Restauration d’images avec critères orientés qualité

Images restoration based on quality criteria

• Auteur / Autrice : Fouad Boudjenouia
• Direction : Karim Abed-Meraim, Rachid Jennane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement des images et du signal
• Date : Soutenance le 26/10/2017
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie multimodale multiéchelle et modélisation du tissu osseux et articulaire (Orléans ; 2012-2022)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Rouet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karim Abed-Meraim, Rachid Jennane, Jean-Louis Rouet, Alain Trémeau, Ali Mohammad-Djafari, Aladine Chetouani, Anissa Mokraoui, Karim Seghouane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Trémeau, Ali Mohammad-Djafari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Représentation parcimonieuse

Convolutions (mathématiques)

Reconstruction d'image

Traitement d'images -- Techniques numériques

Mots clés libres

Identification aveugle du système

Restauration multi-canal d’images

Décodeur séquentiel

Régularisation TV

Amélioration de la qualité d’image

Séparation aveugle d’images

Décorrélation du second ordre

Représentation parcimonieuse

Blind system identification

Multichannel image restoration

Sequential decoding

TV regularization

Image quality enhancement

Blind image separation

Second order decorrelation

Sparse representation

Résumé

Cette thèse concerne la restauration aveugle d’images (formulée comme un problème inverse mal-posé et mal-conditionné), en considérant particulièrement les systèmes SIMO. Dans un premier temps une technique d’identification aveugle de ce système où l’ordre du canal est inconnu (surestimé) est introduite. Nous introduisons d’abord une version simplifiée à coût réduit SCR de la méthode des relations croisées (CR). Ensuite, une version robuste R-SCR basée sur la recherche d’une solution parcimonieuse minimisant la fonction de coût CR est proposée. La restauration d’image est ensuite assurée par une nouvelle approche inspirée des techniques de décodage des signaux 1D et étendue ici aux cas de la restauration d’images en se basant sur une recherche arborescente efficace (algorithme ‘Stack’). Plusieurs améliorations de la méthode ‘Stack’ ont été introduites afin de réduire sa complexité et d’améliorer la qualité de restauration lorsque les images sont fortement bruitées. Ceci en utilisant une technique de régularisation et une approche d’optimisation all-at-once basée sur la descente du gradient qui permet de raffiner l’image estimée et mieux converger vers la solution optimale. Ensuite, les mesures de la qualité d’images sont utilisées comme fonctions de coûts (intégrées dans le critère global) et ce afin d’étudier leur potentiel pour améliorer les performances de restauration. Dans le contexte où l’image d’intérêt est corrompue par d’autres images interférentes, sa restauration nécessite le recours aux techniques de séparation aveugle de sources. Pour cela, une étude comparative de certaines techniques de séparation basées sur la propriété de décorrélation au second ordre et la parcimonie est réalisée.

This thesis concerns the blind restoration of images (formulated as an ill-posed and illconditioned inverse problem), considering a SIMO system. Thus, a blind system identification technique in which the order of the channel is unknown (overestimated) is introduced. Firstly, a simplified version at reduced cost SCR of the cross relation (CR) method is introduced. Secondly, a robust version R-SCR based on the search for a sparse solution minimizing the CR cost function is proposed. Image restoration is then achieved by a new approach (inspired from 1D signal decoding techniques and extended here to the case of 2D images) based on an efficient tree search (Stack algorithm). Several improvements to the ‘Stack’ method have been introduced in order to reduce its complexity and to improve the restoration quality when the images are noisy. This is done using a regularization technique and an all-at-once optimization approach based on the gradient descent which refines the estimated image and improves the algorithm’s convergence towards the optimal solution. Then, image quality measurements are used as cost functions (integrated in the global criterion), in order to study their potential for improving restoration performance. In the context where the image of interest is corrupted by other interfering images, its restoration requires the use of blind sources separation techniques. In this sense, a comparative study of some separation techniques based on the property of second-order decorrelation and sparsity is performed.