenter un masque binaire des lèvres (cf. chapitre
2) ainsi qu’une méthode pour déterminer l’état ouvert ou fermé de la bouche (cf. chapitre
3). Au chapitre 4, nous avons étudié l’intérêt de la modalité infrarouge pour séparer la peau
et les lèvres. Cette étude ne s’est pas révélée concluante quant à la pertinence de la modalité
infrarouge pour le problème de la séparation peau/lèvres, nous n’utiliserons donc pas la
modalité infrarouge dans les traitements présentés dans ce chapitre. A partir de maintenant,
nous supposons que l’on dispose du masque binaire des lèvres et aussi que l’on connaît
l’état ouvert ou fermé de la bouche. Le masque binaire des lèvres nous fournit une
description grossière de l’ensemble du contour externe des lèvres. Le masque binaire n’est,
par contre, pas suffisamment précis pour nous renseigner sur la nature du contour interne
des lèvres. Lorsque la bouche est fermée le contour interne se résume à la jointure entre les
2 lèvres. Lorsque la bouche est ouverte, le contour interne se décomposera en un contour
interne supérieur et un contour interne inférieur. Pour modéliser de manière robuste le
contour interne de la bouche il faudra différencier les 2 cas de figure. Dans la suite de ce
chapitre, nous développerons nos méthodes de segmentation des contours externes et
internes des lèvres.
La section 5.2 sera consacrée à la segmentation du contour externe de la bouche. Nous
présenterons nos hypothèses et notre méthodologie. Les étapes de l’algorithme de
modélisation du contour seront par la suite développées. La section 5.3 sera consacrée à la
segmentation du contour interne des lèvres. Deux méthodes distinctes ont été développées
pour les cas des bouches ouvertes et des bouches fermées. Le choix de la méthode repose
sur l’état de la bouche que l’on suppose connu (cf. chapitre 3). Enfin, la section 5.4 sera
consacrée aux évaluations expérimentales de nos algorithmes de segmentation.
5.2 Segmentation du contour externe des lèvres
Dans le chapitre 1, nous avons présenté un état de l’art des méthodes existantes pour
modéliser et segmenter les contours de la bouche. Nous avons pu voir que les 2 grandes
familles de méthodes avaient des limitations différentes. Une approche « région » permettra
de localiser la zone de la bouche, mais produira des contours non régularisés et peu précis
(voir chapitre 2) que ce soit pour des algorithmes supervisés ou non-supervisés. Les
approches « contour » basées sur des snakes ou des modèles paramétriques permettent
d’obtenir des modélisations fines des contours mais l’initialisation et le choix des modèles
de contour sont très délicats. Pour être performante, une approche utilisant un snake se doit
d’initialiser la courbe au plus près du contour à modéliser pour éviter que la courbe
converge vers un contour parasite (figure 5.1-a). De plus, la robustesse des snakes aux
changements des conditions de l’environnement est très incertaine à la vue du nombre de
paramètres à définir (figure 5.1-b). Un modèle paramétrique peut résoudre ce genre de
problème mais sa définition est aussi problématique. Trop simple il ne permet pas une
modélisation fine de la bouche (figure 5.1-c et 5.1-d) et s’il est trop complexe le temps de
convergence peu devenir très important.
a)
b)
c) d)
Figure 5.1 : Exemples d’échecs des méthodes de modélisation de la bouche par approche contour : a)
Exemple d’échec dû à une mauvaise initialisation, à gauche, on donne le contour initial, à droite, on
donne le contour final (Delmas, 2000), b) Exemples de convergence d’un snake avec des paramètres
différents (Delmas, 2000), c) et d) Exemples de description du contour de la bouche avec un modèle
paramétrique trop simple, les croix représentent le contour réel et les lignes blanches représentent le
modèle à 2 paraboles après optimisation.
5.2.1 Méthodologie
Dans cette étude, nous faisons l’hypothèse que les lèvres ont été localisées et que le masque
des lèvres a été déterminé (voir chapitre 2). Le problème est d’extraire le contour externe de
la bouche. Nous avons vu que, pour résoudre ce problème de manière précise, une approche
contour est pertinente. Dans notre approche, la recherche du contour externe a été divisée
en 4 étapes : modélisation du contour externe supérieur, modélisation du contour externe
inférieur, recherche des commissures et modélisation finale du contour (figure 5.2). Pour
modéliser les contours externes supérieur et inférieur, nous avons choisi une approche
ascendante où les contours seront modélisés par des courbes polynomiales ouvertes.
Figure 5.2 : Schéma bloc des étapes de modélisation du contour externe de la bouche à partir du
masque binaire des lèvres.
Le masque des lèvres permet de localiser les zones des contours externes supérieur et
inférieur. Des contours externes initiaux seront calculés à partir du masque des lèvres. La
Masque binaire des lèvres
Modélisation finale du
contour externe
Recherche des commissures
Modélisation
du contour
inférieur
Modélisation
du contour
supérieur
Contour externe
force externe F
externe est constituée par le flux des gradientsγ-normalisés. Pour chaque cas,
le degré du polynôme modélisant le contour ainsi que sa position seront optimisés
itérativement afin d’ajuster la complexité de la courbe au cas traité. La force interne F
interneva s’adapter avec le degré du polynôme. Plus le degré du polynôme est bas, plus les
contraintes locales seront importantes et inversement. La recherche des commissures se fera
à partir d’un ensemble de positions candidates aux voisinages des extrémités des contours
externes supérieur et inférieur. Enfin, à partir des commissures et des contours optimisés,
une dernière optimisation permettra d’extraire le contour final.
5.2.2 Optimisation des contours externe supérieur et externe inférieur
Nous supposons, à partir de maintenant, que l’on dispose d’un masque délimitant la zone
des lèvres. On restreint alors la zone de recherche à la boîte englobant le masque. Le
contour externe du masque des lèvres trouvé précédemment est considéré comme le
contour externe initial. En pratique, ce contour se révèle la plupart du temps peu précis.
Une étape spécifique de modélisation du contour externe de la bouche est requise. L’intérêt
du masque des lèvres est qu’il nous permet d’estimer les proportions de la bouche ainsi que
des contours externes supérieur et inférieur initiaux proches des contours des lèvres. Nous
avons privilégié une approche « contour » pour la modélisation finale du contour externe de
la bouche. Dans la chapitre I, nous avons mis en évidence les problèmes rencontrés avec les
méthodes contours classiques comme les snakes ou les méthodes à base de modèles
paramétriques. Ces modèles nécessitent la définition de nombreux paramètres qui les
rendent sensibles aux changements des conditions de l’environnement. Dans le cas d’un
modèle paramétrique il faut définir quel type de courbe sera utilisé pour modéliser les
contours suivant les contraintes que l’on fixe sur la forme du modèle. Dans notre cas, le
masque des lèvres nous permet de disposer d’un contour externe initial de la bouche. Nous
avons choisi de modéliser les contours externes supérieur et inférieur initiaux par 2 courbes
polynômiales. La procédure pour optimiser les 2 contours, externe supérieur et externe
inférieur, étant identique, nous développerons dans la suite de cette section la procédure
pour le cas de l’optimisation du contour supérieur avant de la généraliser pour le contour
externe inférieur.
Dans le document
Segmentation région-contour des contours des lèvres
(Page 196-200)