Analyse d’images endoscopiques - Mosaïquage d’images

L’endoscopie permet de visualiser des cavités inaccessibles à l’œil à l’aide d’un instrument appelé endoscope. L’endoscope est le plus souvent introduit dans la cavité à explorer par les ouvertures disponibles. Très utilisée en médecine, l’endoscopie l’est également dans l’industrie pour réaliser des contrôles visuels non destructifs. Cet article traite de l’endoscopie médicale mais les problématiques générales sont les mêmes en endoscopie industrielle.

L’endoscope est soit un tube rigide, soit un faisceau de fibres optiques de différentes longueurs et diamètre selon l’usage. D’un côté de l’instrument (pointe distale) se trouve une optique et un diffuseur de lumière pour illuminer la scène à visualiser et de l’autre côté (extrémité proximale) sont généralement installés un capteur d’images numériques et une source de lumière. Les images et la lumière sont véhiculées par un canal optique entre les deux extrémités. L’endoscope est souvent manipulé manuellement par un opérateur qui observe les images diffusées sur un moniteur. Les défauts des images endoscopiques sont liés à l’optique. L’uniformité de l’éclairage in situ est difficile à obtenir, d’autant plus que l’opérateur manipule l’instrument à la main avec des variations de distance qui peuvent être importantes entre la pointe distale et la surface observée. Les focales des optiques sont choisies courtes pour avoir des angles d’ouverture importants, ce qui introduit des défauts de vignettage et de distorsions géométriques. Les organes examinés en médecine peuvent être de nature spéculaire engendrant des reflets gênants sur les images. Enfin, le canal optique de transmission des images peut être constitué de fibres optiques (endoscope souple) qui conduisent à un effet dit en « nid d’abeilles » sur les images. Cet article décrit de manière assez détaillée les techniques qui peuvent être utilisées pour corriger les images endoscopiques des défauts précités.

Aujourd’hui, à des fins d’archivage ou de suivi de patient dans le temps, les examens endoscopiques sont enregistrés sous la forme d’un film vidéo qui peut être de longue durée. Des techniques de mosaïquage ont été développées afin de présenter les informations contenues dans les images de la vidéo-séquence sous une forme beaucoup plus simple et compacte. Celles-ci consistent à calculer les déplacements géométriques (par exemple des translations, rotations et des facteurs d’échelle) entre chaque image de la séquence vidéo et de les replacer dans un référentiel unique pour générer une image dite panoramique. L’opérateur peut ensuite naviguer dans cette image panoramique et se repérer plus facilement pour par exemple retrouver des régions d’intérêt communes à une autre image panoramique réalisée antérieurement. Cet article décrit les principales méthodes de recalage d’images utilisables en endoscopie qui sont à la base du mosaïquage. Les images endoscopiques sont souvent peu contrastées et texturées et nécessitent des algorithmes de recalage spécifiques et robustes.

Enfin, le mosaïquage, à proprement parler, est présenté avec, en particulier, le placement d’informations non redondantes dans un repère commun (celui de l’image panoramique), ainsi que la correction des discontinuités de couleur et de texture dues à la trajectoire des images endoscopiques dans la mosaïque (par exemple, déplacements de l’endoscope conduisant à des trajectoires « en 8 » ou en zigzag et impliquant des recouvrements d’images). Pour terminer, plusieurs exemples de mosaïquage sont présentés en cystoscopie (observation de la vessie) et gastroscopie (observation de l’œsophage et de l’estomac).