On the Generation of High Dynamic Range Images: Theory and Practice from a Statistical Perspective
Sur la génération d'images à grande gamme dynamique. Théorie et pratique : une perspective statistique
Résumé
This dissertation studies the problem of high dynamic range (HDR) image generation from a statistical perspective. A thorough analysis of the camera acquisition process leads to a simplified yet realistic statistical model describing raw pixel values. The analysis and methods then proposed are based on this model.
First, the theoretical performance bound of the problem is computed for the static case, where the acquisition conditions are controlled. Furthermore, a new method is proposed that, unlike previous methods, improves the reconstructed HDR image by taking into account the information carried by saturated samples.
From a more practical perspective, two methods are proposed to generate HDR images in the more realistic and complex case where both objects and camera may exhibit motion. The first one is a multi-image, patch-based method, that simultaneously estimates and denoises the HDR image. The other is a single image approach that makes use of a general restoration method to generate the HDR image. This general restoration method, applicable to a wide range of problems, constitutes the last contribution of this dissertation.
Cette thèse porte sur le problème de la génération d'images à grande gamme dynamique (HDR pour l'anglais High Dynamic Range). Une analyse approfondie du processus d'acquisition de la caméra conduit tout d'abord à un modèle statistique simplifié mais réaliste décrivant les valeurs brutes des pixels. Les analyses et méthodes proposées par la suite sont fondées sur ce modèle.
Nous posons le problème de l'estimation de l'irradiance comme un problème d'estimation statistique et en calculons la borne de performance. Les performances des estimateurs d'irradiance classiques sont comparées à cette borne. Les résultats obtenus justifient l'introduction d'un nouvel estimateur qui, au contraire des méthodes de la littérature, prend en compte les échantillons saturés.
D'un point de vue plus pratique, deux méthodes sont proposées pour générer des images HDR dans le cas plus réaliste et complexe de scènes dynamiques. Nous proposons tout d'abord une méthode multi-image qui utilise des voisinages (patches) pour estimer et débruiter l'image HDR de façon simultanée. Nous proposons également une approche qui repose sur l'acquisition d'une seule image. Cette approche repose sur une méthode générique, par patches, de résolution des problèmes inverses pour génerer l'image HDR. Cette méthode de restauration, d'un point de vue plus général et pour une large gamme d'applications, constitue la dernière contribution de cette thèse.
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