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Vidéo et imagerie numérique - Les filtres graphiques
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Filtrage
Le filtrage consiste à appliquer une transformation (appelée filtre) à tout ou partie d'une image numérique en appliquant un opérateur. On distingue généralement les types de filtres suivants :
- les filtres passe-bas, consistant à atténuer les composantes de l'image ayant une fréquence haute (pixels foncés). Ce type de filtrage est généralement utilisé pour atténuer le bruit de l'image, c'est la raison pour laquelle on parle habituellement de lissage. Les filtres moyenneurs sont un type de filtres passe-bas dont le principe est de faire la moyenne des valeurs des pixels avoisinants. Le résultat de ce filtre est une image plus floue.
- les filtres passe-haut, à l'inverse des passe-bas, atténuent les composantes de basse fréquence de l'image et permettent notamment d'accentuer les détails et le contraste, c'est la raison pour laquelle le terme de "filtre d'accentuation" est parfois utilisé.
- les filtres passe-bande permettant d'obtenir la différence entre l'image originale et celle obtenue par application d'un filtre passe-bas.
- les filtres directionnels appliquant une transformation selon une direction donnée.
Qu'est-ce qu'un filtre ?
Un filtre est une transformation mathématique (appelée produit de convolution) permettant, pour chaque pixel de la zone à laquelle il s'applique, de modifier sa valeur en fonction des valeurs des pixels avoisinants, affectées de coefficients.
Le filtre est représenté par un tableau (matrice), caractérisé par ses dimensions et ses coefficients, dont le centre correspond au pixel concerné. Les coefficients du tableau déterminent les propriétés du filtre. Voici un exemple de filtre 3 x 3 :
| 1 | 1 | 1 |
| 1 | 4 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Ainsi le produit de la matrice image, généralement très grande car représentant l'image initiale (tableau de pixels) par le filtre donne une matrice correspondant à l'image traitée.
Notion de bruit
Le bruit caractérise les parasites ou interférences d'un signal, c'est-à-dire les parties du signal déformées localement. Ainsi le bruit d'une image désigne les pixels de l'image dont l'intensité est très différente de celles des pixels voisins.
Le bruit peut provenir de différentes causes :
- Environnement lors de l'acquisition
- Qualité du capteur
- Qualité de l'échantillonnage
Lissage
On appelle "lissage" (parfois débruitage ou filtre anti-bruit) l'opération de filtrage visant à éliminer le bruit d'une image.
L'opération de lissage spécifique consistant à atténuer l'effet d'escalier produit par les pixels en bordure d'une forme géométrique est appelée anti-crénelage (en anglais anti-aliasing).
Accentuation
L'accentuation (ou bruitage) est l'inverse du lissage; il s'agit d'une opération visant à accentuer les différences entre les pixels voisins.
Ainsi l'accentuation peut permettre de mettre en exergue les limites entre les zones homogènes de l'image et est alors appelée extraction de contours (également contourage ou réhaussement de contours).
Tramage
Le tramage (en anglais dithering ou halftoning) est une technique consistant à alterner des motifs géométriques utilisant peu de couleur, appelés "trame", afin de simuler une couleur plus élaborée.
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