3.3 Utilisation des informations issues de la décomposition en ondelettes
4.1.1 Le vignettage
4.1.1.1 Principe
Le vignettage correspond a un effet d’assombrissement partant du centre jusqu’aux
bords de la photographie. L’effet de vignettage est particulièrement important sur les
photographies aériennes anciennes. La qualité des objectifs, datant des années 1950
et 1970, s’avère radicalement différente des capteurs utilisés à ce jour, le niveau de
gris moyen d’une photographie peut diminuer d’environ 80 % entre son centre et ses
extrémités (Figure 4.1). Il est nécessaire de corriger ce défaut récurrent sur toutes les
photographies avant de procéder à une quelconque analyse. En effet, les propriétés de
luminance d’un type d’occupation du sol sont différentes pour un objet se trouvant au
centre et en bordure de l’image. Enfin, dans le cadre de la réalisation d’une mosaïque
d’images, le vignettage produit un assemblage médiocre où l’illumination globale est
fortement hétérogène [Muralikrishna et al. 1982].
Distance au centre de l'image (en nombre de pixels)
N
ive
a
u
d
e
g
ri
s
mo
ye
n
(a) (b)
Figure 4.1 – Exemple d’effet de vignettage sur une photographie aérienne de 1978 :
(a) photographie, (b)niveaux de gris moyen du centre jusqu’aux bords de l’image. La
diminution de niveau de gris moyen atteint 80 % aux bords de l’image
Ce type de distorsion n’est pas propre aux photographies aériennes, il est
ob-servable sur tout type de photographies, tant argentique que numérique. Il dépend
essentiellement des propriétés géométriques de la lentille et des paramètres de prise de
vue qui génèrent respectivement un vignettage « naturel » et un vignettage « optique »
4.1. Corrections radiométriques
1. Le vignettage « naturel » résulte d’une perte d’énergie de la lumière
traver-sant l’objectif par un angle supérieur à 0
◦ par rapport à l’axe perpendiculaire
à la lentille. Plus l’angle est grand, plus la perte de luminance est importante
(Figure 4.2). Le vignettage naturel est fréquemment modélisé selon la fonction
[Ray 1988] :
v(θ) = cos
4(θ) (4.1)
oùθ est l’angle du rayon incident (Figure4.2). Cependant, avec le développement
de nouvelles lentilles, il est désormais admis que le vignettage peut être modélisé
par une fonction de type :
v(θ) = cos
n(θ) (4.2)
où n peut varier de 1 à 4 en fonction de la propriété de la lentille
[Da Silva & Candeias 2008,Edirlsinghe et al. 2001]. La figure 4.3présente un
ef-fet de vignettage selon une fonction, on observe la différence entre un vignettage
de type cos
2 et cos
4. Plus le paramètren est grand et plus l’assombrissement des
bords de l’image est important.
2. Le vignettage « optique » dépend du paramètre d’ouverture de la prise de
vue. Le paramètre d’ouverture fait varier la taille du diaphragme pendant
l’acquisition de l’image et le diaphragme permet de limiter le nombre de rayons
du faisceau lumineux qui arrivent sur le capteur. Son objectif premier est de
ré-guler l’illumination du capteur : plus la scène est sombre et plus la taille du
dia-phragme doit être grande. Le vignettage est proportionnel à la taille d’ouverture
du diaphragme : à pleine ouverture du diaphragme, la quantité de lumière reçue
est importante et la région centrale du capteur est plus illuminée. À l’inverse, à
faible ouverture, la répartition de la quantité de lumière est plus homogène et le
vignettage moins apparent. Dans [Edirlsinghe et al. 2001], les auteurs montrent
que le vignettage « optique » devient important pour des prises de vue à très
large ouverture (f−1.4) et qu’il ne suit plus une fonction de typev(θ) = cos
4(θ)
caractéristique d’un vignettage « naturel ».
4.1.1.2 Méthodes de correction du vignettage
La correction du vignettage est une opération fréquemment appliquée dans de
nombreux domaines. Pour des applications multimédias, l’effet de vignettage est
corrigé afin de réaliser des vues panoramiques à partir d’un ensemble d’images
[Shum & Szeliski 1997] ou de pallier les défauts de caméra [Sawchuck 1977]. En
as-tronomie et dans le domaine médical, c’est le vignettage des images produites
par des appareils de pointe tels que les télescopes [Lumb et al. 2003], microscopes
[Leong et al. 2003] et capteurs de rayons X [Aach et al. 1999] qui fait l’objet de
Chapitre 4. Prétraitement des données
Lentille
Capteur
CCD
ou
pellicule
Scène
observée
Rayon incident
distance
focale (f)
Figure 4.2 – Schématisation du vignettage optique. Le vignettage dépend de
4.1. Corrections radiométriques
(a) (b)
Figure 4.3 – Exemples de vignettage « naturel » en fonction de l’angle θ
formé avec la perpendiculaire de la lentille.(a): vignettage de type cos
2(θ),(b):
vignettage de type cos
4(θ). L’assombrissement des bords est plus important pour un
vignettage de type cos
4(θ) que de type cos
2(θ).
Les approches utilisées pour corriger le vignettage sont nombreuses. La plus simple
consiste à placer un filtre antivignettage devant l’objectif pendant la prise de vue
[Paine & Kiser 2003, Roberts 1995]. D’autres approches requièrent des informations
précises sur les propriétés du capteur telles que la distance focale ou la dimension
de la lentille [Asada et al. 1996, Kang & Weiss 2000]. D’autres approches encore
né-cessitent une étape de calibration à partir d’une surface de référence parfaitement
homogène et parfaitement éclairée [Edirlsinghe et al. 2001, Yu 2004, Yu et al. 2004].
Le vignettage est alors compensé en fonction de l’assombrissement mesuré. Enfin,
cer-taines méthodes nécessitent un ensemble d’images acquises par un même capteur
dans les même conditions [Lelonget al. 2008, Causi & Luca 2005]. Dans ce cas, le
vi-gnettage est mis en évidence en calculant la moyenne des images disponibles.
Dans le cadre d’une étude dephotographies aériennes anciennes, il est à
consi-dérer que certaines informations sur le capteur peuvent être manquantes (type de
len-tille, distance focale, ouverture ... ). De plus, il est souvent très compliqué, voire
impos-sible, d’accéder à des données de calibration. Enfin, il est parfois difficile de travailler
avec un nombre exhaustif de clichés car une ou deux images sont parfois nécessaires
en fonction du site d’étude. En conséquence, les méthodes de correction citées
précé-demment ne sont pas applicables à toutes les situations, notamment dans le cadre des
études multi-dates où le choix des photographies aériennes est contraint par leur
dis-ponibilité en archives. De manière générale, la qualité et la quantité des informations
relatives aux données photographiques varie selon les caractéristiques spécifiées par
les utilisateurs finaux ayant effectué la commande ou le producteur de la donnée
lui-même, comme l’IGN par exemple. Ainsi, l’utilisateur se heurte souvent à un manque
Chapitre 4. Prétraitement des données
d’information et ne peut pas prétraiter correctement les photographies aériennes dont
il dispose, ce qui le conduit fréquemment à photointerpréter les clichés sans pouvoir
les traiter automatiquement.
Il se révèle donc particulièrement intéressant de développer un outil permettant
de s’affranchir de l’absence d’informations sur le capteur, de support de calibration et
pouvant s’appliquer à un nombre important de clichés. Son élaboration pourrait ainsi
répondre aux besoins de tout utilisateur, quelque soit l’étendue de sa zone d’étude et
le type de photographie utilisé.
Nous verrons dans la partie suivante comment la mise en place d’un tel outil a
été rendue possible grâce notamment à l’utilisation des ondelettes et de l’analyse de
textures.
