Algèbre linéaire et traitement des images

Dans cette activité nous allons voir comment créer des vidéos, image par image. Nous allons réaliser un clip vidéo en enchaînant les effets, et les traitements.

Vous aurez besoin d'une installation python 3, d'un éditeur et de ffmpeg. Il vous faudra aussi les modules numpy et matplotlib. Dans un terminal saisissez les instructions suivantes :

python3 -m pip install matplotlib
python3 -m pip install numpy

Nous aurons besoin de deux répertoires locaux :

input : qui contiendra les images initiales utilisées pour la réalisation du clip vidéo,
output : qui contiendra les images qui composeront la vidéo.

import os

try:
   os.mkdir('input')
except:
    print('Le répertoire existe déjà')
try:
   os.mkdir('output')
except:
    print('Le répertoire existe déjà')

Vous pouvez ensuite placer les images initiales dans le répertoire input (ici, par leurs urls) :

import urllib.request

urllib.request.urlretrieve("https://iut-info.univ-reims.fr/users/coutant/img/solo-256px.png", "input/solo-256px.png")
urllib.request.urlretrieve("https://iut-info.univ-reims.fr/users/coutant/img/logo-starwars-256px.png", "input/logo-starwars-256px.png")

Voilà, les préparatifs sont faits. Vous pouvez, si vous le souhaitez, placer toutes ces instructions dans un script prepare.py :

#!/usr/bin/env python3
# encoding: utf8

import os, urllib.request

if __name__== "__main__":
    
    try:
       os.mkdir('input')
    except:
        print('Le répertoire existe déjà')
    try:
       os.mkdir('output')
    except:
        print('Le répertoire existe déjà')

    urllib.request.urlretrieve("https://iut-info.univ-reims.fr/users/coutant/img/solo-256px.png", "input/solo-256px.png")
    urllib.request.urlretrieve("https://iut-info.univ-reims.fr/users/coutant/img/logo-starwars-256px.png", "input/logo-starwars-256px.png")

On va maintenant enchaîner les traitements et générer une image à chaque étape. Les trois exemples qui suivent vont permettre de mieux comprendre le principe. Dans le premier, une rotation est réalisée sur une image. Chaque image de la séquence correspond à une rotation de l'image de départ, avec un angle différent dans le second, on déplace on conserve cette rotation, mais le centre de la rotation est modifié à chaque image. Enfin dans le troisième exemple, on modifie, en plus des changements précédents, la teinte de chaque image.

D'abord on importe les modules dont on a besoin.

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from math import *

Ensuite, l'image dont on va se servir.

img = plt.imread("./input/solo-256px.png")

Maintenant nous allons générer les images une par une. Dans ce premier exemple, nous allons appliquer à notre image une rotation d'angle a en faisant varier a entre 0 et 2.\pi.

Si on souhaite générer 100 images, l'angle a va augmenter par pas de \frac{2.\pi}{100}, de 0 jusque 2.\pi (pour ces deux valeurs, l'image transformée est identique à l'image d'origine).

a = 0.0
nb_img = 100
centeri = floor(len(img) / 2)
centerj = floor(len(img[0]) / 2)
for i in range(nb_img):
    res = smartrotate(img, centeri, centerj, a)
    a += 2 * pi / nb_img
    plt.imsave(f"output/output{i:05}.png",res)
plt.imsave(f"output/output{nb_img:05}.png",img)

On peut alors construire la vidéo à partir des images générées :

import os

os.system('ffmpeg -framerate 5 -r 25 -i output/output%05d.png -pix_fmt yuv420p video1.mp4')

On obtient alors la vidéo suivante : video 1

Attention

N'oubliez pas de vider le dossier output après avoir généré la video.

On va maintenant modifier un peu la génération des images en faisant varier le centre de la rotation.

a = 0.0
nb_img = 100
centeri = 50 
centerj = 50
for i in range(nb_img):
    res = smartrotate(img, centeri, centerj, a)
    a += 2 * pi / nb_img
    centeri += 1
    centerj += 1
    plt.imsave(f"output/output{i:05}.png",res)
plt.imsave(f"output/output{nb_img:05}.png",img)

os.system('ffmpeg -framerate 5 -r 25 -i output/output%05d.png -pix_fmt yuv420p video2.mp4')

On obtient la vidéo suivante : video 2

Enfin, en plus de ces transformations, changeons maintenant la teinte de l'image :

a = 0.0
nb_img = 100
centeri = 50 
centerj = 50
for i in range(nb_img):
    res = colorize(smartrotate(img, centeri, centerj, a), a * 360 / (2*pi))
    a += 2 * pi / nb_img
    centeri += 1
    centerj += 1
    plt.imsave(f"output/output{i:05}.png",res)
plt.imsave(f"output/output{nb_img:05}.png",img)

os.system('ffmpeg -framerate 5 -r 25 -i output/output%05d.png -pix_fmt yuv420p video3.mp4')

On obtient la vidéo suivante : video 3

Ce dernier exemple propose un mix progressif de deux images, avec des rotations.

# Lecture des images de départ

img1 = plt.imread("./input/solo-256px.png")
img2 = plt.imread("./input/logo-starwars-256px.png")

num = 1

factor = 0.0
angle = 0.0

for i in range(0, 50):
    factor += 0.02
    angle += 0.031416
    res = smartrotate(mix(img1, img2, factor),128,128,angle)
    plt.imsave(f"output/output{num:05}.png",res)
    num += 1

for i in range(0, 50):
    factor -= 0.02
    angle -= 0.031416
    res = smartrotate(mix(img1, img2, factor),128,128,angle)
    plt.imsave(f"output/output{num:05}.png",res)
    num += 1

factor = 0.0
angle = 0.0

for i in range(0, 50):
    factor += 0.02
    angle += 0.031416
    res = mix(smartrotate(img1,128,128,angle),smartrotate(img2,128,128,-angle), factor)
    plt.imsave(f"output/output{num:05}.png",res)
    num += 1

for i in range(0, 50):
    factor -= 0.02
    angle -= 0.031416
    res = mix(smartrotate(img1,128,128,angle),smartrotate(img2,128,128,-angle), factor)
    plt.imsave(f"output/output{num:05}.png",res)
    num += 1

import os

os.system('ffmpeg -r 20 -i output/output%05d.png -c:v libvpx-vp9 -b:v 2M video4.mp4')

Et on obtient finalement la vidéo suivante : video 4

Maintenant, c'est à vous de jouer :

choisissez des images,
combiner les effets,
générez vos vidéos.
postez vos meilleures -et vos pires- réalisations sur le salon discord dédié à ce module.

Algèbre linéaire et traitement des images

1 Préparation

2 Création des images puis de la video

3 Exemple

4 À vous de jouer