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\documentclass[a4paper,10pt]{article}
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% \listfiles % pour le debug
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\usepackage[french]{babel}
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\usepackage[utf8]{inputenc}
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\usepackage[T1]{fontenc}
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\usepackage{makeidx}
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\usepackage{listings}
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\usepackage{babel}
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\usepackage{graphicx} % for gnuplot ylabel rotate
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\usepackage{pifont} % caractères rigolos
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\usepackage{enumitem}
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\setitemize[1]{label={\ding{87}}}
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\frenchbsetup{CompactItemize=false}
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% \usepackage{color}
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% \usepackage{url}
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\usepackage{xspace}
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\usepackage[verbose]{layout}
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\setlength \parskip {0.40em}
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\makeatletter
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\def\verbatim@font{\normalfont\ttfamily\small}
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\makeatother
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\setlength{\hoffset}{0em}
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\setlength{\textheight}{640pt}
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\setlength{\textwidth}{422pt}
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\setlength{\marginparwidth}{10pt}
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\makeindex
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% ------ a few new commands
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\newcommand{\interparagraphe { \vspace{60pt} } }
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% -------------------------------------------------------------------
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\title{Floating images processing}
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\author{tTh}
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\begin{document}
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\maketitle
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\section{Image flottante ?}
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||
Mais de quoi parle-t-on exactement ?
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% XXX XXX XXX\vspace{1em}
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||
Traditionnellement, les valeurs des pixels dans les images
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informatiques sont mémorisées sur 8 bits, un octet\index{octet},
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soit 256 valeurs différentes.
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Ceci dit, on trouve parfois des images codées sur 16 bits par
|
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composante, mais c'est loin d'être le cas général.
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J'ai donc souhaité aller plus loin, et coder chaque canal de
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chaque pixel en virgule flottante sur 32bits, le type
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\texttt{float}\index{float} du langage C. Ce qui correspond
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à la norme IEEE 754-1985.
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% XXX XXX XXX\vspace{1em}
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||
Attention, tout le code que nous allons voir ensemble est en
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perpétuelle évolution\footnote{voir page \pageref{TODO}},
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et sa fiablité (surtout sur certains aspects mathématiques)
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||
reste à démontrer\index{valgrind}.
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||
Mais le service après-vente est assez réactif. Du moins
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pour ceux qui suivent le canal \texttt{\#tetalab} sur le réseau
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||
IRC de Freenode.
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||
\textbf{Attention !} ce document commence par une bonne rafale
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de technique parfois hardue\footnote{gni?}.
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||
Vous avez parfaitement le droit de auter directement à
|
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la page \pageref{outils} pour quelque chose de plus concret.
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% -------------------------------------------------------------------
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\setlength \parskip {0em}
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\tableofcontents
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\pagebreak
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\setlength \parskip {0.40em}
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% \layout \pagebreak
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% -------------------------------------------------------------------
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\section{Théorie}\index{théorie}
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||
Pour le moment, seule la quête de l'empirisme absolu a été
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||
visée. Les justifications mathématiques attendront le retour
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||
du schmod777. Ceci dit, rien ne nous empêche d'aller consulter
|
||
Wikipedia~:
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||
\begin{quotation}
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||
An IEEE 754 32-bit base-2 floating-point variable has
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||
a maximum value of
|
||
$(2 - 2^{-23}) \times 2^{127} \approx 3.4028235 \times 10^{38}$.
|
||
All integers with 7 or fewer decimal digits, and any $2^{n}$ for
|
||
a whole number $-149 \leq n \leq 127$, can be converted exactly into
|
||
an IEEE 754 single-precision floating-point value.
|
||
|
||
In the IEEE 754-2008 standard, the 32-bit base-2 format is
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||
officially referred to as binary32; it was called single in
|
||
IEEE 754-1985.
|
||
\end{quotation}
|
||
|
||
Ce qui nous conduit à estimer qu'il est possible de cumuler environ
|
||
quelques milliers d'images standard à 256 niveaux, sans trop avoir
|
||
à se soucier des éventuelles pertes de précision. Mais ça demande
|
||
à être confirmé par des esprits supérieurs.
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||
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||
% -------------------------------------------------------------------
|
||
|
||
\section{Premier exemple}\index{exemple}\label{exemple}
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||
|
||
\textsc{FloatImg} a débuté sous la forme de quelques fonctions
|
||
basiques en C, gérant la structure des données d'image en mémoire
|
||
et sur disque. Ça a été imaginé de façon presque empirique,
|
||
mais nous sommes tous là pour améliorer les choses, dans
|
||
la mesure de nos moyens.
|
||
Nous allons donc directement rentrer au cœur du problème,
|
||
en écrivant quelques lignes de code.
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||
|
||
Pour commencer par quelque chose de simple,
|
||
nous allons créer une image RGB\index{RGB} complètement noire,
|
||
puis l'enregistrer dans un fichier \texttt{.fimg}\index{.fimg},
|
||
un format complètement inconnu, puisque je viens de l'inventer
|
||
à l'instant même.
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||
Tout d'abord, nous devons déclarer et garnir quelques variables
|
||
pour gérer la machinerie interne.
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||
\begin{verbatim}
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int width = 640, height = 480;
|
||
char *fname = "exemple.fimg";
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||
FloatImg fimg;
|
||
\end{verbatim}
|
||
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||
Ensuite, nous enchainerons trois étapes : création de l'image
|
||
en mémoire centrale, initialisation des valeurs de chaque pixel à 0.0,
|
||
et pour conclure, enregistrement dans un fichier\footnote{Au format
|
||
ésotérique, mais très véloce.} binaire.
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||
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||
\begin{verbatim}
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||
foo = fimg_create(&fimg, width, height, FIMG_TYPE_RGB);
|
||
if (foo) {
|
||
fprintf(stderr, "create floatimg -> %d\n", foo);
|
||
exit(1);
|
||
}
|
||
fimg_clear(&fimg);
|
||
foo = fimg_dump_to_file(&fimg, fname, 0);
|
||
if (foo) {
|
||
fprintf(stderr, "dump fimg -> %d\n", foo);
|
||
exit(1);
|
||
}
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
|
||
Une fois ce code enrobé dans un \texttt{main()}, compilé et exécuté,
|
||
nous pouvons entrevoir, grâce au logiciel
|
||
\texttt{fimgstats} (voir page \pageref{fimgstats}),
|
||
le résultat sous forme de chiffres divers, et/ou inutiles~:
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||
\begin{verbatim}
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||
$ ./fimgstats quux.img
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||
----------- numbers from 'quux.img' :
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||
640 480 3 0x7f3718c4f010 0x7f3718d7b010 0x7f3718ea7010
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||
surface 307200
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||
mean values:
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||
R 0.000000
|
||
G 0.000000
|
||
B 0.000000
|
||
A 0.000000
|
||
max value 0.000000
|
||
\end{verbatim}
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||
Nous avons donc sous la main une mécanique qui ne demande qu'à
|
||
faire des trucs futiles et des images qui clignotent.
|
||
La suite vers la page \pageref{codaz}.
|
||
|
||
Vous trouverez dans le répertoire \texttt{tools/}\index{tools/}
|
||
d'autres exemples de mise en œuvre des fonctions disponibles
|
||
sous formes d'outils en ligne de commande,
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||
lesquels sont décrits en page \pageref{outils}.
|
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% -------------------------------------------------------------------
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||
\section{Installation}
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||
\textit{Attention, ça devient un peu gore.}
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||
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||
\subsection{Prérequis}
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||
Vous devez, en dehors des outils classiques (bash, gcc, make\dots),
|
||
avoir quelques bibliothèques installées\footnote{Les \texttt{-dev}
|
||
pour Debian et dérivées}~: libv4l2, libpnglite, libtiff, libnetpbm,
|
||
libz,
|
||
et probablement d'autres choses.
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||
|
||
Il est même quasiment certain que Bash soit indispensable, tout
|
||
comme \textsc{gnu}/make\index{make}.
|
||
Une connaissance de base de l'utilisation du shell\index{shell}
|
||
et de l'écriture de Makefile's sera un plus.
|
||
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||
\subsection{Compilation}
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||
Un script \texttt{build.sh} permet de construire approximativement
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||
le bouzin. Il est loin d'être parfait\footnote{Il doit être possible
|
||
de faire un Makefile récursif, mais\dots}.
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||
Dans chacun des répertoires à traiter, ce script devrait trouver
|
||
un Makefile et un fichier \texttt{t.c} qui est le source de la cible
|
||
par défaut du make.
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||
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||
Pour le moment, la procédure d'installation est un peu rude,
|
||
pour ne pas dire clairement sommaire.
|
||
Si le résultat de l'étape compilation vous semble correct,
|
||
vous pouvez copier les deux fichiers \texttt{floatimg.h} et \texttt{libfloatimg.a}
|
||
dans un emplacement approprié, par exemple
|
||
\texttt{/usr/local/include} et \texttt{/usr/local/lib}.
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|
||
Le script \texttt{install.sh}, à la racine du projet, est censé
|
||
faciliter un peu la chose. Il prend également en compte la copie
|
||
des divers binaires du dossier \texttt{tools/} (cf. page \pageref{outils})
|
||
dans le répertoire prévu à cet effet : \texttt{/usr/local/bin}.
|
||
|
||
Il reste enfin quelques exemples d'utilisation des outils de la
|
||
ligne de commande depuis un shell
|
||
dans le répertoire \texttt{scripts/}.
|
||
Ils sont décrits plus en détail page
|
||
\pageref{scripts}, et c'est à vous de les adapter à votre \textsl{usecase}.
|
||
Faites-en ce que vous voulez.
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||
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||
% =================================================================
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||
|
||
\section{Utilisation coté codeur}\label{codaz}
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||
Classiquement, il y a un fichier \texttt{.h} à inclure dans chacun
|
||
de vos codes source,
|
||
\texttt{floatimg.h}, généralement logé dans \texttt{/usr/local/include}
|
||
contenant un certain nombre de définition de structures, de macros,
|
||
de constantes\footnote{À l'ancienne, via le pré-processeur}
|
||
et les prototypes des fonctions utilisables par vos logiciels.
|
||
|
||
Au niveau du code source, ces fonctions sont approximativement
|
||
classées en deux catégories : \texttt{lib/} et \texttt{funcs/}.
|
||
La première contient les choses qui sont relativement figées,
|
||
et la seconde celles qui risquent de bouger. Cette classification
|
||
est en fait arbitraire.
|
||
|
||
\subsection{Structures, macros\dots}
|
||
|
||
Les pixels flottants d'une image résidant en mémoire centrale
|
||
sont décrits par un ensemble
|
||
de données (certains appelent ça des \textsl{metadatas}) regroupées
|
||
dans une jolie structure que nous allons examiner dès maintenant.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
/* in memory descriptor */
|
||
typedef struct {
|
||
int width;
|
||
int height;
|
||
int type;
|
||
float fval;
|
||
int count;
|
||
float *R, *G, *B, *A;
|
||
int reserved;
|
||
} FloatImg;
|
||
\end{verbatim}\index{FloatImg}
|
||
|
||
Les deux premiers champs sont \textsl{obvious}.
|
||
Le troisième est le type d'image : pour le moment, il y en a trois
|
||
qui sont définis\footnote{et plus ou moins bien gérés\dots} :
|
||
gris, rgb et rgba\index{rgba}.
|
||
Les constantes adéquates sont dans \texttt{floatimg.h}
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
#define FIMG_TYPE_GRAY 1
|
||
#define FIMG_TYPE_RGB 3
|
||
#define FIMG_TYPE_RGBA 4
|
||
#define FIMG_TYPE_RGBZ 99
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Un peu plus loin, nous avons les pointeurs vers les
|
||
différents \textsl{pixmaps} de l'image. En principe l'organisation
|
||
interne de ces zones est improbable, puisque elle dérive
|
||
d'idées approximatives. C'est cette utilisation constructive de larache
|
||
qui fait que seuls les champs documentés de cette structure ne sont
|
||
pas explosifs.
|
||
|
||
Mais revenons aux choses sérieuses\dots
|
||
Les deux champs suivants (fval et count) sont à la disposition du
|
||
\textsl{yuser}
|
||
qui peut jouer avec à loisir pour faire, par exemple, ce genre de
|
||
chose : imaginons un périphérique de capture qui nous fournisse des
|
||
images en gris sur 4 bits. Et que nous voulions cumuler\index{cumul}
|
||
quelques images...
|
||
|
||
Le champ \textsl{count} sera mis à 0 et
|
||
le champ \textsl{fval} sera initialisé à 15.0
|
||
(qui est la valeur maximale que peut renvoyer le capteur).
|
||
Ensuite, dans la boucle capture/cumul, \textsl{count} sera
|
||
incrémenté à chaque passe, et nous aurons donc, en finale,
|
||
toutes les informations nécessaires pour exploiter au mieux la dynamique
|
||
de notre image dans les étapes ultérieures, puisque la valeur
|
||
maximale théorique est égale à $fval * count$.
|
||
|
||
Une bonne partie des fonctions que nous allons voir est indéterministe.
|
||
Ce qui veut dire, en langage de tous les soirs, que ça risque de ne
|
||
pas être la même chose dans l'avenir.
|
||
|
||
% ----------------------------------
|
||
|
||
\subsection{Les fondations}\index{lib/}
|
||
|
||
La première chose que nous devons absolument voir est la gestion
|
||
dynamique de la mémoire qui sera occupée par tous ces pixels flottants,
|
||
ce qui est un sujet parfois délicat\footnote{GC or not GC ?}.
|
||
Elle est donc faite, à la base, par ces deux fonctions~:
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
int fimg_create(FloatImg *fimg, int w, int h, int type);
|
||
int fimg_destroy(FloatImg *fimg);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
L'appelant doit lui-même gérer le descripteur d'image (une structure
|
||
C décrite plus haut) en le considérant comme un type semi-opaque dont
|
||
la forme peut varier. Certains membres de cette structure sont
|
||
documentés dans ce document, et les autres sont dangereux à
|
||
toucher. Les types d'images actuellement gérés sont les trois grands
|
||
classiques : gray, rgb et rgba. et expliquées quelques lignes plus haut.
|
||
|
||
C'est bien beau d'être enfin résident en mémoire centrale, mais
|
||
pouvoir aussi exister à long terme en étant stocké dans la matrice
|
||
est tout aussi pertinent. Il y a deux opérations qui supportent le
|
||
reste des transits ram/ps.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
int fimg_dump_to_file(FloatImg *fimg, char *fname, int notused);
|
||
int fimg_load_from_dump(char *fname, FloatImg *where);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Recharger une image depuis un fichier nécessite que celle-ci et
|
||
l'image de destination en mémoire
|
||
ait précisément les mêmes caractéristiques
|
||
(taille, type...), donc l'image en ram doit être
|
||
pré-allouée. On peut connaitre ces valeurs en appelant
|
||
\texttt{int fimg\_fileinfos(char *fname, int datas[3])}.
|
||
|
||
Si tout s'est bien passé (valeur retournée égale à 0),
|
||
on va trouver la largeur dans \texttt{datas[0]},
|
||
la hauteur dans \texttt{datas[1]} et le type dans
|
||
\texttt{datas[2]}\footnote{La fonction
|
||
\texttt{fimg\_type\_is\_valid(int type)} peut vous aider\dots}.
|
||
|
||
Je sais aussi que certains d'entre vous aiment la facilité, aussi
|
||
je vais vous révéler l'existence d'un nouveau truc bien plus
|
||
simple, une fonction qui enchaine ces deux actions
|
||
(allocation, puis lecture), et s'utilise
|
||
comme ça :
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
FloatImg head;
|
||
memset(&head, 0, sizeof(FloatImg));
|
||
foo = fimg_create_from_dump("lena.fimg", &head);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Si la valeur retournée est différente de 0, c'est que quelque
|
||
chose s'est mal passé.
|
||
Certains messages sont parfois parfois explicites.
|
||
|
||
% _________
|
||
|
||
\subsection{Dessiner}
|
||
|
||
Bon, vous avez une image latente, et vous souhaitez dessiner dessus
|
||
(ou dedans ?) avec vos encres flottantes ?
|
||
Il y a des fonctions pour ça, par exemple~:
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
int fimg_plot_rgb(FloatImg *head, int x, int y, float r, float g, float b);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Les paramètres sont explicites, mais leur validité doit être
|
||
sévèrement controlée par l'appelant. Il y a une fonction
|
||
soeur, \texttt{fimg\_add\_rgb}\index{fimg\_add\_rgb},
|
||
qui ajoute du rgb à un pixel, laquelle fonction a d'ailleurs été
|
||
à la base de la seconde génération de la
|
||
photographie\index{photographie} en cumul\index{cumul}.
|
||
|
||
Inversement, la fonction
|
||
\texttt{fimg\_get\_rgb(FloatImg *head, int x, int y, float *rgb)}
|
||
permet de lire les valeurs des trois canaux d'un pixel donné.
|
||
Là aussi, il n'y a aucun contrôle sur la validité des valeurs
|
||
$x$ et $y$ de la demande.
|
||
|
||
% ----------------------------------
|
||
|
||
\subsection{Contraste}\index{contraste}\label{contraste}
|
||
|
||
Certaines opérations d'ajustement du contraste d'une image
|
||
semblent cohérents avec la notion d'image flottante.
|
||
Certains d'entre eux, les plus simples, sont disponibles.
|
||
Les autres sont à imaginer.
|
||
|
||
\begin{figure}
|
||
\input{cos01.tex} % XXX XXX XXX
|
||
\caption{Correcteur cos01}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
Ils prennent chacun trois paramètres, d'abord les images
|
||
source et destination (\texttt{* FloatImg}), et le troisième
|
||
est un nombre en double précision donnant la valeur
|
||
maximale \textsl{supposée} de l'image source,
|
||
valeur qui peut être déterminée de plusieurs manières.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
/* source in lib/contrast.c */
|
||
int fimg_square_root(FloatImg *s, FloatImg *d, double maxval);
|
||
int fimg_power_2(FloatImg *s, FloatImg *d, double maxval);
|
||
int fimg_cos_01(FloatImg *s, FloatImg *d, double maxval);
|
||
int fimg_cos_010(FloatImg *s, FloatImg *d, double maxval);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
|
||
Si vous souhaitez rajouter votre propre méthode de modification
|
||
de contraste, il y a quelques explication en page \pageref{exemplefunc}.
|
||
|
||
|
||
|
||
\begin{figure}
|
||
\input{cos010.tex} % XXX XXX XXX
|
||
\caption{Correcteur cos010}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
Rappelons qu'il est possible pour un logiciel applicatif
|
||
comme \texttt{grabvidseq} (Cf page \pageref{grabvidseq})
|
||
de renseigner deux champs du descripteur d'image avec des
|
||
données pertinentes.
|
||
Ces deux champs sont \textit{fval} et \textit{count}.
|
||
Dans ce cas particulier, le premier indique la valeur
|
||
maximale du capteur, et le second sert à compter le
|
||
nombre de capture\footnote{Et c'est bien géré aussi
|
||
dans l'upscaling.} effectuées.
|
||
|
||
La fonction
|
||
\texttt{fimg\_normalize(FloatImg *fi, double maxima, int notused);}
|
||
tente de gérer ce cas d'utilisation. Son ajout au captureur d'images
|
||
floues sera probablement le bienvenue. Je me suis bien rendu compte
|
||
à l'usage\footnote{Une histoire de \textit{fonderie}, un logiciel
|
||
censé faire des films flous à partir d'images floues} en situation
|
||
festive qu'il manquait des données dans la chaine de traitement.
|
||
|
||
L'autre façon de procéder est d'explorer notre image à la
|
||
recherche de la valeur maximale.
|
||
La fonction \texttt{float fimg\_get\_maxvalue(\&fimg)} est
|
||
faite pour ça.
|
||
C'est actuellement la méthode utilisée par l'outil qui
|
||
sert à faire les modifications de contraste (page \pageref{fimgfx}).
|
||
|
||
La prochaine étape consistera à trouver une façon de faire
|
||
une égalisation\index{égalisation} par histogramme\index{histogramme}
|
||
qui respecte, dans toute sa futilité, le concept\index{concept}
|
||
de pixel flottant.
|
||
|
||
% ----------------------------------
|
||
|
||
\subsection{Géométrie}\index{géométrie}\label{geometrie}
|
||
|
||
Très prochainement, le retour du blitter\index{blitter}.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
/* module funcs/geometry.c */
|
||
int fimg_halfsize_0(FloatImg *src, FloatImg *dst, int notused);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Attention lors de l'appel, le descripteur \texttt{dst} ne doit pas
|
||
contenir d'image, et doit être effacé avec un bon
|
||
\texttt{memset(\&result, 0, sizeof(FloatImg));} bien senti.
|
||
Et le résultat est très moyen : il n'y a pas d'interpolation.
|
||
|
||
% ----------------------------------
|
||
|
||
\subsection{Exportation \& Importation}\index{export}\label{export}
|
||
|
||
Notre format de fichier étant totalement inconnu, il nous
|
||
faut bien exporter nos images en quelque chose de plus
|
||
connu. Bien entendu, c'est toujours affaire de compromis
|
||
entre précision de valeurs et taille des fichiers.
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||
Et dans le sens inverse, il serait bien de savoir importer
|
||
le monde extérieur dans nos sombres caves à pixel.
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||
Il faut quand même reconnaitre que c'est un peu la jungle dans les
|
||
formats de fichiers d'image, ce qui explique le retard
|
||
dans ce domaine\dots
|
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\subsubsection{Vers PNM}\index{PNM}
|
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||
Nous avons ici 16 bits par composante, soit 65536 valeurs différentes,
|
||
ce qui est bien au-delà de ce que peuvent percevoir vos yeux.
|
||
Hélas, c'est au prix
|
||
d'une taille énorme sur les fichiers. D'un autre coté,
|
||
l'utilisation du codage \textsc{ascii}\index{ascii}
|
||
(alors qu'on pourrait mettre du binaire, plus compact) y est
|
||
pour quelque chose.
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\begin{verbatim}
|
||
int fimg_save_as_pnm(FloatImg *head, char *fname, int flags);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Le bit \texttt{0} du paramètre \texttt{flags} mis à \texttt{1} demande
|
||
à la fonction de faire la mise à l'échelle avec le couple
|
||
\textsl{fvalue/count} décrit plus haut dans cette doc.
|
||
Et si il est à zéro, c'est la fonction de recherche de valeur
|
||
maximale (cf page \pageref{contraste}) qui est utilisée.
|
||
|
||
Le bit \texttt{1} permettra bientôt\index{vaporware} de demander
|
||
l'enregistrement de métadonnées\index{metadata} pertinentes, telle
|
||
que l'epochtime de l'enregistrement.
|
||
|
||
Les autres bits ne sont pas utilisés et doivent être à zéro.
|
||
|
||
\subsubsection{Vers PNG}\index{PNG}
|
||
|
||
Actuellement, on peut enregistrer uniquement en mode RGB, 8 bits par composante,
|
||
mais on a quand même une bonne compression, ça compense.
|
||
J'utilise \textsl{libpnglite} avec qui j'ai un peu de mal à suivre.
|
||
Mais je me soigne. Le mode 16 bits va bientôt arriver.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
int fimg_save_as_png(FloatImg *src, char *outname, int flags);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Tous les flags doivent être à zéro.
|
||
|
||
\subsubsection{Vers/depuis TIFF}\index{TIFF}
|
||
|
||
Le format canonique de la PAO\index{PAO} du siècle dernier. Il permet
|
||
de gérer une foultitude de formats numériques. C'est aussi un format
|
||
classique proposé par les gros scanners corporates.
|
||
|
||
To be done\index{XXX}
|
||
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||
\subsubsection{Vers FITS}\index{FITS}
|
||
|
||
Essentiellement des images d'astronomie.
|
||
|
||
To be done\index{XXX}
|
||
|
||
|
||
\subsection{Utilitaires}
|
||
|
||
Commençons par quelques petits trucs pour nous faciliter la vie
|
||
dans des domaines annexes,
|
||
tels que l'interprétation d'arguments dans la ligne de commande ou un
|
||
fichier de configuration.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
int parse_WxH(char *str, int *pw, int *ph)
|
||
int parse_double(char *str, double *dptr)
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
|
||
La fonction \texttt{int format\_from\_extension(char *fname)} examine un
|
||
nom defichier tel que \texttt{lena.xxx}, et retourne, si la partie
|
||
\texttt{xxx} un éventuel nombre positif, dont les valeurs sont dans floatimg.h
|
||
le valeureux.
|
||
Les extensions connues sont : fimg, png, pnm et tiff.
|
||
|
||
To be continued\index{XXX}
|
||
|
||
|
||
\subsection{Effets}\index{sfx}
|
||
|
||
Quelques routines qui servent futilement à \textsl{brotcher} les images.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
int fimg_killcolors_a(FloatImg *fimg, float fval);
|
||
int fimg_killcolors_b(FloatImg *fimg, float fval);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
|
||
% ----------------------------------
|
||
|
||
|
||
\subsection{Filtrages}
|
||
|
||
To be done\index{XXX}, et il faut que je réfléchisse au traitement
|
||
des bords d'image.
|
||
|
||
|
||
% ----------------------------------
|
||
|
||
\subsection{Exemple de fonction}\index{exemple}\label{exemplefunc}
|
||
|
||
Nous allons maintenant écrire une fonction intégrable dans
|
||
le répertoire \texttt{funcs/}.
|
||
Elle aura donc accès aux \textsl{internals}%
|
||
\footnote{que je peux décider de changer n'importe quand}
|
||
de \textsc{FloatImg},
|
||
une chose qui est en principe interdit aux programmes
|
||
\textsl{enduser}. Soyez prudents.
|
||
|
||
Cette fonction va faire quelque chose
|
||
à partir d'une image source et d'une valeur, et écrire le
|
||
résultat dans une image de destination.
|
||
Pour simplifier les choses, nous n'allons traiter que les
|
||
images de type \textsc{FIMG\_TYPE\_RGB}, de loin le plus
|
||
répandu par les temps qui courent.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
int fimg_example(FloatImg *s, FloatImg *d, float value)
|
||
{
|
||
int size, index;
|
||
|
||
if ( s->type!=FIMG_TYPE_RGB || d->type!=FIMG_TYPE_RGB) {
|
||
perror("fimg_example");
|
||
return -1;
|
||
}
|
||
|
||
size = s->width * s->height;
|
||
for (idx=0; idx<size; idx++) {
|
||
d->R[idx] = s->R[idx] - value;
|
||
d->G[idx] = s->G[idx] - value;
|
||
d->B[idx] = s->B[idx] - value;
|
||
}
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Je vous laisse imaginer les dégats que peut faire cette
|
||
fontion en utilisation réelle. Mieux, je vous propose
|
||
d'essayer par vous-même.
|
||
En particulier tout le reste du code qui suppose qu'un pixel
|
||
ne peut \textbf{pas} être négatif.
|
||
Vous pouvez aussi remarquer qu'il n'y a pas de controle
|
||
de cohérence sur les dimensions des deux images, malgré l'existence
|
||
de fonctions prévues à cet effet..
|
||
|
||
|
||
% -------------------------------------------------------------------
|
||
\section{Les outils}\label{outils}
|
||
|
||
\textsl{3615mavie} : sur des projets comme celui-ci, qui travaillent
|
||
in-fine sur des objets que l'on peut considérer comme « physiques »,
|
||
il est important de passer à une utilisation
|
||
normale\footnote{Il y a une vie en dehors de git.} et construire
|
||
des trucs qui mettent en action le code primitif.
|
||
|
||
Ces machins ont en commun quelques options bien pratiques~:
|
||
\texttt{-h} pour avoir un résumé des options disponibles,
|
||
\texttt{-v} qui augmente la puissance de bavardage, et
|
||
\texttt{-K nn.nn} pour un paramètre flottant.
|
||
Dans un avenir incertain, il existera des pages de man\index{man}.
|
||
|
||
% ---------------------
|
||
|
||
\subsection{mkfimg}\index{mkfimg}\label{mkfimg}
|
||
|
||
Propose la création d'un fichier contenant une image de « teinte »
|
||
constante (ou pas).
|
||
Cette notion de teinte est assez inconsistante pour le moment,
|
||
mais ça n'est pas si grave que ça.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
tth@debian:~/Devel/FloatImg/tools$ ./mkfimg -h
|
||
Usage: mkfimg [options] quux.fimg width height
|
||
-k N.N give a float parameter
|
||
-t type howto make the pic
|
||
black, drand48...
|
||
-v increase verbosity
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
La plupart des types d'image générée prennent un paramètre flottant qui
|
||
devra être donné avec l'option \texttt{-k F.F} avec une valeur par défaut
|
||
à $1.0$.
|
||
|
||
\begin{description} \index{XXX}
|
||
\item [black/gray/grey:] efface avec 0.0 (black) ou avec la valeur
|
||
\texttt{-k} (gray).
|
||
\item [drand48:] beaucoup de bruit dans chacun des canaux.
|
||
\item [hdeg/vdeg:] dégradé du noir au blanc (relatif à \texttt{-k}).
|
||
\end{description}
|
||
|
||
|
||
% ---------------------
|
||
|
||
\subsection{png2fimg}\index{png2fimg}\label{png2fimg}
|
||
|
||
Grosse panne à réparer.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
tth@debian:~/TMP/floatimg$ png2fimg A.png foo.fimg
|
||
error in 'fimg_create_from_png' : read png -> -1 File error
|
||
png2fimg : err -1, abort.
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Il faut peut-être envisager le passage à \texttt{libpng}\index{libpng}.
|
||
|
||
\subsection{fimgstats}\index{fimgstats}\label{fimgstats}
|
||
|
||
Affichage de quelques valeurs calculées à partir du contenu d'un fichier
|
||
\texttt{.fimg}\index{.fimg}.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
usage : fimgstats [options] file.fimg
|
||
-c make a machinable csv
|
||
-v increase verbosity
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
À vrai dire, je ne sais pas encore quelles métriques seront utiles
|
||
en première approche, alors commençont par le plus simple,
|
||
les valeurs moyennes de chaque composante.
|
||
|
||
Puis nous rajouterons\footnote{Les patchs sont les bienvenus}
|
||
le calcul de la variance\index{variance}. Les compétences
|
||
de \texttt{schmod777} sont attendues au dd2\index{dd2}.
|
||
|
||
% ---------------------
|
||
|
||
\subsection{fimgfx}\index{fimgfx}\label{fimgfx}
|
||
|
||
Ce programme, \textit{en cours de création\index{XXX}}, applique
|
||
un effet spécial à une image.
|
||
À l'heure actuelle\footnote{janvier 2019, vers 13:37}, nous avons
|
||
déja quelques ajustements basiques de contraste, qui ne tiennent
|
||
pas vraiment compte du contenu de l'image.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
tth@daubian:~/Devel/FloatImg/tools$ ./fimgfx -v -h
|
||
--- fimg special effects ---
|
||
cos01 cos010 pow2 sqrt gray0 xper
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Certaines de ces opérations ont besoin d'un paramètre flottant.
|
||
Celui-ci peut être fixé avec l'option \texttt{-k}.
|
||
Une liste détaillée des opérations possibles
|
||
sera lisible avec le sélecteur \texttt{-L}.
|
||
|
||
\begin{description}
|
||
\item [Ajustements de contraste:] cos01 cos010 pow2 sqrt
|
||
\item [Distorsions chromatiques:] gray0
|
||
\item [Déformations géométriques:] r90
|
||
\end{description}
|
||
|
||
\subsection{fimgops}\index{fimgops}\label{fimgops}
|
||
|
||
Quelques opérations diverses entre deux images, qui doivent être
|
||
de la même taille, et du même type \textsl{pour le moment,
|
||
uniquement RGB}.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
usage:
|
||
fimgops [options] A.fimg B.fimg operator D.fimg
|
||
operators:
|
||
add 1
|
||
sub 2
|
||
mix 3
|
||
mul 4
|
||
mini 5
|
||
maxi 6
|
||
options:
|
||
-g convert output to gray
|
||
-k N.N set float value
|
||
-v increase verbosity
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Pour des operateurs paramétrable (comme \texttt{mix}), le paramêtre
|
||
flottant doit être fourni en utilisant l'option \texttt{-k}.
|
||
La véracité mathématique n'est pas garantie. Et n'oubliez pas que
|
||
les valeurs négatives peuvent être la cause de \textsl{glitches}
|
||
de qualitay.
|
||
|
||
\subsection{fimg2png, fimg2pnm, fimg2tiff}
|
||
\index{fimg2png}\label{fimg2png}
|
||
\index{fimg2pnm}\label{fimg2pnm}
|
||
\index{fimg2tiff}\label{fimg2tiff}
|
||
|
||
Quelques petits proggies pour exporter notre format\index{.fimg} secret
|
||
vers des choses plus directement utilisables. À condition que le
|
||
code soit écrit et documenté.
|
||
|
||
D'un autre coté, écrire un greffon d'import/export pour
|
||
Gimp\index{Gimp} ou Imagemagick\index{Imagemagick} ou Krita\index{Krita}
|
||
ne devrait pas être trop difficile. Des volontaires ?
|
||
|
||
\subsection{fimg2gray}\index{fimg2gray}\label{fimg2gray}
|
||
|
||
Nous avons vu dans ce document que chaque image flottante pouvait
|
||
avoir plusieurs plans de réalité. Il ne faut en négliger aucun.
|
||
|
||
Il faut quand même deviner que pour passer de l'espace RGB\index{RGB}
|
||
à une abstraction linéaire mono-dimensionnelle, il existe une foultitude
|
||
de méthodes, toutes plus légitimes que les autres.
|
||
|
||
% -------------------------------------------------------------------
|
||
\section{TODO}\index{TODO}\label{TODO}
|
||
|
||
Il reste plein de choses à faire pour que ce soit vraiment utilisable,
|
||
surtout dans un contexte artistique à grande porosité.
|
||
C'est par ces frottements de techniques ayant du sens que les
|
||
choses seront acquises.
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Import/export au format \textsc{tiff}\index{tiff}.
|
||
\item Remplacer le « fait-maison » par \textsc{libnetpnm}\index{pnm}.
|
||
\textsl{[en cours]}.
|
||
\item Compléter les traitements mathémathiques (eg le gamma\index{gamma}).
|
||
\item Formaliser les codes d'erreur. \textbf{Urgent}.
|
||
\item Faire une passe complète de Valgrind\index{valgrind}.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
% -------------------------------------------------------------------
|
||
\section{Exemples pour yusers}\index{exemple}
|
||
|
||
Nous allons \textsl{essayer d'improviser} un exemple presque réel,
|
||
avec un peu de rache\index{rache} dedans, et beaucoup de simplification.
|
||
Ce qui est autorisé dans les exemples, mais dans la vrai vie, il ne faut
|
||
jamais négliger le traitement des éventuelles erreurs.
|
||
|
||
Nous savons générer une image contenant des pixels aux valeurs
|
||
probablement aléatoires, avec la commande \texttt{mkfimg},
|
||
qui utilise le \texttt{drand48}\index{drand48} de \textsc{posix}\index{POSIX}.
|
||
Maintenant, posons-nous une question de statisticien : ue se passe-t-il si
|
||
nous faisons la somme de plusieurs centaines de ces images ?
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
#!/bin/bash
|
||
ACCU="quux.fimg"
|
||
TMPF="tmp.fimg"
|
||
DIMS="320 240"
|
||
|
||
mkfimg $ACCU $DIMS
|
||
for i in {0..1000}
|
||
do
|
||
mkfimg -t drand48 ${TMPF} ${DIMS}
|
||
fname=$( printf "xx%04d.pnm" $i )
|
||
fimgops $ACCU $TMPF add $ACCU
|
||
fimg2pnm -v -g $ACCU $fname
|
||
done
|
||
convert -delay 10 xx*.pnm foo.gif
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Voilà, si les choses se passent mal, vous allez découvrir
|
||
que votre \texttt{drand48} n'est pas si "drand" que ça.
|
||
Et ce n'est pas à moi d'en tirer les conclusions...
|
||
|
||
\subsection{Scripts}\index{scripts}\label{scripts}
|
||
|
||
Le script bash\index{bash} \texttt{scripts/shoot.sh} est un front-end
|
||
encore un peu rudimentaire
|
||
vers le programme de capture d'image décrit page \pageref{grabvidseq}.
|
||
Il utilise deux fichiers dans le répertoire de travail~:
|
||
\textit{reglages} et \textit{compteur}. Le premier est, en fait,
|
||
un bout de shell affectant quelques variables, ou plutôt, les surchargent.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
OPTIONS="${OPTIONS} -v -c pow2 "
|
||
SHOW="yes"
|
||
NBRE=1000
|
||
PERIOD=0
|
||
OFORMAT="p_%04d.png"
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
La première ligne demande, en plus des options par défaut, plus de
|
||
bavardage, et un changement de contraste. La seconde demande
|
||
l'affichage de la photo. Les deux suivantes demandent la
|
||
capture de 1000 images à la cadence méga-blast.
|
||
La dernière est moins simple~: \texttt{man sprintf}\index{printf}
|
||
pour comprendre.
|
||
|
||
Quand au second fichier, il contient un compteur (stocké en ascii) qui
|
||
est incrémenté après chaque capture réussie. Et ce compteur est
|
||
utilisable par la variable \texttt{OFORMAT} que nous avons
|
||
vue quelques lignes plus haut.
|
||
|
||
\subsection{Fonderie}\index{fonderie}\label{fonderie}
|
||
|
||
Ce projet externe\footnote{... pour le moment, j'ai des soucis sur
|
||
l'architecture du \textbf{pipdeprod} à adopter\dots} est destiné à la confection
|
||
de films flous\index{film} à partir de photos floues.
|
||
Le script \texttt{scripts/echomix.sh} est une première expérimentation
|
||
en bash, utilisant deux outils en \textsc{cli},
|
||
le premier pouvant salement brotcher une image, et le second capable de
|
||
mélanger harmonieusement deux images, la balance est équilibrée.
|
||
|
||
Il s'agit donc d'un petit programme écrit en Bash\index{bash}, un langage
|
||
dont la connaissance est, pour moi, indispendable à qui veut faire des
|
||
images kitchies\index{kitchy}. Mais ne vous inquiétez pas, c'est en
|
||
fait assez simple à comprendre. Et comprendre, c'est apprendre.
|
||
|
||
Voici donc le script, décomposé et expliqué :
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
#!/bin/bash
|
||
|
||
SRCDIR="Fist"
|
||
DSTDIR="Pong"
|
||
FTMP="/dev/shm/tmp.fimg"
|
||
FDST="/dev/shm/foo.fimg"
|
||
|
||
# count the nomber of picz in the source directory
|
||
NBRE=$(ls -1 ${SRCDIR}/*.fimg | wc -l)
|
||
# compute the echo picz offset
|
||
OFFS=$(( NBRE / 4 ))
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
|
||
Dans ce préliminaire logiciel, nous avons nommés le répertoire
|
||
\textsc{srcdir} contenant les captures d'image au format fimg, le répertoire
|
||
\textsc{dstdir} dans lequel seront rangées les images calculées,
|
||
et l'emplacement de deux fichiers de travail.
|
||
|
||
Les quelques lignes suivantes, qui semble bien magiques, ne sont en fait
|
||
que de la magie Unix\index{Unix}. Elles nous permettent d'avoir
|
||
\textsc{nbre}, le nombre d'images à traiter, et \textsc{offs}, un décalage
|
||
dépendant du nombre d'image. Muni de toutes ces informations, nous
|
||
pouvons rentrer dans le lard du sujet, la boucle qui travaille.
|
||
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
# MAIN LOOP
|
||
for idx in $(seq 0 $NBRE)
|
||
do
|
||
# build the two input filenames ...
|
||
#
|
||
imgA=$(printf "$SRCDIR/%04d.fimg" $idx)
|
||
vb=$(( $(( idx + OFFS )) % NBRE))
|
||
imgB=$(printf "$SRCDIR/%04d.fimg" $vb)
|
||
|
||
# ... and the output filename
|
||
#
|
||
dst=$(printf "%s/%05d.png" ${DSTDIR} $idx)
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Dans cette première partie de la boucle nous avons construit plusieurs
|
||
noms de fichier à partir du rang de la boucle en cours d'exécution,
|
||
des deux valeurs \textsc{nbre} et \textsc{offs} calculées en préambule.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
# trying to autocompute the mixing coefficient
|
||
#
|
||
compute=" s(${idx} / 16) "
|
||
K=$(echo $compute | bc -l)
|
||
printf " %25s => %8.3f\n" "$compute" $K
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Cette seconde partie sert à calculer avec la commande
|
||
\texttt{bc}\index{bc}
|
||
un coefficient variable en fonction du temps :
|
||
$sin(idx/16)$ afin d'avoir une oscillation du coefficient entre
|
||
-1.0 et 1.0, deux valeurs probablement glitchantes.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
# do the hard floating computation
|
||
#
|
||
fimgfx -v cos010 ${imgB} ${FTMP}
|
||
fimgops -k ${K} ${FTMP} ${imgA} mix ${FDST}
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Étape suivante, étape cruciale : le brassage d'une multitude de
|
||
pixels flottants.
|
||
|
||
Tout d'abord, nous faisons subir à l'image-echo
|
||
(\texttt{imgB}, définie au début du script) un distorsion
|
||
chromatique de type \textsl{cos010}, le résultat étant écrit
|
||
dans un fichier temporaire. Ensuite, nous mixons l'image
|
||
primaire et son echo en utilisant le rapport de mixage
|
||
calculé quelques lignes plus haut.
|
||
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
|
||
# write the output as PNG for video encoding
|
||
#
|
||
fimg2png ${FDST} ${dst}
|
||
done
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Et en fin de boucle, nous convertissons le résultat de nos
|
||
savants au format PNG, et écrivons le fichier dans le répertoire
|
||
de destination fixé au début.
|
||
C'est le moment de passer la main à ffmpeg\index{ffmpeg}.
|
||
|
||
C'est juste une POC\index{POC}, et une implémentation bien plus
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complète écrite en \textbf{C}\index{C} est déja en chantier,
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avec une complexité prévue à un niveau assez réjouissant.
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\section{Video for Linux}\index{v4l2}
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Donc, maintenant, nous savons un peu tripoter ces images flottantes.
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Et nous devons nous poser une question fondamentale\footnote{primitive ?}
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sur la provenance de ces données prétendant être des images.
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En fait, notre désir secret est la découverte des choses cachées du
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monde qui nous entoure. Nous voulons des images du \textbf{réel} et
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pour cela, l'outil le plus commun, le plus répandu,
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est la webcam\index{webcam}. L'universelle webcam. Et l'incontournable
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v4l2.
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\subsection{grabvidseq}\index{grabvidseq}\label{grabvidseq}
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Un logiciel en évolution, qui permet déja la capture d'images en
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\textsl{longue pose} selon la méthode du cumul\index{cumul}, et
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devrait bientôt retrouver sa capacité à enregistrer des
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séquences.
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\begin{verbatim}
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tth@debian:~/Devel/FloatImg/v4l2$ ./grabvidseq -h
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options :
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-c quux contrast adjustement
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-d /dev/? select video device
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-g convert to gray
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-n NNN how many frames ?
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-O ./ set Output dir
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-o bla set output filename
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-p NN.N delay between frames
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-s WxH size of capture
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-u try upscaling...
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-v increase verbosity
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-X arg Xperiment option
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\end{verbatim}
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La plupart de ces options ont un usage quasi-évident.
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L'option \texttt{-s} doit correspondre à une des
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résolutions possibles de votre capteur. Le type du
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fichier en sortie (option \texttt{-o}) est déterminé par
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l'extension, actuellement
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seulement \texttt{.fimg}, \texttt{.pnm} et \texttt{.png}
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sont reconnus.
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La conversion en gris (option \texttt{-g}) mérite un
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peu plus de travail, et une paramétrisation plus facile.
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L'ajustement de contraste (option\texttt{-c}) est
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vaguement expliqué page \pageref{contraste}.
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L'option \texttt{-X} me permet d'intégrer des \textit{fritures}
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expérimentales dans le binaire, et ne doit donc pas être
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utilisée dans des scripts si on a des visions à long
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terme.
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\subsubsection{Upscaling}\index{upscaling}\label{upscaling}
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La fonction que j'ai appelée \textsl{upscaling} est un petit
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hack qui permet de doubler artificiellement la résolution
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de l'image, en profitant du fait que l'on est capable
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de prendre $N$ images en rafale.
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Pour être rigoureux dans la prise de vue, ce $N$ doit
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être un multiple de 4, surtout si le nombre de capture est faible.
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N'hésitez pas à faire des essais, le résultat est parfois
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aléatoire, surtout avec une caméra qui bouge.
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\textbf{Là, il manque un schéma\dots}
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\subsection{video-infos}\index{video-infos}\label{video-infos}
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Que contient, que peut faire mon périphérique \textsl{àlc} ?
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Quelles sont ses possibilités de réglage ?
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\begin{verbatim}
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tth@debian:~/Devel/FloatImg$ v4l2/video-infos -h
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Options :
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-d select the video device
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-K nnn set the K parameter
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-l list video devices
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-T bla add a title
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-v increase verbosity
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\end{verbatim}
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Je me sens obligé d'avouer qu'il reste quelques points mystérieux dans
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l'\textsc{api} de \textsc{v4l2}, et donc, que ce que raconte
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ce logiciel doit être pris avec des pincettes. En particulier
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la liste des résolutions disponibles.
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\section{Et pour la suite ?}
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En fait, je fait de la photo par la méthode du « cumul »\index{cumul}
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depuis plusieurs années. Une webcam\index{webcam},
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un Linux\index{Linux}, et ça \textsl{juste marche}.
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Sauf que c'est quand même un peu galère à déplacer, il faut
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avoir un shell pour déclencher, c'est pas facile à utiliser
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en mode portnawak\dots
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L'idée est donc de construire un appareil autonome, basé sur un Raspi et
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une webcam \textsc{usb}\index{USB}, pilotable par \textsc{lirc}\index{LIRC},
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alimenté par une (grosse) batterie et permettant d'aller
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faire des images au bord d'un lac ou dans la campagne de l'Ariège.
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\printindex
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\end{document}
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