La décomposition automatique d'une image en base et détail : Application au rehaussement de contraste

The automatic decomposition of an image in base and detail : Application to contrast enhancement

• Auteur / Autrice : Charles Hessel
• Direction : Jean-Michel Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance le 07/05/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques Hadamard (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mathématiques et de leurs applications (1990-2019 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Jury : Président / Présidente : Christine Graffigne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Michel Morel, Christine Graffigne, Marcelo Bertalmío, Sylvain Paris, Benoît Chauville, Wolf Hauser, Gabriele Facciolo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marcelo Bertalmío, Sylvain Paris, Pierre Kornprobst

Mots clés

Mots clés contrôlés

DxO Optics Pro (logiciel)

Décomposition (méthode mathématique)

Traitement d'images -- Techniques numériques

Mots clés libres

Décomposition en base et détail

Lissage avec préservation des contours

Filtre bilatéral

Mesures objectives de qualité

Mappage de tons

Rehaussement de contraste

Base and detail decomposition

Edge-aware smoothing

Bilateral filtering

Objective quality assessment

Tone-mapping

Contrast enhancement

Résumé

Dans cette thèse CIFRE en collaboration entre le Centre de Mathématiques et de leurs Applications, École Normale Supérieure de Cachan et l’entreprise DxO, nous abordons le problème de la décomposition additive d’une image en base et détail. Une telle décomposition est un outil fondamental du traitement d’image. Pour une application à la photographie professionnelle dans le logiciel DxO Photolab, il est nécessaire que la décomposition soit exempt d’artefact. Par exemple, dans le contexte de l’amélioration de contraste, où la base est réduite et le détail augmenté, le moindre artefact devient fortement visible. Les distorsions de l’image ainsi introduites sont inacceptables du point de vue d’un photographe.L’objectif de cette thèse est de trouver et d’étudier les filtres les plus adaptés pour effectuer cette tâche, d’améliorer les meilleurs et d’en définir de nouveaux. Cela demande une mesure rigoureuse de la qualité de la décomposition en base plus détail. Nous examinons deux artefact classiques (halo et staircasing) et en découvrons trois autres types tout autant cruciaux : les halos de contraste, le cloisonnement et les halos sombres. Cela nous conduit à construire cinq mire adaptées pour mesurer ces artefacts. Nous finissons par classer les filtres optimaux selon ces mesures, et arrivons à une décision claire sur les meilleurs filtres. Deux filtres sortent du rang, dont un proposé dans cette thèse.

In this CIFRE thesis, a collaboration between the Center of Mathematics and their Applications, École Normale Supérieure de Cachan and the company DxO, we tackle the problem of the additive decomposition of an image into base and detail. Such a decomposition is a fundamental tool in image processing. For applications to professional photo editing in DxO Photolab, a core requirement is the absence of artifacts. For instance, in the context of contrast enhancement, in which the base is reduced and the detail increased, minor artifacts becomes highly visible. The distortions thus introduced are unacceptable from the point of view of a photographer.The objective of this thesis is to single out and study the most suitable filters to perform this task, to improve the best ones and to define new ones. This requires a rigorous measure of the quality of the base plus detail decomposition. We examine two classic artifacts (halo and staircasing) and discover three more sorts that are equally crucial: contrast halo, compartmentalization, and the dark halo. This leads us to construct five adapted patterns to measure these artifacts. We end up ranking the optimal filters based on these measurements, and arrive at a clear decision about the best filters. Two filters stand out, including one we propose.