Approche perceptuelle pour la retouche d'images : Algorithmes, évaluation et détection

par Thanh Trung Dang

Thèse de doctorat en Signaux et Images

Sous la direction de Azeddine Beghdadi et de Mohamed-Chaker Larabi.

Soutenue le 26-06-2014

à Paris 13 , dans le cadre de École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis) , en partenariat avec Université Paris 13 (laboratoire) .

Le président du jury était Anissa Zergaïnoh Mokraoui.

Le jury était composé de Faouzi Alaya Cheikh.

Les rapporteurs étaient Stefania Colonnese, Frédéric Dufaux.


  • Résumé

    La technique d’inpainting (retouche d’images) est considérée comme l’une des solutions efficaces pour la restauration d'images dégradées et, même la vidéo ou les contenus 3D stéréoscopiques. Il s’agit d’un outil essentiel pour la restauration et la conservation des objets archéologiques. En effet, lors de fouilles de sites historiques, de nombreux objets de valeur tels que des statues, des bâtiments, des peintures murales, etc., sont découverts et récupérés. Malheureusement, la plupart d’entre eux se retrouvent endommagés ou fracturés. Dans l’optique d’apprendre de ces objets, les techniques numériques sont utilisées pour les restaurer en utilisant des connaissances a priori fournies par les archéologues et les artistes. Cela permet de reconstruire, préserver et maintenir ces oeuvres artistiques de grande valeur. En effet, les progrès des technologies et des systèmes d’acquisition d’images ont permis la transition des méthodes traditionnelles de retouche manuelle vers des techniques numériques, ouvrant un nouveau domaine de recherche appelé inpainting d’images.Dans cette thèse, notre travail visait à analyser et examiner les méthodes de la littérature des techniques d’inpainting d’images qui se décomposent en trois groupes. Les avantages et les inconvénients de chaque approche sont analysés finement en utilisant des critères objectifs et subjectifs. Sur la base de cette étude, une nouvelle approche d’inpainting d’images est proposée et confrontée à la littérature. Elle offre de bonnes performances en termes de qualité de rendu et d’efficacité calculatoire. Une autre contribution réside dans la proposition d’une nouvelle métrique de qualité dédiée à l’évaluation des techniques d’inpainting. Au regard de l’état de l’art dans le domaine, les images ayant subi des retouches par inpainting sont très souvent évaluées subjectivement ou au moyen de quelques mesures objectives loin d’être adaptées aux particularités de cette technique. La métrique proposée offre à la fois de bonnes performances et une adaptabilité au domaine. La dernière contribution de ce travail est un problème moins étudié et lié à la détection d’inpainting. Ceci est motivé par les efforts importants de recherche sur la thématique ainsi que le développement rapide de la technologie. La conséquence est que la qualité des retouches par inpainting est devenue plus réaliste et sophistiquée que jamais. Les régions retouchées sont alors difficiles à détecter par les utilisateurs, même les experts. Ainsi, ces images pourraient être utilisées à différentes fins, légales comme illégales. Malgré l’importance du sujet, très peu de travaux l’ont adressés à cause de sa complexité. C’est sur cette base qu’une nouvelle approche pour la détection d’inpainting est proposée dans cette thèse, en exploitant les connaissances acquises lors des étapes précédentes. Enfin, la performance des solutions proposées est soigneusement évaluée à travers plusieurs expérimentations, et ce au regard du jugement humain ainsi qu’en comparaison avec les méthodes existantes.

  • Titre traduit

    perceptual approach of image inpainting : algorithms, evaluation and detection


  • Résumé

    Image inpainting technique has emerged as one of the efficient solutions for restoring degraded images and even video and 3D visual contents. It is essential for restoration and conservation of archeological objects. Indeed, during the excavation of historic sites, many valuable artifacts such as statues, buildings, wall paintings, etc., have been unearthed and recovered. Unfortunately, most of them have been damaged or fractured in ancient times. With the aim to learn from these objects, digital techniques are used to restore them using some a priori knowledge provided by archeologists and artists. This helps to reconstruct, preserve and maintain these valuable artistic works. Recently, advances of computer technology and image acquisition systems made possible the transition from traditional manual retouching methods to digital techniques. It has opened up a very new and interesting research field within image processing, namely digital image inpainting.In this thesis, our work aims at analyzing and reviewing the state-of-the-art methods for image inpainting. Three groups of inpainting methods are identified. The advantages and drawbacks of each approach are analyzed using objective and subjective criteria. Based on this review, a new approach of image inpainting is introduced and compared to literature. The proposed method provides good performance in terms of quality and computation efficiency. Another contribution lies in the proposal of a new quality metric dedicated to image inpainting. To the best of our knowledge the inpainted images are very often evaluated subjectively or by means of some objective metrics far from being adapted to the peculiarities of image inpainting criteria. The last contribution of this work is a less investigated problem related to inpainting detection. This is motivated by the fact that, due to extensive research and rapid growth of technology, the output quality of inpainting algorithms became more than ever realistic and sophisticated. The inpainted regions are hard to detect by viewers, even for experts. As a result, these inpainted images could be used for different purposes, including digital tampering. Therefore, the last topic of the work is devoted to inpainting detection, also seen as an inverse problem of inpainting. Although, many papers have been introduced for forgery detection, there is almost no study about image inpainting forgery. Accordingly, a novel approach for inpainting detection is introduced based on the knowledge gathered in the previous steps of the thesis. Finally, the performance of proposed solutions is carefully evaluated with regards to human judgment as well as in comparison with the existing methods though a series of experimental studies.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (180 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 169-180

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  • Bibliothèque : Université Paris 13 (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis). Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TH 2014 008
  • Bibliothèque : Université Paris 13 (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis). Bibliothèque universitaire. Section Droit/Lettres.
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