2002 / 2003 département traitement du signal et télécommunications segmentation par contours...
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2002 / 20032002 / 2003
Département Traitement du Signal et Télécommunications
Segmentation par contours Segmentation par contours actifs des réactions actifs des réactions
allergiques aux tests allergiques aux tests cutanéscutanés
Amélie ELKIK
Hervé GARANTO
Julien PORQUET
Plan Introduction
I - Contexte médical et contraintes techniques
II - Méthode de détection des contours
III - Tests Pratiques
IV - Mise en œuvre des algorithmesIV - Mise en œuvre des algorithmes
V - Présentation de l’interface
Conclusion
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Contexte médical et contraintes techniques
Importance des allergies Un français sur quatre souffre d’allergies
Situation caractéristique des pays industrialisés
Batterie standard européenne: 23 allergènes les plus
fréquents
Les allergies se manifestent de façons très variées
mais: technique de dépistage universelle, applicable à
la plupart des allergies, avec une réaction
caractéristique.
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Principe du Prick-Test (test cutané) Ponction épidermo-dermique au travers d'une goutte de
l'allergène.
Mesure millimétrique a l’aide d’une règle graduée
Comparaison par rapport à des témoins positifs et négatifs
Contexte médical et contraintes techniques
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Caractérisation d’une réaction allergique
= réaction cutanée avec : Une papule
Centre de la réaction En relief Teinte claire
Un érythème Entoure la papule Couleur rouge
Contexte médical et contraintes techniques
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Objectifs du projet soumis par le docteur
Autegarden et le service d’allergologie de
l’hôpital Tenon Précision des mesures (mesure surfacique)
Automatisation = Rapidité + Reproductibilité
Fiabilité du résultat
Base de données uniforme et informatisée pour le
suivi des patients
Contexte médical et contraintes techniques
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Contexte médical et contraintes techniques
Etat d’avancement du projet au 1er octobre 2002 Système d’acquisition des images:
boîtier + caméra CCD
Utilisation d’une méthode de traitement d’image qui s’est avérée mal
adaptée
Peu de clichés patients
Difficultés préalables d’exploitation des clichés : Couleur de peau Pilosité Grains de beauté, cicatrices, hématomes… Éclairage non uniforme de la prise de vue
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Unité centrale
Contexte médical et contraintes techniques
Description du dispositif de traitement
Carte
D’acquisition
Carte
D’acquisitionTraitement de
l’imageTraitement de
l’image
Sauvegarde des résultatsSauvegarde des résultats
CaméraCaméra+
Boîtier d’acquisition
Moniteur
Affichage des résultats
Affichage des résultats
Cahier des charges et contraintes à respecter Traitement d’images sous MATLAB
Algorithme de « contours actifs » (ou « snakes »)
Constitution d’une base d’images pour l’automatisation
des tests
Réglages optimisés de la caméra = clichés de bonne
qualité
Précision des résultats: mm²
Contexte médical et contraintes techniques
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Théorie des contours actifs Principe = courbe évoluant sous contrainte (forces
internes et externes de l’image), résolution d’une
équation de mouvement
Introduite en 1988 par Kass et développée par la suite
par Xu et Prince (1997)
Avantages d’une telle méthode Automatisation du traitement: adaptation de l’algorithme à
l’image.
Simple à implanter dans une interface homme-machine.
Méthode de détection des contours
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Méthode de détection des contours
Théorie des contours actifs: modèle classique Courbe paramétrique définie par:
} T t 0 et b s a / ) t) y(s,t),(x(s, t)v(s, { C
Point courantPoint courantabscisses curvilignes abscisses curvilignes des extrémités v(des extrémités v(aa,t) et ,t) et v(v(bb,t) (fixes, mobiles, ,t) (fixes, mobiles,
confondues ou non ) du confondues ou non ) du contourcontour
abscisse abscisse curviligne le curviligne le
long du contourlong du contour
tempstemps
Méthode de détection des contours
Théorie des contours actifs Energie fonctionnelle
) C Eimage( ) C Eexterne( ) C Einterne( ) C E(
Convergence du snake = minimisation Convergence du snake = minimisation de l’énergie fonctionnellede l’énergie fonctionnelle
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Méthode de détection des contours
Théorie des contours actifs Energie fonctionnelle
Energie interne Régularise la solution pour assurer au contour une certaine
continuité Limite l’influence du bruit et des oscillations .
Energie externe Permet d’introduire des forces d’élasticité ou de répulsion en certains
points de l’image. Energie image
Calcul du gradient de l’image Met en valeur certaines caractéristiques de l’image ( ex : zone de fort
contraste ).
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Méthode de détection des contours
Energie interne
α et β sont des coefficients de pondération qui correspondent respectivement à la tension et à la rigidité du snake.
Energie image
dssvssvsCEb
a
INTERNE ²))('')(²)(')(()(
dssvICEb
a
image 2))(()(
Méthode de détection des contours
Inconvénient du snake classique Ne converge pas vers les concavités
Sensibilité à l’initialisation
Choix du GVF (Gradient Vector Flow) Meilleure convergence vers les concavités
Moins sensible à l’initialisation
Plus adapté à de vraies images bruitées
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Méthode de détection des contours
Choix du GVF Principe
Carte des contours f(x,y) dérivée de l’image I(x,y):
2),(),( yxIyxf
fLe champ de vecteur varie peu autour des Le champ de vecteur varie peu autour des régions homogènes et pointe vers les contoursrégions homogènes et pointe vers les contours
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Méthode de détection des contours
Choix du GVF Le GVF est défini comme étant le champ de
vecteurs v(x,y) = (u(x,y),v(x,y)) minimisant l’énergie fonctionnelle:
dxdyffvvuu yxyx ²²²)²²²( v
μ: paramètre μ: paramètre régularisantrégularisant..
Contours: grandfRégions homogènes: faiblef
Méthode de détection des contours
Paramètres du Snake élasticité
rigidité
viscosité
paramètre pondérant la force extérieure
composantes du champ extérieur fx et fy
nombre d’itérations caractéristique
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Méthode de détection des contours
SNAKE
GVF
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Tests pratiques
Traitements préliminaires de l’image
Etude des paramètres caractéristiques du
GVF et du snake
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Tests pratiquesTraitements préliminaires de l’image
Extraction du bras de l’image du fond Augmente le temps de calcul inutilement Fausse les statistiques de l’image
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiquesTraitements préliminaires de l’image
Filtrage Gaussien Convolution de l’image avec masque
Rehaussement de contraste Soustraction à l’image de deux fois son
Laplacien
121242121
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiquesTraitements préliminaires de l’image
Conversion de pixels en mm² (1) Coefficient de conversion
Référence : carré blanc de 30 mm de côté
pixels de Nombre
réelle SurfacetCoefficien
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiquesTraitements préliminaires de l’image
Conversion de pixels en mm² (2)
Colonne
375
Zone caractéristique de la référence
Seuillage à 95% du maximum
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiquesTraitements préliminaires de l’image
Conversion de pixels en mm² (3)
Tests : 0.088 < Coefficient < 0.091
Coefficient de conversion choisi :
0.09 mm²/pixel
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiques
Etude des paramètres caractéristiques
du GVF et du snake
Etude du GVF Influence du paramètre μ sur la forme du
GVF(1)
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Tests pratiques Influence du paramètre μ sur la forme du
GVF(2)
Zone caractéristique du
GVF pour μ = 0.3
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiques Influence du paramètre μ sur la forme du GVF(3)
Pour μ < 0.2 Réduction trop importante de
l’influence du GVF
Pour μ > 0.2 GVF complètement désordonné
Choix jugé optimal : μ = 0.2
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiques
Etude des paramètres caractéristiques
du GVF et du snake
Etude du GVF Combinaison de canaux pour mise en valeur
de la papule
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Image d’étude
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Résultat final
Résultat obtenu à
l’itération 10Courbe rouge : état du snake à l’itération 10.
Cercle bleu : initialisation
du snake.
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiques
Etude des paramètres caractéristiques
du GVF et du snake
Etude du GVF Combinaison de canaux pour mise en valeur
de l’érythème
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Image d’étude
Choix des composantes A de l ’espace de couleur LAB et Cr de l’espace de couleur YCbCr
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Preuve de l’hétérogénéité du GVF au sein de l’érythème
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiques Combinaison de canaux pour mise en valeur
de l’érythème
Impossibilité d’obtenir un GVF susceptible
d’assurer la convergence du snake
Choix d’une nouvelle méthode de segmentation
pour l’érythème
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Tests pratiques
Etude des paramètres caractéristiques du GVF et
du snake Paramètres caractéristiques du snake
Coefficients caractéristiques de l’énergie interne
α : Coefficient pondérant l’élasticité du snake.
β: Coefficient pondérant la rigidité du snake.
γ: Pondère la viscosité
Coefficient correspondant à la force extérieure
Κ : Coefficient pondérant les composantes du GVF
Nombre d’itérations caractéristiques du snake fixé à 125
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Zone d’étude pour l’influence des paramètres du snake
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Etude du paramètre α pondérant l’élasticité
α = 5 Courbe rouge :état du snake à l’itération 100.
Cercle bleu :initialisation du snake.
Naissance de boucles
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Etude du paramètre β pondérant la rigidité22
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Etude du paramètre γ pondérant la viscosité
Apparition d’un phénomène de boucles pour γ trop faible
BOUCLES LIEES A UNE VISCOSITE TROP FAIBLE
Cas où le snake n’a pas le temps de convergerγ trop grand
Compromis
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Etude du paramètre κ pondérant le GVF
Le snake n’a pas le temps de converger totalement dans ces deux cas
Cas où le snake converge effectivement
Le temps de convergence est d’autant plus grand que κ est faible
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Comme dans le cas où γ trop faible, si κ trop grand alors apparition de boucles
Etude du paramètre κ pondérant le GVF
Preuve sur un zoom du GVF
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Compromis
Etude du paramètre κ pondérant le GVF22
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Tests pratiques
Choix retenu pour le paramétrage
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Zone de divergence importante
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Coefficients caractéristiques de l’énergie interne
α = 0.05 : Coefficient pondérant l’élasticité du snake.
β = 0 : Coefficient pondérant la rigidité du snake.
γ = 1 : Pondère la viscosité
Coefficients correspondant à la force extérieure
Κ = 0.6 : Coefficient pondérant les composantes du GVF
Courbe rouge : état du snake à l’itération considérée.
Cercle bleu :
initialisation du snake.
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Démonstration de la divergence importante
Courbe rouge : état du snake à l’itération considérée.
Cercle bleu : initialisation
du snake.
Nécessité de jouer sur :
• la rigidité paramètre β
• la viscosité paramètre γ • l’influence du GVF paramètre Κ
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Coefficients caractéristiques de l’énergie interne
α = 0.05 : Coefficient pondérant l’élasticité du snake.
β = 1 : Coefficient pondérant la rigidité du snake.
γ = 2 : Pondère la viscosité
Coefficients correspondant à la force extérieure
Κ = 0.2 : Coefficient pondérant les composantes du GVF
Courbe rouge : état du snake à l’itération considérée.
Cercle bleu :
initialisation du snake.
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Amélioration liée au fait d’augmenter la rigidité et la viscosité, et de diminuer l’influence du coefficient pondérant le GVF
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Résultat obtenu avec Κ = 0.1 et les autres paramètres inchangés
Coefficients caractéristiques de l’énergie interne
α = 0.05 : Coefficient pondérant l’élasticité du snake.
β = 1 : Coefficient pondérant la rigidité du snake.
γ = 2 : Pondère la viscosité
Coefficients correspondant à la force extérieure
Κ = 0.1 : Coefficient pondérant les composantes du GVF
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Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Traitement de l’érythème Espace de couleur : composante A de
l’espace LAB
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de l’érythème Seuillage de l’érythème
Image > Moyenne(Image) + EcartType(Image) /
FacteurSeuillage
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de l’érythème Mise en valeur des contours de l’image
seuillée
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de l’érythème Etiquetage des régions
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de l’érythème Élimination des régions n’appartenant pas à
l’érythème
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
1ière image des régions
2ième image des régions
Élimination
des régions
n’appartenant
pas à
l’érythème
Traitement de l’érythème Détection finale de l’érythème
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de l’érythème Image binaire de l’érythème
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de l’érythème Résultat final
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de la papule Espace de couleur : composante R de
l’espace RVB et composante X de l’espace
XYZ
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de la papule Calcul du GVF
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de la papule Seuillage du GVF
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de la papule Seuillage du GVF
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de la papule Élimination des régions erronées
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de la papule Élimination des régions de convergence
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de la papule Élimination des régions de convergence
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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/ /
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Traitement de la papule Élimination des régions n’appartenant pas à
l’érythème
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Affichage des régions divergentes
20 40 60 80 100 120 140
20
40
60
80
100
120
Traitement de la papule Recherche de la région correspondant au
centre de la papule et lancement du snake
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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/ /
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Affichage des régions divergentes
20 40 60 80 100 120 140
20
40
60
80
100
120
Résultat du traitement
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Mise en œuvre des Mise en œuvre des algorithmes algorithmes
Menu Principal
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Présentation de l’interface
Ouvrir une image
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
Présentation de l’interface
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Présentation de l’interface
Résultat final
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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2 2
/ /
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Présentation de l’interface
Réglage des paramètres
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
22
00
00
2 2
/ /
22
00
00
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Présentation de l’interface
Segmentation par contours actifs des réactions allergiques aux tests cutanés
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Conclusion
Remerciements
L’hôpital Tenon, son personnel, et en particulier le Docteur AUTEGARDEN
Notre professeur de traitement d’images Madame ROULLOT
Notre chef de département Monsieur DEVRIENDT
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