Traiter le bruit dans les images avec l’intelligence artificielle

mmmRichard Gervais

Introduction à l’IA

L’intelligence artificielle (IA) est mentionnée de temps à autre dans les grands médias, journaux et télévision. Vous utilisez peut-être déjà l’IA sans vous en rendre compte. Celle-ci est au coeur de l’assistant vocal Siri et des recommandations de films que peut vous faire Netflix. Elle fait fonctionner la traduction entre les langues étrangères et le français dans Google Traduction.

L’intelligence artificielle n’est toutefois pas une technologie qui fait l’unanimité. Parmi ceux qui la favorisent, il y a le chercheur montréalais mondialement renommé Yoshua Bengio. Dans le camp adverse, il est possible de retrouver des poids lourds comme Elon Musk et le défunt Stephen Hawking.

Dans un sondage du 25 juin 2018, 91,4 % des lecteurs du CHIP avaient toutefois une opinion très positive ou assez positive de l’intelligence artificielle.


Utilisation pratique : atténuer le bruit dans les images

L’article actuel discute d’un logiciel accessible au grand public (59,99$US), AI Clear de la firme Topaz Labs. Il permet de traiter le bruit dans les images numériques à l’aide de l’intelligence artificielle.

L’application roule localement sur l’ordinateur de l’usager, même si les règles dérivées par Topaz ont été développées sur des systèmes beaucoup plus lourds utilisant des réseaux neuronaux convolutifs.

Il existe plusieurs compétiteurs à AI Clear. Il est possible de mentionner, entre autres, Photoshop, Lightroom, DXO PhotoLab Prime et une foule de modules externes comme Dfine de Nik, DeNoise de Topaz, etc.


Le bruit numérique et les facteurs qui l’influencent

Wikipédia définit le bruit comme suit :
« Le bruit d’image est la présence d’informations parasites qui s’ajoutent de façon aléatoire aux détails de la scène photographiée numériquement. Il est plus particulièrement visible dans les zones peu éclairées, où le rapport signal/bruit est faible, mais aussi dans les parties uniformes telles qu’un ciel bleu. Il a pour conséquence la perte de netteté dans les détails. »

Selon la même référence, il existe deux types de bruit dans les images numériques :

  • bruit de chrominance, formé de taches de couleurs aléatoires;
  • bruit de luminance, provenant de taches donnant un aspect granuleux à l’image.

Deux facteurs influencent principalement l’apparition du bruit numérique :

  • tout d’abord, il s’agit de la grosseur du capteur de l’appareil numérique. En règle générale, plus le capteur est petit, plus grand sera le bruit;
  • ensuite, pour un appareil donné, plus vous augmentez la sensibilité ISO, plus le bruit numérique augmente.

Exemple théorique illustrant le bruit dans une image

Portion d’une échelle de gris Kodak faisant 71 mm de largeur
Nikon V2 10-30mm
En haut: 160 ISO
En bas: 6400 ISO

L’image ci-haut superpose deux portions de photos captées avec le même appareil, un Nikon V2, et le même objectif, un zoom de focale 10-30mm à ouverture maximale 1:3.5-5.6. En guise de comparaison, la sensibilité est ajustée aux deux valeurs extrêmes disponibles, soit 160 ISO (bande supérieure) et 6400 ISO (bande inférieure).

Le Nikon V2 est un appareil à petit capteur de 1 pouce et il démontre à 6400 ISO une grande quantité de bruit, tant en chrominance qu’en luminance. De plus, il exhibe une dominante chromatique, les gris moyens tirant vers le bleu. Par contre, il est compact et léger pour un appareil à objectifs interchangeables.

Il s’agit ici d’un cas extrême ne reflétant pas l’utilisation de cet appareil photographique sous des conditions normales d’opération. Il n’y a aucune correction par un logiciel de traitement d’image pour ces carrés gris provenant d’une mire Kodak.


Logiciel AI Clear

Topaz Labs produit de nombreux modules externes complémentaires pour les logiciels LightroomPhotoshop ou Photoshop Elements.

Afin de réduire le bruit numérique, Topaz a mis sur le marché il y a plusieurs années un logiciel bien coté, DeNoise.  Les caractéristiques minimales demandées à l’ordinateur afin d’exécuter DeNoise sont substantiellement moins exigeantes que celles requises pour AI Clear.

AI Clear, ne s’utilise pas par l’intermédiaire des produits Adobe ou en tant qu’application autonome. Ce logiciel doit être invoqué à partir d’une application hôte, Topaz Studio.

Il y a plus d’ajustements manuels possibles dans DeNoise que dans AI Clear. Le développeur a programmé de nombreuses règles de logique dans son produit “intelligent”. Ceci réduit les itérations requises pour arriver au résultat souhaité. Pour l’exemple actuel, les valeurs par défaut des ajustements d’usine ont été utilisées.

La publicité de Topaz dit qu’ils ont examiné des millions d’images pour entraîner les réseaux neuronaux de leur logiciel à reconnaître le bruit numérique. Il devient alors possible d’atténuer ce dernier. Les règles apprises par le logiciel permettent en plus d’accentuer les détails des images.


Exemple pratique

L’image suivante provient d’un appareil Nikon J5 (800 ISO) possédant aussi un capteur de 1 pouce, comme le V2 mentionné plus haut. Il n’y a eu aucun traitement de l’image originale JPG, sauf pour un recadrage.

Les habitués du parc du Mont-Saint-Bruno reconnaîtront certainement le Vieux Moulin.

La fenêtre du rez-de-chaussée sur la gauche du bâtiment a été agrandie. Sur le détail montré ci-dessous, il s’agit, à gauche, de l’image non traitée; à droite, le logiciel AI Clear a été utilisé.

Pour ce dernier cas, les parties foncées des fenêtres sont plus noires que dans le détail de gauche. Le bruit numérique a été réduit. Il y a comme un brouillard qui a été atténué par le logiciel.

Le cadre et les carreaux sont mieux définis. Les contours ont été accentués de façon appréciable. Les concepteurs de AI Clear ont su montrer à une machine ce qu’est le contour d’un objet.

À gauche : image originale;
À droite : image traitée par AI Clear.

Le luminaire à gauche de la porte a été agrandi avant et après traitement de l’image par AI Clear.

À gauche : image originale;
À droite : image traitée par AI Clear.

Le contour du luminaire est substantiellement plus défini dans l’image de droite. La peinture noire est aussi plus foncée qu’à gauche. La pierre de taille et son mortier sont plus nets dans la photo traitée.

Il est nécessaire de remarquer que le logiciel AI Clear ne fonctionne pas sur n’importe quel ordinateur. Ce-dernier exige une machine relativement récente. Mes essais ont été réalisés sur un HP Probook 450 G3 utilisant un processeur i5-6200U roulant à 2,4 GHz avec 16 Go RAM sous Windows 10 Pro.

De plus, il faut un temps non négligeable pour traiter chaque image : pour le JPG complet de 10 Mo dont est extrait l’image ci-dessus du Vieux Moulin, un temps total d’environ 37 secondes a été requis*.


Conclusion

L’intelligence artificielle semble entrer graduellement dans nos vies sans faire beaucoup de vagues. À date, il s’agit d’applications se limitant à des tâches bien précises. Il y en a un bon exemple ici avec AI Clear pour les images numériques.

En tant qu’éditeur de la revue trimestrielle de l’Association canadienne des barrages, CDA Bulletin, j’utilise régulièrement ce logiciel pour atténuer le bruit dans les fichiers JPG et pour accentuer les contours dans les images. Si vous possédez un intérêt pour l’édition des photos, je vous recommande ce produit.

Richard Gervais
Éditeur du CHIP

* La correction du fichier a été reprise sur un Dell XPS 8930 utilisant un processeur i7-8700K roulant à 3,7 GHz avec 16 Mo RAM sous Windows 10 Pro ; le temps de traitement est alors inférieur à 9 secondes.


Note de l’éditeur

L’intelligence artificielle est déjà apparue dans des articles du CHIP  en 2018 :

4 réflexions sur « Traiter le bruit dans les images avec l’intelligence artificielle »

  1. Une chronique pour les photographes avertis. Je ne savais pas que tu étais éditeur de la revue de l’Association canadienne des barrages, un poste tout indiqué pour un retraité d’Hydro-Québec comme toi.

    1. L’édition de la revue de l’Association canadienne des barrages m’a permis de garder contact avec mon ancien monde professionnel. Cela me procure une transition graduelle vers une retraite définitive. De plus, je reçois des honoraires modestes pour gérer ce magazine. Toutefois, quand je divise les dollars reçus par le nombre d’heures requis, cela se rapproche pas mal du bénévolat. Je suis très content d’avoir un impact d’un océan à l’autre au Canada et de défendre la place du français dans un monde technique dominé par l’anglais.

  2. Merci Richard, Très intéressant. À première vue, le prix du logiciel me semble haut pour les résultats atteints mais il faudrait voir un certain nombre de photos pour une meilleure évaluation.
    Merci encore pour l’article.
    Réjean

    1. Merci pour ces bons comentaires.

      Le tarif demandé pour AI Clear est concurrentiel dans le marché des “plugins” de Photoshop. C’est effectivement cher quand il est possible d’obtenir Photoshop Elements au complet pour à peu près le même prix. Il y aura d’ailleurs plusieurs logiciels de ce genre bientôt en solde lors du Black Friday et du Cyber Monday.

      Un outil comme Photoshop CC est très puissant, mais cela exige beaucoup de temps d’apprentissage et d’exécution. Un logiciel comme AI Clear peut devenir très rentable si cela améliore le résultat final et que cela sauve du temps.

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