Color harmony : experimental and computational modeling

par Christel Chamaret

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Olivier Le Meur.

Soutenue le 28-04-2016

à Rennes 1 en cotutelle avec l'IRISA , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (ComuE) et de Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Harmonie des couleurs : modélisation expérimentale et algorithmique


  • Résumé

    Comme la consommation de médias numériques a explosé ces dernières années, faire des photos esthétiques, avec ou sans expertise artistique, est plus que jamais un sujet de recherche. Plusieurs axes peuvent être explorés: la haute définition, la luminance ou contraste étendue, les gamut couleur étendus. En plus de ces propriétés intrinsèques de l'image, des connaissances perceptuelles et/ou artistiques seraient de grande valeur pour tout utilisateur manipulant le contenu des images. Cette thèse propose d'aborder le thème de l'harmonie des couleurs. La littérature en lien avec ce sujet se retrouve à travers diverses disciplines : la science des couleurs, le traitement d'image, la psychologie… Ces expériences menées en science des couleurs privilégient la mesure de patchs combinant deux ou trois couleurs, rendant l'extrapolation à des images naturelles impossibles. D'autres approches ont défini des lois empiriques dictant l'arrangement des couleurs sur la roue des teintes. Le cadre applicatif de ces modèles géométriques manque de rigueur quant à leur utilisation. Malgré cela, des algorithmes en traitement d'image employant ces modèles ont vus le jour. Si les résultats semblent qualitativement agréables, ces algorithmes méritent une validation plus quantitative et objective, faisant intervenir une base de données appropriée. Dans cette thèse, deux approches sont mises en perspective: un travail expérimental et une partie algorithmique. Une expérience a été menée à l'aide d'un oculomètre avec une tâche dédiée à l'analyse de l'harmonie des couleurs, permettant de mesurer des effets dans le déploiement de l'attention visuelle. A partir de ces données, une vérité terrain a été extrapolée, permettant la validation des méthodes algorithmiques ensuite proposées. En premier, nous avons amélioré l'état de l'art sur l'harmonisation automatique des images au travers de diverses contributions et avons démontré de façon exhaustive le gain de notre approche. En deuxième contribution algorithmique, nous avons introduit une nouvelle sorte de métrique de qualité qui combine les concepts de masquage visuel et d'harmonie des couleurs. Ainsi, nous pouvons prédire quelles zones de l'image seront perçues harmonieuses, au vue de leur voisinage et donc des effets de masquages potentiels. Enfin, une dernière contribution, nous a amené à dériver deux outils d'édition incorporant les deux techniques précédentes, permettant de rendre accessible les concepts d'harmonie des couleurs à travers une formulation cachée et intuitive.


  • Résumé

    Since the consumption of digital media exploded in the last decade, making aesthetic pictures quickly - with or without artistic expertise - is more than ever a research topic. Different axis of investigations remain possible: high resolution, high dynamic range or wide color gamut. Additionally to these objective image properties, more perceptual and artistic insights could be of benefit to any user manipulating pictures. In such context, this thesis deals with the topic of Color Harmony. The literature related to this topic is limited, but involves many different scientific areas: color science, image processing and psychology and so on. The validity of collected data is questionable due to their limitation to two- or three-colors patches. The models fitted from these data remain non-exploitable on natural pictures. Other models depicting rules or areas on color wheel lack scientific guidelines for their utilization. Nonetheless, some algorithms employing color harmony theory and models as a core concept showed up in the literature, but suffered from being quantitatively tested and validated. In this thesis, two views are put in perspective in order to respond to the previous statements: an experimental and a computational approaches. The conducted experiment allowed observing some effects with an eye-tracking protocol, never applied before with a task on color harmony assessment. From the collected data of our experimental work, we designed a method to generate a ground truth, which would serve to the validation of the two proposed computational methods. First, we improved an existing architecture for automatic color harmonization and demonstrated exhaustively the benefit of our approach. As a second computational contribution, a novel quality metric is introduced that integrates the concepts of visual masking and color harmony. Thus, we may predict which areas would be perceived harmonious regarding its neighborhood and then the potential masking effects. As a last contribution, two editing tools made accessible the color harmony theory through a hidden formulation of it and a user-friendly and intuitive interface.


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