Novembre 2005IFMEM J.KHAIRALLAH IMAGE NUMERISEE -INTRODUCTION -IMAGE ANALOGIQUE -IMAGE NUMERIQUE -NUMERISATION DE LIMAGE -DIFFERENTS TRAITEMENTS -INTERRETS

Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE

-INTRODUCTION

-IMAGE ANALOGIQUE

-IMAGE NUMERIQUE

-NUMERISATION DE L’IMAGE

-DIFFERENTS TRAITEMENTS

-INTERRETS


IMAGE

Déf.: représentation d’un objet, d’un être, d’un paysage..

Elle se présente comme une distribution bidimensionnelle

d’intensité lumineuse.


IMAGE MEDICALE

En médecine l’objet = patient

L’image médicale se présente comme une distribution spatiale d’intensité

de gris.


SIGNAL

Variation d’une grandeur physique qui peut être enregistrée


Du SIGNAL à l’IMAGE

IMAGE RADIANTE:

Modulation du rayonnement par le milieu traversé


Types de détecteurs:

- Film Radiographique

- Amplificateur de de luminance

- ERLM

- Détecteurs Plans

Du SIGNAL à l’IMAGE


FORMATION de l’IMAGE

ÉMETTEUR OBJET signal modulé CAPTEUR AFFICHAGE


IMAGERIE MEDICALE:très grande diversité

Plusieurs méthodes d’imagerie médicale :

- Radiologie

- Échographie

- Tomodensitométrie

- IRM

- Médecine Nucléaire


modes d’Acquisitions :

-Projections

-Coupes

-volume

-2D, 3D, séquences temporelle

-Statique ou Dynamique



Procèdes Physiques:

- RX

- Ultrasons

- Les rayons gamma

- Le Magnétisme du noyau des atomes

-…..



IMAGE NUMERISEE

-IMAGE ANALOGIQUE: L’image sur film ou sur écran de télévision est dite analogique, de même que toute image photographique, est analogue à l’objet qui l’a formée.


IMAGE NUMERISEE

L’image devenant numérique se prête aisément aux traitements, au transfert et à l’archivage.


IMAGE NUMERISEE

-IMAGE NUMERIQUE

Toute image est susceptible d’être numérisée. L’ensemble des mesures faites en tout les points de l’image constitue une image numérisée.


IMAGE NUMERISEE

NUMERISATION : trois phases

Échantillonnage: consiste à passer d'un signal

continu ,en une suite discrète de valeurs (valeurs mesurées à intervalles réguliers).

Quantification: faire correspondre une valeur discrète à la valeur mesuré de l’échantillon par rapport aux niveaux de quantification (niveaux de gris ou couleur).

Codage binaire: 1 / 0 , vrai / faux, présent / absent….

pour coder et stocker dans la mémoire de l’ordinateur la valeur et les coordonnées de chaque point


IMAGE NUMERISEEECHANTILLONNAGE Découpage de l’image en pixels :

le choix optimal de pas Dx et Dy (pas d’échantillonnage) est conditionné par le théorème de SHANON, ce choix est optimal si aucune informations n’est perdue:

la fréquence d'échantillonnage (s-1) ou (cm-1) doit être au moins deux fois plus grande que la plus grande fréquence contenue dans le signal.

Plus la fréquence d’échantillonnage est élevée plus l’image obtenue est fidèle à l’original.(densité de points mesurés) (la fréquence d'échantillonnage, c'est à dire le nombre de pixels par unité de surface doit être suffisante pour préserver l'information utile.)

une image analogique avec 0.2mm de résolution (distance minimale devant séparer deux points de l’image analogique pour être visibles séparément sur l’image numérisée)

il faut échantillonner 2 fois pour 0.2 mm

10 pixels au mm


IMAGE NUMERISEE

QUANTIFICATIONSoit une image représentée par un tableau de NxN, est codé sur R niveaux de gris, 64, 256 ou pour des nécessités de calcul sur 24 bits, généralement R et N sont de puissance de de 2.

R = 2r

b = N x N.r le nombre de bits nécessaire à son stockage.


IMAGE NUMERISEE

CODAGE BINAIRELes nombres fournis par la quantification sont transformés en nombres binaires, bits et octets, ces nombres sont facilement stockés ou transmis ou traités.

Cette phase de la numérisation est réalisée par un CAN: convertisseur Analogique Numérique.


IMAGE NUMERISEE• Matrice: tableau formé par la disposition en rangées et colonnes des éléments

numérisés,

• chaque élément de cette matrice est appelé pixel abréviation pour « picture element »

• La profondeur de la matrice, c’est le nombre de valeurs par adresse pour représenter une mesure. .

• La numérisation binaire (1,0) chaque puissance de 2 s’appelle un « bit »(abréviation de l’anglais binary digit = nombre binaire ).

21= 10 ; 22 = 4 = 100 ;..... ......................... 2 8 = 256 = 1 suivi de 8 zéros

8 bits = 1 octet = 256 niveaux de gris inutile de dépasser pour une image qui doit être examinée par l’œil (ou par couleur RVB)

• Une matrice 256 x 256 = 65536 pixels de chacun 8 bits = 1 octet, peut être stockée dans une mémoire ayant une capacité de 256 x 256 x 8 = 524288 bits soit 512 kbits

(1 kbits =1024 bits )


IMAGE NUMERISEE


IMAGE NUMERISEE

Matrice8 x 8 = 64

R = 24

4bits


IMAGE NUMERISEE

R = 24

4 bitsb = N x N.r

b = 8x8x4

b = 256 bits


IMAGE NUMERISEE

NUMERISATION • Découpage de l’image en petits éléments (Pixel)• Mesures de ces éléments et Affectation des valeurs

discrètes en fonctions des niveaux de quantification choisis

• Codage et stockage de ces valeurs dans la mémoire de l’ordinateur


ORIGINE DES IMAGES NUMERISEES

• Numérisation de documents analogiques déjà utilisés • Numérisation immédiatement après l'acquisition : caméra à la

sortie de L’A L (amplificateur de luminance), c’est la technique de FLUOROGRAPHIE

• Utilisation des écrans à mémoires photostimulables ERLM formats: 512, 1024, 1700, 2000

• Reconstruction d'images calculées en scanographie, IRM en format 256, 512 ou échographie de format plus réduit 128, 256. L’IRM, la, TDM ou Les gamma-caméras produisent toujours des images numérisées en format 256 ou 512

• Utilisation des CAPTEURS PLANS : nouvelle technologie


Principe de la FLUOGRAPHIE

LA FLUOROGRAPHIE associe à un ampli de luminance une caméra de télévision et un convertisseur analogique/numérique(CAN).


Principe de la FLUOGRAPHIEL’AMPLIFICATEUR DE LUMINANCE

C’est un tube à vide comportant deux groupes d’écrans et des électrodes d'accélération et focalisation :

-l’écran primaire , composée de deux parties accolées: une couche sensible aux RX convertissant ces photons X en photons lumineux et une photocathode qui libère des électrons par effet photoélectrique sous l’effet de la lumière

- l’écran secondaire, ou l’anode convertit l’image électronique en image lumineuse.



Le tube analyseur est constitué d’une photocathode dont la résistance en chaque point est modifiée par

l’éclairement de l’écran secondaire de l’AL. Un faisceau d’électrons, en parcourant la photocathode ligne par ligne, lit l’image de l’écran secondaire de l’AL en donnant à la sortie du tube analyseur une

variation continue de tension électrique ligne par ligne proportionnellement à l’éclairement de chaque point

de l’écran secondaire.

C’est le signal vidéo visualisable sur l’écran.



la numérisation du signal vidéo consiste à prélève sur chaque ligne 1024 valeurs de tensions régulièrement réparties

( échantillonnage).

1024 pointligne sur 1024 lignes

matrice 10242





Chaque valeurs de tension prélevée est

transformée en nombre par le CAN

(convertisseur Analogique Numérique) et

codée en général sur 10 bits, 210=1024

niveaux possible.

Pour chaque pixel il sera codé la valeur et

les coordonnées x,y.





Une caméra CCD peut remplacer le tube analyseur.

C’est une caméra utilisant un capteur CCD (Charge Coupled Device) ou (Dispositif de Transfert de Charges). Qui est un circuit intégré convertissant directement une image optique en un signal électronique.



La surface de la caméra CCD est constituée d’un réseau de pixels. Chaque pixel produit des électrons (charge) quand il reçoit des photons. le nombre d'électrons produits par un pixel est proportionnel au nombre de photons reçus.



La matrice est lue pixel par pixel ligne par ligne à travers une ligne de transfert.

La charge de chaque pixel est d’abord amplifié puis codée sur 8,12,14 ou 16 ..bits

par un CAN.

le signal est ensuite envoyé à l’ordinateur sous forme d’un fichier contenant l’intensité

de chaque pixel à afficher à l’écran.


Principe des ERLMÉcrans RadioLuminescents à Mémoire

Appelés aussi:

-Plaques Phosphores

-Plaques Photostimulables à mémoires PPM


Principe des ERLM

La cassette est munie d’un écran radio-luminescent ayant la capacité de conserver en mémoire l’énergie absorbée suite à une

irradiation. Cette énergie accumulée constitue l’image latente.


Principe des ERLM

Après un balayage par faisceau laser de la cassette, l’énergie retenue est

restituée sous forme de lumière.

La quantité de lumière restituée point par point est proportionnelle à

l’énergie des rayons X absorbée par chaque point.


Principe des ERLM

La lumière libérée lors de la lecture par le faisceau laser est transformée par un

Photomultiplicateur en tension électrique proportionnelle à l’énergie absorbée.

Ce signal électrique va être numérisé pour servir à la construction de l’image.


Principe des ERLM


Principe des ERLM

Le retour à l’état initial de la plaque s’effectue par l’exposition de quelques

secondes sous une lumière visible, permettant ainsi sa réutilisation.


CAPTEURS PLANSOU DETECTEUR PLANS

ou aussi détecteurs matriciels

Ils représentent la plus récente évolution.

Ce sont de capteurs de grande surface qui sont installés sur les tables de radiologie standard. L’image radiologique est immédiatement numérisée et transmise à la console de travail pour traitement avant impression..


CAPTEURS PLANS

Ces capteurs sont appelés à remplacer, en dynamique, l’ensemble amplificateur de

brillance-caméra.

Ce qui permet des équipements plus légers et ergonomiques et polyvalents (statique et

dynamique)


CAPTEURS PLANS

Constitués d’une matrice électronique qui transforme l’énergie des rayons X en un signal électrique point par point.

Les capteurs plans utilisent des techniques différentes pour la conversion des rayons X en charges électrique.


CAPTEURS PLANS

Modes de conversion

-les capteurs directs (sélénium) où les photons sont transformés en énergie électrique qui est ensuite mesurée.

- capteurs indirects (scintillateurs) ou les photons X sont d’abord transformés en énergie lumineuse qui est ensuite transformée en énergie électrique, laquelle est finalement mesurée et numérisée.


Principe des CAPTEURS PLANSMéthode indirects

Un écran scintillateur convertit les rayons X en lumière visible. Cette lumière active une matrice de photodiodes en silicium amorphe

en produisant un courant électrique.

Le signal électrique est ensuite numérisé.


Principe des CAPTEURS PLANS










Les caractéristiques des systèmes de numérisation

-La résolution spatiale correspond au plus petit détail perceptible. Elle est déterminée par la taille du pixel qui dépend elle-même de la taille de la matrice d’acquisition et du champ de

vue. Elle est estimée à partir de la FTM (Fonction de transfert de modulation )

-A la résolution spatiale correspond également une fréquence spatiale exprimée en nombre de paire de lignes par millimètre (pl/mm). Voir exemple.

-Le contraste est défini par la plus petite différence de densité optique perçue entre deux points voisins de l’image.


Fonction De Transfert De Modulation

La Fonction de Transfert de Modulation (FTM) est une courbe qui relie la variation de contraste de l’image à la fréquence spatiale de

l’objet (définie par un nombre de paires de lignes par millimètres= la résolution linéaire). Elle rend compte des possibilités de visualiser

un contraste donné de l’image


Fonction De Transfert De Modulation


Caractéristiques essentielles des systèmes de numérisation

l'efficacité quantique de détection

L’Efficacité Quantique de Détection (EQD ou DQE) , ce paramètre prend en compte l’absorption du rayonnement X, la sensibilité, le bruit, la résolution. Il est lié au pouvoir d’arrêt

du milieu détecteur ainsi qu’au nombre d’événements secondaires créés par photons X absorbés. Il montre l’aptitude d’un système à convertir fidèlement l’image radiante sans la

distordre en comparant le rapport signal sur bruit en sortie par rapport à son entrée :

EQF = (S/B)sortie / (S/B) entrée

-La sensibilité : plus petite variation d'absorption des rayons X que l'on arrive à mesurer.


IMAGE TDM

• En TDM on cherche à reconstituer une coupe du corps humain à partir de projections multiples.

• On définit une grille (Matrice) qui divise la coupe en petits éléments de volume appelés voxels.

• On calcule par des méthodes de reconstruction d’images le coefficient d’atténuation de chaque voxel

• Ces valeurs numériques seront transformés en valeurs analogiques pour la visualisation. (correspondance des coefficients d’atténuations avec des niveaux de gris)


IMAGE NUMERISEE


IMAGE NUMERISEE

• La résolution spatiale de l’image dépend du nombre de pixels (La résolution spatiale est définie comme la dimension du plus petit élément qu'il est possible d’observer)

• Résolution en densité dépend de la profondeur de chaque pixel (nbre de bits utilisés pour le codage 8, 10 ou 12 bits) c’est le relief de l’image ou le contraste.


IMAGE NUMERISEE

TRAITEMENT DES IMAGES NUMERIQUES• L’mage numérique est stockée, dans la mémoire

de l’ordinateur, sous forme de chiffres, il est alors possible d’effectuer de multiples opérations et manipulations. Ces traitements vont permettre d’améliorer la qualité d’affichage et d’extraire le maximum d’informations contenues dans l’image numérique et qui sont utiles au diagnostic.


IMAGE NUMERISEE

MANIPULATION DES HISTOGRAMMES• L’Histogramme d’une image numérisée est la

représentation de la répartition du nombre de pixels en fonction de leur niveau d’intensité.

• la dynamique d’une image c’est l’ensemble de valeurs que peuvent prendre les pixels.


IMAGE NUMERISEE

Image trop Sombre Image trop claire

Image manque

de contrasteManque de nuances

intermédiaires


IMAGE NUMERISEE

DYNAMIQUE DISPONIBLE

UTILISEE

Étalement d’histogramme


IMAGE NUMERISEE

DYNAMIQUE DISPONIBLE

UTILISEE

Étalement d’histogramme


IMAGE NUMERISEE

AGGRANDISSEMENT

• par démultiplication des pixels

• par interpolation : en calculant la moyenne des pixels voisins


IMAGE NUMERISEE

DEMULTIPLICATION DES PIXELS

14 12 11 12

13 10 9 10

11 8 9 11

6 5 10 12

14 14 12 12

14 14 12 12

13 13 10 10

13 13 10 10


IMAGE NUMERISEE

INTERPOLATION : moyenne des pixels voisins

14 12 11 12

13 10 9 10

11 8 9 11

6 5 10 12

10 9,5 9 9,5

9 9 9 9,75

8 8,5 9 10

6,5 8 9,5 10,5


IMAGE NUMERISEE

OPERATIONS ARITHMETIQUES

• Soustraction addition

• Multiplication et division


IMAGE NUMERISEE

14 12 11 12

13 10 9 10

11 8 9 11

6 5 10 12

12 10 9 10

1 8 7 8

9 6 7 9

4 3 8 10

16 14 13 14

15 12 11 12

13 10 11 13

8 7 12 14

+2 addition -2 soustraction

Image plus claire Image plus sombre


SOUSTRACTION


IMAGE NUMERISEE

14 12 11 12

13 10 9 10

11 8 9 11

6 5 10 12

5 4 4 4

4 3 3 3

4 3 3 4

2 2 4 4

42 36 33 36

39 30 27 30

33 24 27 33

18 15 30 36

x3 multiplication :3 division

Image plus contrastée Image moins contrastée


IMAGE NUMERISEE

REGION D’INTERET (ROI) (Region of interest)

on trace avec un curseur la limite de la zone à

étudier pour faire apparaître les informations

Caractéristiques telles que le nombres de

pixels la somme de leurs valeurs .


REGION D’INTERET (ROI) (Region of interest)


IMAGE NUMERISEE

MESURE DE DISTANCES ET D’ANGLES:

Nous connaissons les dimensions d’un pixel,

en fonction de la taille de la matrice et du

champs observé, dès lors il est possible de

mesurer une distance ou un angle.


IMAGE NUMERISEE

FILTRAGES

• Filtres passe-bas: réduction de bruit

• Filtre passe-haut: rehaussement de bord


IMAGE NUMERISEE

0 1 0

1 1 1

0 1 0

0 -1 0

-1 5 -1

0 -1 0

1/5

Filtre Passe -Bas Filtre Passe -Haut


IMAGE NUMERISEE

EXTRACTION DE DONNÉES à partir d'une série d'images

• Évolution dans le temps

• Reconstruction 3D


RECONSTRUCTION 3D


IMAGE NUMERISEE

COMPRESSION D’IMAGES NUMÉRISÉES

Réduire le volume des données pour réduire:• le coût de stockage • le temps de transmission

En éliminant les informations redondantes ou inutiles…


IMAGE NUMERISEELe numérique permet :- Création d’images par reconstruction directe- Traitement des images:contraste, mesures…- Reproductibilité- Archivage d’images et accessibilité - Transmission- Exploitation des données de masse de manière

anonyme.


IMAGE NUMERISEEINTERETS DE LA NUMERISATION- Économie des films et de produits

chimiques- Économie de dose- Reproductibilité- Traitements des images- Réseau : visualisation archivage et

transmission

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