Representation and compression at high semantic level of 3D images

La diffusion de données multimédia, et particulièrement les images, continuent à croitre de manière très significative. La recherche de schémas de codage efficaces des images reste donc un domaine de recherche très dynamique. Aujourd'hui, une des technologies innovantes les plus marquantes dans ce secteur est sans doute le passage à un affichage 3D. La technologie 3D est largement utilisée dans les domaines de divertissement, d'imagerie médicale, de l'éducation et même plus récemment dans les enquêtes criminelles. Il existe différentes manières de représenter l'information 3D. L'une des plus répandues consiste à associer à une image classique dite de texture, une image de profondeur de champs. Cette représentation conjointe permet ainsi une bonne reconstruction 3D dès lors que les deux images sont bien corrélées, et plus particulièrement sur les zones de contours de l'image de profondeur. En comparaison avec des images 2D classiques, la connaissance de la profondeur de champs pour les images 3D apporte donc une information sémantique importante quant à la composition de la scène. Dans cette thèse, nous proposons un schéma de codage scalable d'images 3D de type 2D + profondeur avec des fonctionnalités avancées, qui préserve toute la sémantique présente dans les images, tout en garantissant une efficacité de codage significative. La notion de préservation de la sémantique peut être traduite en termes de fonctionnalités telles que l'extraction automatique de zones d'intérêt, la capacité de coder plus finement des zones d'intérêt par rapport au fond, la recomposition de la scène et l'indexation. Ainsi, dans un premier temps, nous introduisons un schéma de codage scalable et joint texture/profondeur. La texture est codée conjointement avec la profondeur à basse résolution, et une méthode de compression de la profondeur adaptée aux caractéristiques des cartes de profondeur est proposée. Ensuite, nous présentons un schéma global de représentation fine et de codage basé contenu. Nous proposons ainsi schéma global de représentation et de codage de "Profondeur d'Intérêt", appelé "Autofocus 3D". Il consiste à extraire finement des objets en respectant les contours dans la carte de profondeur, et de se focaliser automatiquement sur une zone de profondeur pour une meilleure qualité de synthèse. Enfin, nous proposons un algorithme de segmentation en régions d'images 3D, fournissant une forte consistance entre la couleur, la profondeur et les régions de la scène. Basé sur une exploitation conjointe de l'information couleurs, et celle de profondeur, cet algorithme permet la segmentation de la scène avec un degré de granularité fonction de l'application visée. Basé sur cette représentation en régions, il est possible d'appliquer simplement le même principe d'Autofocus 3D précédent, pour une extraction et un codage de la profondeur d'Intérêt (DoI). L'élément le plus remarquable de ces deux approches est d'assurer une pleine cohérence spatiale entre texture, profondeur, et régions, se traduisant par une minimisation des problèmes de distorsions au niveau des contours et ainsi par une meilleure qualité dans les vues synthétisées.Dissemination of multimedia data, in particular the images, continues to grow very significantly. Therefore, developing effective image coding schemes remains a very active research area. Today, one of the most innovative technologies in this area is the 3D technology. This 3D technology is widely used in many domains such as entertainment, medical imaging, education and very recently in criminal investigations. There are different ways of representing 3D information. One of the most common representations, is to associate a depth image to a classic colour image called texture. This joint representation allows a good 3D reconstruction, as the two images are well correlated, especially along the contours of the depth image. Therefore, in comparison with conventional 2D images, knowledge of the depth of field for 3D images provides an important semantic information about the composition of the scene. In this thesis, we propose a scalable 3D image coding scheme for 2D + depth representation with advanced functionalities, which preserves all the semantics present in the images, while maintaining a significant coding efficiency. The concept of preserving the semantics can be translated in terms of features such as an automatic extraction of regions of interest, the ability to encode the regions of interest with higher quality than the background, the post-production of the scene and the indexing. Thus, firstly we introduce a joint and scalable 2D plus depth coding scheme. First, texture is coded jointly with depth at low resolution, and a method of depth data compression well suited to the characteristics of the depth maps is proposed. This method exploits the strong correlation between the depth map and the texture to better encode the depth map. Then, a high resolution coding scheme is proposed in order to refine the texture quality. Next, we present a global fine representation and contentbased coding scheme. Therefore, we propose a representation and coding scheme based on "Depth of Interest", called "3D Autofocus". It consists in a fine extraction of objects, while preserving the contours in the depth map, and it allows to automatically focus on a particular depth zone, for a high rendering quality. Finally, we propose 3D image segmentation, providing a high consistency between colour, depth and regions of the scene. Based on a joint exploitation of the colour and depth information, this algorithm allows the segmentation of the scene with a level of granularity depending on the intended application. Based on such representation of the scene, it is possible to simply apply the same previous 3D Autofocus, for Depth of Interest extraction and coding. It is remarkable that both approaches ensure a high spatial coherence between texture, depth, and regions, allowing to minimize the distortions along object of interest's contours and then a higher quality in the synthesized views