Processamento Digital de Imagens

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1 Ciência da Computação Processamento Digital de Imagens Objetivos e Introdução Prof. Sergio Ribeiro Tópicos Introdução Percepção por Máquina Imagens e Computação Gráfica Complexidade de um Sistema Elementos de um Sistema, Armazenamento e Exibição Processamento Digital de Imagens 2 Introdução Este curso abordará conceitos, técnicas e ferramentas de processamento de imagens com o objetivo de mostrar como se processa imagens para algum fim específico. É uma disciplina interessante por possuir uma abordagem teórica e prática, com aplicações em diversas áreas: Medicina Robótica Segurança, etc. Processamento Digital de Imagens 3 Introdução Computação Gráfica Dedica-se a criação de imagens digitais a partir de descritores predefinidos. Entrada: Atributos do ambiente, Saída: Ambiente digital modelado. Visão Computacional Dedica-se a extração de características da imagem como formas geométricas a fim de que informações possam ser inferidas e utilizadas para tomada de decisão. Entrada: Imagem digital. Saída: Decisão a partir das informações extraídas. Processamento Digital de Imagens Dedica-se a aplicações de algoritmos que visam aperfeiçoar características da imagem afim de permitir a manipulação e extração de informações. Processamento Digital de Imagens 4

2 Introdução Introdução Dados Visão Computacional Computação Gráfica Imagens Processamento Digital de Imagens Processamento Digital de Imagens 5 Processamento Digital de Imagens 6 Interesse em métodos de PDI deve-se ao grande número de aplicações em duas categorias distintas: Melhoramento de informação visual interpretação humana. Análise automática por computador de informações extraídas de uma cena. Uma das 1 as aplicações da 1ª categoria melhoramento de imagens digitalizadas para jornais (sistema Bartlane Londres a Nova Yorque 1920). Mas o grande impulso na área de processamento de imagens ocorreu 3 décadas depois surgimento de computadores digitais com a contribuição de John von Neumann. Processamento Digital de Imagens 7 Processamento Digital de Imagens 8

3 Importantes avanços fizeram surgir computadores cada vez mais poderosos para serem utilizados no processamento digital de imagens: 1. A invenção do transistor em Desenvolvimento de linguagens como Cobol e Fortran (1960). 3. Invenção do circuito integrado (CI) em Desenvolvimento de sistemas operacionais no início de Desenvolvimento do microprocessador pela Intel nos anos Lançamento, pela IBM, do computador pessoal em Miniaturização progressiva de componentes (LSI VLSI ULSI) na década de Técnicas de realce e restauração de imagens foram desenvolvidas e aprimoradas na década de 60 imagens da lua transmitidas por sondas espaciais eram processadas por computador correção de vários tipos de distorção inerentes à câmera de TV acoplada à sonda. Processamento Digital de Imagens 9 Processamento Digital de Imagens 10 Da década de 60 aos dias atuais área de PDI apresentou crescimento expressivo com aplicações em diversos ramos da atividade humana: Medicina Biologia Automação industrial Segurança, etc. Processamento Digital de Imagens 11 Processamento Digital de Imagens 12

4 As inovações tecnológicas das últimas décadas viabilizaram grandes avanços na área da saúde. Em especial, as tecnologias associadas a imagens médicas têm oferecido relevantes contribuições à prática da Medicina moderna. Tais imagens oferecem não apenas uma forma de visualização de órgãos, tecidos, ossos e outras estruturas do corpo de um paciente, mas, também, meios para monitorar efeitos de tratamentos e subsídios para o planejamento de cirurgias. Processamento Digital de Imagens 13 Na medicina, procedimentos computacionais melhoram o contraste ou codificam os níveis de intensidade em cores de modo a facilitar a interpretação de imagens de raio X e outras imagens biomédicas. Aplicações: Diagnóstico Tratamento Planejamento cirúrgico Processamento Digital de Imagens 14 Identificar as formas significativas em uma imagem afim de fornecer informações para a sua interpretação e possível planejamento. para a identificação: Processamento Digital de Imagens 15 Processamento Digital de Imagens 16

5 Algoritmo Limiar defina limiar para linha = 1 até quantidade_linhas para coluna = 1 até quantidade_colunas se pixel linha,coluna <limiar pixel linha,coluna 0 senão pixel linha,coluna maximo_escala_cinza fim se fim para fim para Processamento Digital de Imagens 17 Processamento Digital de Imagens 18 Percepção por Máquina 2ª maior área de aplicações de técnicas de PDI solução de problemas relacionados à percepção por máquina. Objetivo extrair de uma imagem informação adequada ao processamento computacional. Ex: medidas de distância multidimensionais. Percepção por Máquina Problemas típicos em percepção por máquina: Reconhecimento automático de caracteres. Visão computacional industrial. Processamento automático de impressões digitais, etc. Soluções são restritas ao domínio. Processamento Digital de Imagens 19 Processamento Digital de Imagens 20

6 Imagens e Computação Gráfica Ao tratar imagens, a informação pode estar associada a uma medida ou pode estar associada a um nível cognitivo. Comparação entre PI e CG: Computação Gráfica parte de uma informação precisa para obter uma imagem ou um filme. Imagem parte da imagem para obter uma informação. Embora pareçam opostos, podem fazer uso de técnicas semelhantes ou complementares. Processamento Digital de Imagens 21 Complexidade de um Sistema Processar uma imagem, como é feito pelo sistema visual humano (SVH), é extremamente complexo. Realizar as tarefas que o SVH exige uma compreensão filosófica do mundo ou dos conhecimentos humanos. Por isso PI é uma área com extrema dependência do sistema no qual está associado. Não existe uma solução única e abrangente para todos os problemas (não existência de sistemas complexos e que funcionem para todos os casos). Processamento Digital de Imagens 22 Complexidade de um Sistema Anatomia do olho humano Complexidade de um Sistema Anatomia do olho humano No olho, as imagens são formadas sobre a retina, numa área sensível à luz localizada no fundo do olho. Na retina estão localizados dois tipos de células fotoreceptoras: os bastonetes e os cones. Os bastonetes distinguem a presença e a ausência de luz ou tons intermediários. Os cones percebem as cores. Processamento Digital de Imagens 23 Processamento Digital de Imagens 24

7 Complexidade de um Sistema Anatomia do olho humano Existem três tipos de cones nos nossos olhos, cada um especializado em comprimentos de luz curtos (S), médios (M) ou longos (L). O conjunto de sinais possíveis dos três tipos de cones define a gama de cores que conseguimos ver. Elementos de um Sistema Processamento Digital de Imagens 25 Processamento Digital de Imagens 26 Elementos de um Sistema Elementos de um Sistema Processamento Digital de Imagens 27 Processamento Digital de Imagens 28

8 Elementos de um Sistema Elementos de um Sistema Processamento Digital de Imagens 29 Processamento Digital de Imagens 30 Converte uma imagem em uma representação numérica adequada para o processamento digital subsequente. Compreende dois elementos principais: Dispositivo físico sensível a uma faixa do espectro eletromagnético. Digitalizador propriamente dito. Processamento Digital de Imagens 31 Armazenamento Foi considerado um problema no projeto de sistemas de PDI grande quantidade de bytes para armazenar uma imagem grande. Ex 1 : imagem de 8 bits com resolução de 1024 x 1024 pixels um milhão de bytes. Ex 2 : 1 hora de vídeo 352 x 240 em AVI sem compressão 15 GB. Armazenamento medido em bytes, kbytes, Mbytes, Gbytes e Tbytes. Processamento Digital de Imagens 32

9 Processamento Envolve procedimentos normalmente expressos sob forma algorítmica. Com exceção das etapas de aquisição e exibição maioria das funções de PDI pode ser implementada via software. Uso de hardware especializado para PDI necessário quando certas limitações do computador forem intoleráveis. Processamento Digital de Imagens 33 Exibição Monitor de vídeo elemento fundamental de um sistema PDI. A tecnologia mais usual ainda é o TRC (tubo de raios catódicos). Um TRC segue um padrão de vídeo. Um padrão comum possui 480 linhas horizontais entrelaçadas. A varredura de um quadro é feita em duas etapas: Processamento Digital de Imagens 34 Exibição primeiro se varre as linhas impares, depois as linhas pares. Cada uma destas etapas é denominada campo. O tempo necessário para percorrer um campo é 1/60s. Características de persistência visual do olho humano varredura individual de cada campo não seja perceptível. Processamento Digital de Imagens 35 Processamento Digital de Imagens 36