PROJECTOS DE INVESTIGAÇÃO CIENTÍFICA E DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO RELATÓRIO FINAL REFERÊNCIA DO PROJECTO Nº POSC/EEA-SRI/55386/2004

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1 PROJECTOS DE INVESTIGAÇÃO CIENTÍFICA E DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO RELATÓRIO FINAL REFERÊNCIA DO PROJECTO Nº POSC/EEA-SRI/55386/2004 Junho 2008

2 Sumário Este relatório pretende descrever as actividades científicas desenvolvidas no âmbito do projecto Segmentação, seguimento e análise do movimento de objectos deformáveis (2D/3D) usando princípios físicos, com referência POSC/EEA-SRI/55386/2004, e financiado pela FCT - Fundação para a Ciência e a Tecnologia no âmbito do POS_C - Programa Operacional Sociedade do Conhecimento. Assim, após breve identificação do projecto, apresenta-se uma descrição das actividades desenvolvidas, são indicados os trabalhos de investigação pós-graduada desenvolvimentos e relacionados, referidas as participações dos elementos da equipa de investigação em eventos relacionados com as áreas temáticas consideradas, enumerados os eventos e as edições científicas que contaram com elementos da mesma equipa para a sua ocorrência, indicadas as conclusões finais e perspectivas de trabalho futuro e, por último, são indicados os resultados obtidos com este projecto e enumeradas as publicações desenvolvidas e relacionadas com o mesmo. i

3 Índice 1. Identificação do Projecto Caracterização Sumária 1 a) Objectivos do Projecto 1 b) Breve descrição das actividades desenvolvidas bem como dos desvios ocorridos durante a execução do projecto 1 c) Objectivos atingidos 2 d) Publicidade aos apoios POS_Conhecimento 2 e) Realização Financeira Instituições que Participaram Equipa de Investigação 3 2. Descrição dos Trabalhos Desenvolvidos Actividades Realizadas 3 a) Estudo bibliográfico sobre metodologias para objectos deformáveis 3 b) Desenvolvimento da plataforma computacional 4 c) Desenvolvimento de metodologias para a segmentação de objectos em imagens 4 d) Desenvolvimento de metodologias para o seguimento de objectos em imagens 5 e) Desenvolvimento de metodologias para análise do movimento de objectos em imagens _ 6 f) Desenvolvimento de implementações optimizadas Metodologias Desenvolvidas e Implementadas 8 a) Identificação e caracterização de faces em imagens 8 b) Métodos estocásticos, técnicas de optimização e modelos de gestão de entidades, para o seguimento humano em imagens para análise da marcha e detecção de eventos 9 c) Segmentação de imagens para análise do movimento humano em sequências de imagem 10 d) Modelos pontuais de distribuição para quantificar, segmentar e simular objectos representados em imagens 11 e) Metodologias para a reconstrução 3D de objectos a partir de imagens 12 f) Metodologias para a segmentação, quantificação e reconstrução 3D de estruturas representadas em imagens médicas 13 g) Metodologias para a reconstrução 3D e alinhamento de estruturas da coluna vertebral a partir de imagens de Raio X no estudo da escoliose 14 h) Metodologias de Level Set para a segmentação de objectos em imagens 14 i) Metodologias para a análise de em imagens na caracterização de materiais Software Desenvolvido Trabalhos de Investigação, Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento Concluídas e em Curso 21 a) Estágio de Investigação 21 b) Trabalhos de Investigação 21 c) Dissertações de Mestrado Concluídas 23 d) Dissertações de Mestrado em Curso 24 e) Teses de Doutoramento em Curso Participação em Encontros, Seminários, Workshops, Conferências Organização de Encontros, Seminários, Workshops, Palestras e Conferências Actividades de Edição de Publicações Cientificas Conclusões e Perspectivas de Trabalho Futuro Indicadores de Realização Física Publicações Livros (4 publicado, 1 in press) e Revistas (3 publicadas, 1 em publicação) Revistas Internacionais (6 publicadas, 2 submetidas, 6 aceites/in press) Revistas Nacionais (4 publicadas, 1 submetida) Congressos Internacionais (62 apresentadas, 1 submetida) Congressos Nacionais (17 apresentadas) Comunicações (10 realizadas) Relatórios (15 publicados) Dissertações (5 finalizadas) 50 ii

4 1. Identificação do Projecto Título: Segmentação, seguimento e análise do movimento de objectos deformáveis (2D/3D) usando princípios físicos Referência: POSC/EEA-SRI/55386/2004 Investigador Responsável: João Manuel Ribeiro da Silva Tavares Instituição Proponente: Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI/UP) Data de Início: Data de Fim: Financiamento Concedido: , Caracterização Sumária a) Objectivos do Projecto A nível do projecto os objectivos principais eram os seguintes: 1) Um estudo exaustivo sobre as metodologias existentes nos domínios associados; 2) Desenvolver novos modelos físicos para objectos representados em imagens, particularmente considerando elementos finitos para grandes deformações e não-linearidade; 3) Desenvolvimento de metodologias que estabeleçam o emparelhamento entre nodos de objectos do tipo um-com-um, um-com-vários e vice-versa, com base em restrições de coerência de movimento; 4) Desenvolvimento de metodologias para determinar a deformação, as forças e as tensões envolvidas entre dois objectos; 5) Inclusão nas metodologias da informação obtida ao longo das sequências de imagens; 6) Inclusão nas metodologias de algoritmos para ajustar as propriedades do material em função do comportamento esperado; 7) Definição de descritores e parâmetros quantificadores para a deformação analisada; 8) Experimentação detalhada de todas as metodologias desenvolvidas. Relativamente aos objectivos do Investigador Responsável este projecto era a continuação natural dos seus projectos de Mestrado e de Doutoramento, e um estímulo e apoio a várias Dissertações de Mestrado e de Teses de Doutoramento em curso segundo a sua orientação científica. Tantos os objectivos estabelecidos para o projecto como para o Investigador Responsável foram alcançados com este projecto. De facto as metodologias e as ferramentas computacionais desenvolvidas contribuíram para o avanço dos domínios relacionados com a análise de objectos deformáveis representados em imagens, e para estimular e apoiar os jovens investigadores envolvidos com o mesmo nos seus projectos de pós-graduação. Para este projecto foi desenvolvida uma página web dedicada disponível, em que além de descrever o projecto, apresenta exemplos de resultados obtidos, disponibiliza as publicações e ferramentas desenvolvidas, anuncia os eventos e as publicações organizadas pela equipa deste projecto bem como ligações (links) e noticias relacionadas com o mesmo. b) Breve descrição das actividades desenvolvidas bem como dos desvios ocorridos durante a execução do projecto As tarefas previstas neste projecto eram as seguintes: 1) Estudo Bibliográfico sobre Metodologias para Objectos Deformáveis; 2) Desenvolvimento da Plataforma Computacional; 3) Segmentação de Objectos Deformáveis; 4) Seguimento de Objectos Deformáveis; 5) Análise do Movimento de Objectos Deformáveis; 6) Desenvolvimento de Implementações Optimizadas e Paralelas. Estas foram as principais tarefas que foram consideradas neste projecto e executadas durante o mesmo. Paralelamente, e graças a vários alunos de pós-graduação que desenvolveram os seus projectos em domínios relacionados com o presente projecto, forma desenvolvidas outras tarefas que não estavam inicialmente previstas e que o enriqueceriam fortemente. Exemplos de tais tarefas são: desenvolvimento de metodologias baseadas em protótipos deformáveis, em métodos de level-sets, em modelizações estatísticas, metodologias para a reconstrução 3D de objectos usando técnicas de visão activa e de escavação espacial, aplicações dedicadas para análise e reconstrução 3D de objectos representados em imagens, etc. Estas tarefas "paralelas" permitiram desenvolver vários modelos, metodologias, ferramentas e aplicações computacionais que permitiram a sua análise e comparação detalhada, bem como a construção de um background assinalável nos domínios considerados neste projecto. 1

5 Calendarização Prevista: 1. Estudo Bibliográfico sobre Metodologias para Objectos Deformáveis; 2. Desenvolvimento da Plataforma Computacional; 3. Segmentação de Objectos Deformáveis; 4. Seguimento de Objectos Deformáveis; 5. Análise do Movimento de Objectos Deformáveis; 6. Desenvolvimento de Implementações Optimizadas e Paralelas. Desvios ocorridos: Durante a execução deste projecto não foram sofridos desvios significativos nas tarefas consideradas para o mesmo, apenas ligeiros desvios e acertos temporais de algumas tarefas sempre definidos de acordo com o calendário previsto e de forma a optimizar os recursos e os resultados obtidos. c) Objectivos atingidos Tantos os objectivos estabelecidos para o projecto como para o Investigador Responsável foram alcançados com este projecto. De facto as metodologias, os modelos e as ferramentas computacionais desenvolvidas contribuíram para o avanço dos domínios relacionados com a análise de objectos deformáveis representados em imagens, e para estimular e apoiar os jovens investigadores envolvidos com o mesmo nos seus projectos de pós-graduação. Deve-se salientar o elevado número de publicações conseguidas, bem como o número de eventos e publicações científicas que contaram na sua realização com membros da equipa de investigação deste projecto. Também de assinalar o elevado numero de alunos de pós-graduação cujos trabalhos estiveram e estão relacionados com este projecto, bem como o numero de alunos de pós-graduação que estão agora a iniciar os seus projectos e que também beneficiarão dos resultados e das ferramentas desenvolvidas durante este projecto e que e asseguram a sua continuidade imediata. d) Publicidade aos apoios POS_Conhecimento A publicidade e referência ao apoio financeiro do POS_Conhecimento foi executado segundo as recomendações e normas vigentes. Uma página web dedicada para o projecto foi desenvolvida estando disponível em: e) Realização Financeira Durante o projecto não se verificaram desvios na realização financeira, além das transferências de verbas remanescentes de um ano para o outro que foram sempre devidamente solicitadas por parte do Investigador Responsável e autorizadas pela entidade gestora Instituições que Participaram Designação Nº Pessoas Mês Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI/UP) 75 Instituto Nacional de Engenharia Biomédica (INEB Porto/UP) 16 2

6 1.3. Equipa de Investigação Nome Cargo %Tempo Função João Manuel Ribeiro da Silva Tavares Inv. Responsável 30% Jorge Manuel Gomes Barbosa Investigador 25% Miguel Fernando Paiva Velhote Correia Investigador 15% Mário Augusto Pires Vaz Investigador 15% Raquel Ramos Pinho Investigador 40% Rui Paulo Soares Ribeiro Investigador 15% Patrícia Carla Teixeira Gonçalves Bolseiro 100% 2. Descrição dos Trabalhos Desenvolvidos Nesta secção são descritas, de forma algo resumida mas que podem ser encontradas com maior detalhe nas publicações realizadas e indicadas, as tarefas desenvolvidas no âmbito deste projecto; nomeadamente: identificadas as actividades consideradas; enumeradas e descritas as metodologias computacionais desenvolvidas e implementadas; indicados os softwares desenvolvidos; referidos os trabalhos de investigação de pós-graduação realizados, e enumeradas as Dissertações de Mestrado e as Teses de Doutoramento finalizadas e em curso; indicados os Encontros, Seminários, Workshops e Conferências nos quais participaram elementos da equipa de investigação; identificados os eventos científicos que contaram na sua realização com a participação de elementos da equipa de investigação; referidas as actividades de edição de publicações científicas realizadas com a participação de elementos da mesma equipa; e por último, são enumeradas algumas conclusões e perspectivas futuras Actividades Realizadas Em total concordância com o previsto, na proposta inicial do presente projecto, e também tendo em conta as recomendações dos Exmos. avaliadores da mesma, durante este projecto foram desenvolvidas as seguintes grandes tarefas: a) Estudo bibliográfico sobre metodologias para objectos deformáveis No âmbito desta tarefa foram identificadas e estudadas metodologias computacionais para: Modelização de objectos deformáveis representados em imagens, em particular considerando princípios físicos; Segmentação de objectos em imagens, com relevo para as metodologias físicas, mas também considerando as baseadas em técnicas estatísticas, como os modelos de distribuição pontual, e em modelizações geométricas, como a modelização de Shapiro, e a utilização de modelos protótipos geométricos; Emparelhamento de objectos entre imagens, com relevo para os métodos baseadas em espaços próprios, como o emparelhamento baseado em análise modal, em informação geométrica relevante, como curvatura e distância, técnicas de optimização e programação dinâmica; Seguimento do movimento de objectos representados em sequências de imagens, em particular usado filtragem estocástica, técnicas de optimização e modelos de gestão das entidades seguidas; Estimativa da deformação temporal sofrida por objectos em imagens, nomeadamente segundo princípios físicos e estimando a componente rígida da deformação analisada; Identificação de objectos representados em imagens, através da quantificação da deformação envolvida; Análise do movimento e da deformação de objectos representados em imagens, usando descritores robustos e de significado físico. Esta tarefa relevou-se de elevada importância para as tarefas seguintes deste projecto, em particular para os jovens investigadores envolvidos no mesmo. 3

7 b) Desenvolvimento da plataforma computacional No âmbito desta tarefa procedeu-se ao desenvolvimento da plataforma computacional para desenvolvimento, ensaio e análise de metodologias computacionais para objectos deformáveis representados em imagens. A referida plataforma foi desenvolvida usando a linguagem de programação C/C++, o ambiente de desenvolvimento Microsoft Visual.Net, a biblioteca computacional de visualização, processamento e análise de imagem VTK - The Visualization Toolkit, e a biblioteca de cálculo matricial Newmat. As referidas bibliotecas computacionais são de domínio público e largamente consideradas pela comunidade científica relacionada com os temas deste projecto. A mesma plataforma foi desenvolvida com uma arquitectura modular e aberta, com uma interface gráfica adequada para o utilizador, possibilitando assim a implementação, ensaio e análise de novas metodologias, de forma fácil e cómoda. Esta plataforma foi usada nos desenvolvimentos efectuados ao longo deste projecto. Paralelamente, foram desenvolvidas outras plataformas mais específicas; nomeadamente, por alunos de pósgraduação que desenvolveram as suas próprias aplicações computacionais tendo sempre como referência o sistema desenvolvida nesta tarefa do projecto. Directamente relacionadas com esta tarefa podem ser consideradas as seguintes publicações [08_9, 08_17, 07_29, 06_15, 08_48, 06_16, 06_17, 07_35, 06_14, 05_20] e os seguintes trabalhos de investigação [T0, T14, T15, T16, T17, T19, T20, T22, T31, T32, T34, T35, T36, T41, T42, T43, T44]. c) Desenvolvimento de metodologias para a segmentação de objectos em imagens Esta tarefa foi especialmente dedicada ao desenvolvimento de metodologias computacionais para a segmentação de objectos representados em imagens. No referido desenvolvimento, foram considerados princípios físicos de maneira a efectuar-se a segmentação dos objectos de forma adequada ao comportamento físico esperado para os mesmos. Assim, é utilizada uma modelação física dos objectos em causa, por intermédio do método dos elementos finitos, e resolvida a equação dinâmica de equilíbrio de forma a segmentar-se iterativamente os objectos, a partir de uma forma inicial definida e segundo as propriedades físicas adoptadas e as forças envolvidas estimadas. Diferentes abordagens para o estabelecimento das forças envolvidas foram desenvolvidas bem como para redistribuir ao longo do processo de segmentação os nodos dos modelos físicos usados. Para este desenvolvimento, foi utilizada a plataforma computacional desenvolvida. Na mesma foram também disponibilizas metodologias de segmentação de objectos representados em imagens baseadas em contornos activos; nomeadamente, o modelo de snakes de Kass. Na experimentação desenvolvida confirmou-se que a segmentação obtida segundo princípios físicos está de acordo com o comportamento esperado para os objectos envolvidos. A título de exemplo, nas Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 e Fig. 4, estão representados alguns resultados obtidos usando a modelização física desenvolvida.. Relacionadas com esta tarefa, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_12, 08_17, 08_25, 08_31, 08_33, 08_36, 08_38, 08_43, 08_45, 08_48, 08_53, 07_8, 07_17, 07_19. 07_29, 06_15, 07_33, 06_16, 06_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T10, T11, T14, T15, T17, T22, T24, T25, T27, T28, T30, T31, T35, T36, T39, T40, T42, T43]. Fig. 1: Contorno inicial (à esquerda) e o resultado da segmentação usando um modelo de borracha (à direita). 4

8 Fig. 2: Contorno inicial (à esquerda) e o resultado da segmentação usando um modelo de borracha (à direita). Fig. 3: Contorno inicial (à esquerda) e o resultado da segmentação usando um modelo de borracha (à direita). Fig. 4: Contorno inicial (à esquerda) e o resultado da segmentação usando um modelo de borracha (à direita). d) Desenvolvimento de metodologias para o seguimento de objectos em imagens O seguimento de objectos ao longo de sequências de imagem foi abordado neste projecto pela consideração de métodos estocásticos, em particular usando o filtro de Kalman, técnicas de optimização e medidas de afinidade, como a distância de Mahalanobis, para a associação previsão/medição e diferentes abordagens para gerir os objectos em seguimento. Mais recentemente foi desenvolvida uma nova metodologia de seguimento baseada na utilização do filtro Unscented Kalman para estimativas não lineares. Nas abordagens desenvolvidas são usadas técnicas de optimização e medidas de afinidade baseadas nas distâncias de Mahalanobis e Euclidiana na fase de associação previsão/medição e modelos de gestão de entidades seguidas para gerir problemas de oclusão parcial e total bem como de novas entidades que possam surgir na cena durante a sequência de imagens em estudo. A título de exemplo, está apresentado na Fig. 5 o seguimento do movimento de objectos conseguido com sucesso pela metodologia desenvolvida, apesar das mudanças bruscas de movimento ocorridas e do elevado número de imagens analisadas. Actualmente estão a ser comparados os resultados obtidos usando a metodologia linear e a não linear. Relacionadas com esta tarefa, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_17, 08_39, 08_44, 08_48, 08_52, 08_54, 07_4, 07_5, 06_1, 07_21, 06_3, 06_11, 06_12, 05_2, 05_4, 05_6, 07_29, 06_15, 05_10, 05_14, 07_34, 06_16, 06_17, 05_17], e os seguintes trabalhos de pósgraduação: [T0, T6, T7, T12, T13, T18, T26, T28, T29, T32, T34, T35, T36, T39, T40, T42]. 5

9 Fig. 5: Seguimento de ratos em laboratório durante 547 imagens com mudanças significativas de movimento usando filtragem de Kalman, distância de Mahalanobis, técnicas de optimização e um modelo de gestão. e) Desenvolvimento de metodologias para análise do movimento de objectos em imagens Nesta tarefa, iniciada em 2007, o movimento de objectos em imagens é analisado computacionalmente. Assim, ao longo desta tarefa foram desenvolvidas metodologias para o emparelhamento de objectos entre imagens, baseadas em critérios de afinidade entre os dados dos objectos a emparelhar, como medidas de distância, de orientação, de curvatura e de "assinatura" em espaços próprios, com a consideração de técnicas de optimização e de programação dinâmica. As metodologias desenvolvidas permitem o emparelhamento usual do tipo "um-com-um" mas também do tipo "vários-com-um" e vice-versa e os objectos a emparelhar não têm de ter o mesmo número de dados a corresponder. Nas Fig. 6 e Fig. 7, estão a apresentados exemplos de emparelhamento de objectos usando as metodologias desenvolvidas. De forma a estimar a componente rígida da deformação envolvida entre objectos foram desenvolvidas metodologias computacionais que, a partir das correspondências obtidas entre os mesmos, estimam adequadamente essa componente, Fig. 6. Usando esta estimativa os objectos podem ser posteriormente alinhados usando agora critérios não rígidos. Como por vezes os dados dos contornos dos objectos a emparelhar não estão devidamente ordenados, foi também desenvolvida uma metodologia computacional para tal propósito. Neste projecto procedeu-se também ao desenvolvimento de metodologias para a estimação da deformação existente entre dois objectos representados em imagens, bem como para a quantificação da sua similaridade. A estimação obtida é baseada em princípios físicos, pela consideração do Método dos Elementos Finitos, Análise Modal e a Equação Dinâmica de Equilíbrio de Lagrange, e quantificada pela energia de deformação. Várias soluções para a estimação das cargas desenvolvidas foram desenvolvidas no decurso desta tarefa. Situações nas quais os dados dos objectos em causa não estão todos emparelhados de forma satisfatória são também consideradas com sucesso pela solução desenvolvida. Nas Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10 e Fig. 11, estão apresentados exemplos de resultados da estimação da deformação entre dois objectos usando a metodologia desenvolvida. Paralelamente foram também desenvolvidos estudos sobre a percepção do movimento do sistema de visão humano de forma a obter analogias com as metodologias computacionais desenvolvidas. Relacionadas com esta tarefa, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_11, 08_12, 08_13, 08_14, 08_17, 08_22, 08_25, 08_31, 08_33, 08_34, 08_36, 08_39, 08_43, 08_44, 08_45, 08_48, 08_49, 08_52, 08_54, 08_55, 07_4, 07_5, 06_1, 07_11, 07_16, 07_18, 07_21, 06_3, 06_5, 06_11, 06_12, 05_2, 05_4, 05_6, 07_25, 07_27, 07_29, 06_7, 06_15, 05_10, 05_14, 07_31, 07_33, 07_34, 07_38, 06_16, 06_17, 06_18, 06_19, 06_20, 05_16, 05_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T0, T1, T6, T7, T12, T13, T16, T18, T19, T22, T23, T26, T28, T29, T32, T34, T35, T36, T39, T40, T42, T44]. 6

10 Fig. 6: Emparelhamento de dois contornos constituídos por 28 e 32 pontos (ao centro), usando informação geométrica e programação dinâmica, e após aplicação da componente rígida estimada (à direita). Fig. 7: Exemplos de emparelhamento obtidos usando análise modal e técnicas de optimização. Fig. 8: Duas imagens originais, contornos obtidos emparelhados e deformações estimadas segundo princípios físicos. Fig. 9: Duas imagens originais, contornos obtidos emparelhados e deformações estimadas segundo princípios físicos. Fig. 10: Dois iso-contornos emparelhados e deformações estimadas segundo princípios físicos. 7

11 Fig. 11: Duas superfícies emparelhadas e formas intermédias estimadas segundo princípios físicos. f) Desenvolvimento de implementações optimizadas Para todas as metodologias desenvolvidas e implementadas especial atenção foi dada no sentido de optimizar os recursos computacionais usados pelas mesmas, bem como na procura de implementações que optimizem a sua velocidade de execução. Como exemplos de tais considerações podem ser vistos os modelos desenvolvidos para a gestão de entidades seguidas e a paralelização de metodologias. Relacionadas com esta tarefa, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_17, 08_28, 08_48, 07_4, 07_5, 06_1, 07_21, 06_3, 06_11, 06_12, 07_29, 06_15, 07_33, 07_34, 06_16, 06_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T34, T35] Metodologias Desenvolvidas e Implementadas No âmbito deste projecto, foram também desenvolvidas, implementadas e aplicadas as seguintes metodologias relacionadas com o tema central deste projecto: a) Identificação e caracterização de faces em imagens Durante este projecto foram desenvolvidos protótipos deformáveis para o olho humano que, após colocação automática na imagem a considerar, possibilitam a segmentação do olho em causa bem como a sua caracterização através da deformação verificada pelo protótipo usado. Assim, para a colocação automática do protótipo usado na imagem original é considerada informação resultante da identificação das zonas de pele existentes na mesma imagem, pela construção e utilização de um modelo estatístico para zonas de pele, posterior agrupamento dessas zonas, por crescimento de regiões, e confirmação das mesmas como pertencentes a uma face, através da correlação de uma face média construída. Nas Fig. 12 e Fig. 13, estão apresentados dois exemplos de resultados obtidos pelas metodologias desenvolvidas. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_12, 08_17, 08_18, 08_30, 08_48, 07_15, 06_8, 05_7, 07_6, 07_7, 07_29, 07_30, 06_25, 05_9, 07_33, 07_34, 06_16, 06_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T21, T32, T33, T34, T35]. 8

12 a) b) c) d) Fig. 12: Imagem original (a); imagem binária correspondente ao segmento de pele determinado (b); imagem original correspondente às zonas de pele identificadas (c); imagens com o emparelhamento obtido do modelo protótipo deformável usado ao olho esquerdo e ao olho direito (d). Fig. 13: Fases do emparelhamento de um protótipo deformável para o olho numa imagem. b) Métodos estocásticos, técnicas de optimização e modelos de gestão de entidades, para o seguimento humano em imagens para análise da marcha e detecção de eventos Na abordagem desenvolvida, as entidades seguidas, isto é as marcas colocadas no corpo do sujeito em análise, são parametrizadas pelas suas coordenadas, é utilizado um filtro estocástico para estimar o seu comportamento temporal, em particular o filtro de Kalman, a partir de um modelo cinemático definido para o sistema e das medidas obtidas ao longo da sequência. Para o emparelhamento entre as entidades e as medidas é usado um procedimento de optimização global, sendo assim obtidas as melhores correspondências para todo o conjunto de marcas seguidas. Adicionalmente, são usados modelos de gestão das entidades seguidas, que resolvem adequadamente casos de oclusão temporal, desaparecimento e a entrada de novas marcas corporais ao longo da sequência de imagens. Durante este período, foi ainda desenvolvida uma abordagem computacional que, por análise do movimento seguido, isto é usando informação visual, permite identificar eventos críticos na análise de marcha, como o contacto do pé com o solo e o seu descolar posterior. Nas Fig. 14 e Fig. 15, estão apresentados dois exemplos de seguimento de marcas em sequencias imagens para a análise da marcha. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_17, 08_22, 08_39, 08_44, 08_48, 08_52, 08_54, 07_4, 07_5, 07_4, 07_5, 06_1, 07_11, 07_18, 07_21, 06_3, 06_5, 06_11, 06_12, 05_2, 05_4, 05_6, 07_25, 07_28, 07_29, 06_15, 05_14, 07_31, 07_33, 07_34, 07_36, 06_18, 06_19, 06_20, 05_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T12, T13, T18, T29, T34, T35, T39]. 9

13 Fig. 14: Exemplo do seguimento de 7 marcas para a análise da marcha usando a metodologia desenvolvida baseada em filtragem estocástica e técnicas de optimização. X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 Fig. 15: Exemplo do seguimento de 13 marcas para a análise da marcha usando a metodologia desenvolvida baseada em filtragem estocástica e técnicas de optimização. c) Segmentação de imagens para análise do movimento humano em sequências de imagem Durante este período foram também desenvolvidas metodologias para a segmentação de imagens tendo em vista a análise do movimento humano representado nas mesmas, de forma a permitir a posterior análise da marcha e a detecção de eventos durante a mesma. Assim, foram consideradas metodologias baseadas em subtracção de imagens e modelação de background e foreground. Nas Fig. 16 e Fig. 17, são apresentados exemplos de segmentação de imagens para análise biomecânica de sujeitos a partir de sequências de imagem. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_17, 08_22, 08_39, 08_44, 08_48, 08_52, 08_54], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T12, T13, T18, T29, T34, T39]. 10

14 Fig. 16: Exemplo de segmentação de marcas anatómicas numa imagem para análise da marcha. Fig. 17: Exemplo de segmentação para análise biomecânica usando modelação do background e do foreground. d) Modelos pontuais de distribuição para quantificar, segmentar e simular objectos representados em imagens Na metodologia computacional desenvolvida são usados modelos pontuais de distribuição - modelos estatísticos construídos a partir de um conjunto de estâncias de treino do objecto em causa, para quantificar, segmentar e simular o mesmo objecto em novas imagens. Com tal objectivo, foram desenvolvidos modelos que consideram unicamente a informação das coordenadas dos pontos-chave que descrevem os objectos em estudo, e modelos que também consideram a informação dos níveis de cinzento dos mesmos pontos. Para objectos do tipo mão e face, foram desenvolvidas novas metodologias computacionais para a determinação automática dos pontos-chave a considerar na sua modelização, o que permite que a metodologia global seja totalmente automática. Para este tipo de objectos, os resultados obtidos são bastante promissores. Nas Fig. 18 e Fig. 19, estão apresentados exemplos de segmentação usando este tipo de modelos estatísticos. A referida metodologia foi também usada em imagens médicas de forma a segmentar estruturas anatómicas tendo-se obtido resultados bastante encorajadores. Relacionadas com este desenvolvimento, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_12, 08_17, 08_42, 08_48, 08_53, 06_4, 05_3, 05_08, 07_29, 06_15, 05_11, 05_15, 06_16, 06_17, 06_22], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T21, T35, T37, T39]. 11

15 Fig. 18: Exemplo de segmentação de objectos em novas imagens usando um modelo de forma activa: imagens originais com o modelo médio sobreposto (a, c, e, g) e resultado final da segmentação (b, d, f, h). Fig. 19: Exemplo de segmentação de um objecto numa nova imagens usando um modelo activo de aparência. e) Metodologias para a reconstrução 3D de objectos a partir de imagens Paralelamente e de forma relacionada com este projecto foram desenvolvidas e implementadas metodologias computacionais para a reconstrução tridimensional de objectos a partir de imagens. Assim, foram desenvolvidas metodologias para calibrar câmaras de imagem, segmentar objectos em imagens, segmentação de silhuetas de objectos em imagens, reconstruir tridimensionalmente os objectos usando técnicas de Visão Activa e de escavação espacial. Actualmente, está-se a desenvolver metodologias para a reconstrução 3D de objectos deformáveis a partir de imagens baseadas em técnicas de escavação espacial e sua aplicação em estruturas anatómicas exteriores. Nas Fig. 20 e Fig. 20, estão apresentados dois exemplos de resultados obtidos usando as metodologias desenvolvidas para a reconstrução 3D de objectos a partir de imagens. Relacionadas com os referidos desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_10, 08_16, 08_17, 08_29, 08_37, 08_40, 08_41, 08_48, 08_51, 06_2, 07_10, 07_14, 07_20, 07_22, 06_9, 06_14, 07_26, 06_15, 05_12, 05_13, 05_16, 07_32, 06_16, 06_17, 05_18, 07_40], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T20, T38, T39, T40]. 12

16 Fig. 20: Par de imagens estéreo e mapa de disparidade obtido usando emparelhamento denso e rectificação de imagem. Fig. 21: Objecto 3D do torso reconstruído (segundo diferentes orientações de visualização): à esquerda, imagens originais; no meio, modelo volumétrico; à direita, modelo após geração das malhas. f) Metodologias para a segmentação, quantificação e reconstrução 3D de estruturas representadas em imagens médicas Durante este projecto foram estudas, desenvolvidas e usadas, técnicas computacionais adequadas para a segmentação de estruturas representadas em imagens médicas, posterior quantificação e /ou reconstrução tridimensional com pós-processamento da malha geométrica obtida. Neste âmbito, foram consideradas aplicações dessas metodologias em imagens da cavidade pélvica, ouvido, pulmão, mama, pedobarografia, cérebro, coluna, entre outras. Na Fig. 22 está apresentado um exemplo da reconstrução 3D de um objecto a partir de imagens médicas 2D. Relacionadas com esta tarefa, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_17, 08_24, 08_25, 08_38, 08_42, 08_43, 08_48, 08_53, 07_9, 07_12, 07_13, 07_23, 06_6, 05_5, 07_29, 06_15, 07_33, 06_16, 06_17, 07_36, 07_39, 06_18, 06_19, 06_20, 05_20], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8, T9, T10, T11, T14, T15, T17, T22, T23, T24, T25, T29, T26, T27, T28, T30, T31, T35, T36, T37, T42, T43, T44]. 13

17 Fig. 22: Exemplo da reconstrução do pavimento pélvico a partir de imagens médicas 2D. g) Metodologias para a reconstrução 3D e alinhamento de estruturas da coluna vertebral a partir de imagens de Raio-X no estudo da escoliose Paralelamente foram desenvolvidas metodologias para a segmentação, alinhamento e reconstrução de estruturas anatómicas da coluna vertebral a partir de imagens de raios-x tendo em vista o estudo da escoliose. Foi também desenvolvimento de um método de calibração das imagens de raios-x de forma a permitir a posterior reconstrução 3D de forma a mais correcta, exacta e eficiente possível. O pipeline seguido está descrito na Fig. 23 através da consideração de resultados experimentais obtidos pelas metodologias desenvolvidas. Relacionadas com estas tarefas, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_7, 08_21, 08_26, 08_46, 08_50, 06_10], e o seguinte trabalho de pós-graduação: [T37, T39, T44]. Fig. 23: Pipeline seguido para a reconstrução das estruturas da coluna vertebral a partir de imagens de Raio-X. h) Metodologias de Level-Set para a segmentação de objectos em imagens Durante 2007, foi iniciado o desenvolvimento de metodologias de Level-Set para segmentar objectos representados em imagens através da criação de uma plataforma computacional dedicada. As referidas metodologias foram desenvolvidas com o principal objectivo da sua aplicação em imagens médicas; em particular imagens do coração e da cavidade pélvica. Sempre que possível estas metodologias foram comparadas com as metodologias de segmentação baseadas em princípios físicos desenvolvidas no âmbito deste projecto. Na Fig. 23 está apresentado um exemplo de segmentação numa imagem médica usando um modelo de level-set implementado. Relacionadas com estas metodologias, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_12, 08_17, 08_35, 08_38, 08_43, 08_48, 07_35], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T1, T10, T11, T14, T15, T17, T22, T23, T25, T28, T30, T31, T35, T36, T42]. 14

18 Fig. 24: Exemplo da segmentação de uma estrutura numa imagem médica usando um modelo de level-set. i) Metodologias para a análise de em imagens na caracterização de materiais Durante este projecto, foram desenvolvidas metodologias computacionais que permitem analisar materiais a partir de imagens. A referida análise destina-se a caracterizar os materiais em causa bem como danos que tenham sofrido internamente por algum processo, estando envolvidas tarefas de préprocessamento de imagem, segmentação e análise de regiões. As referidas metodologias foram assim desenvolvidas e ajustadas com uma determinada aplicação alvo. Nas Fig. 24 e Fig. 24, é possível analisar dois exemplos de segmentação de imagens de materiais: um para a caracterização do dano sofrido e um outro para a quantificação das microestruturas presentes. Relacionadas com estas metodologias, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_6, 08_8, 08_15, 08_19, 08_20, 08_23, 08_27, 08_32, 08_47, 07_24, 07_33, 06_17], e o seguinte trabalho de pós-graduação: [T40, T41]. Fig. 25: Exemplo da segmentação de uma imagem para a caracterização do dano sofrido. Fig. 26: Exemplo da segmentação das microestruturas de um material em imagens Software Desenvolvido Durante este projecto foram desenvolvidos e implementados novas aplicações computacionais e módulos de software: a) Usando a linguagem de programação C/C ++, o ambiente de desenvolvimento Microsoft Visual.Net, e as bibliotecas computacionais VTK e Newmat de domínio público, procedeu-se ao desenvolvimento e à contínua actualização da plataforma computacional para desenvolvimento e análise de metodologias computacionais para objectos deformáveis representados em imagens. Inicialmente, foram implementadas na referida plataforma várias funções computacionais que uma ferramenta base, de processamento e análise de imagem e de objectos gráficos, deverá integrar, como por exemplo: detectores de orlas de intensidade, funções aritméticas e matemáticas entre objectos, filtros de suavização, etc. Directamente relacionadas com a plataforma desenvolvida podem ser consideradas as seguintes publicações [08_9, 08_17, 07_29, 06_15, 08_48, 06_16, 06_17, 07_35, 06_14, 05_20] e os seguintes trabalhos de investigação [T0, T14, T15, T16, T17, T19, T20, T22, T31, T32, T34, T35, T36, T41, T42, T43, T44]. Na Fig. 24 é possível observar duas imagens da interface da plataforma desenvolvida. Posteriormente, foram integradas na mesma plataforma todas as metodologias desenvolvidas no âmbito deste projecto: - Integração na referida plataforma computacional de funções que permitem a segmentação de objectos representados em imagens segundo princípios físicos tendo-se procedido à sua aplicação e validação em vários casos experimentais. 15

19 Os objectos a segmentar são modelados através do método dos elementos finitos, e a segmentação dá-se pela resolução da equação temporal de equilíbrio entre forças internas (função do material virtual adoptado para os objectos) e forças externas (forças de imagem determinadas em função das características que o objecto desejado apresenta). Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_12, 08_17, 08_25, 08_31, 08_33, 08_36, 08_38, 08_43, 08_45, 08_48, 08_53, 07_8, 07_17, 07_19. 07_29, 06_15, 07_33, 06_16, 06_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T10, T11, T14, T15, T17, T22, T24, T25, T27, T28, T30, T31, T35, T36, T39, T40, T42, T43]. - Na referida plataforma computacional foram integradas metodologias para o seguimento de objectos em sequências de imagem. Assim foram consideradas metodologias estocásticas para seguir objectos ao longo de sequências de imagem e para gerir adequadamente os objectos em seguimento considerando diferentes estratégias de gestão sendo usadas medidas de afinidade, como a distância de Mahalanobis, e técnicas de optimização na fase de emparelhamento. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_17, 08_39, 08_44, 08_48, 08_52, 08_54, 07_4, 07_5, 06_1, 07_21, 06_3, 06_11, 06_12, 05_2, 05_4, 05_6, 07_29, 06_15, 05_10, 05_14, 07_34, 06_16, 06_17, 05_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T0, T6, T7, T12, T13, T18, T26, T28, T29, T32, T34, T35, T36, T39, T40, T42]. - Na referida plataforma computacional foram também integradas metodologias para analisar o movimento de objectos deformáveis em imagens; nomeadamente, para emparelhar e alinhar objectos e quantificar o movimento e a deformação envolvida. Assim, foram integradas funções para emparelhar objectos deformáveis representados, estimar/simular e quantificar a deformação existente entre os mesmos segundo princípios físicos. Nas várias implementações desenvolvidas são usadas modelações físicas, medidas de afinidade, técnicas de optimização, programação dinâmica, equação dinâmica de Lagrange e energia de deformação elástica. Para emparelhamento e alinhamento de objectos foi também considerada modelização geométrica e informações baseadas em curvatura e distâncias. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_11, 08_12, 08_13, 08_14, 08_17, 08_22, 08_25, 08_31, 08_33, 08_34, 08_36, 08_39, 08_43, 08_44, 08_45, 08_48, 08_49, 08_52, 08_54, 08_55, 07_4, 07_5, 06_1, 07_11, 07_16, 07_18, 07_21, 06_3, 06_5, 06_11, 06_12, 05_2, 05_4, 05_6, 07_25, 07_27, 07_29, 06_7, 06_15, 05_10, 05_14, 07_31, 07_33, 07_34, 07_38, 06_16, 06_17, 06_18, 06_19, 06_20, 05_16, 05_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T0, T1, T6, T7, T12, T13, T16, T18, T19, T22, T23, T26, T28, T29, T32, T34, T35, T36, T39, T40, T42, T44]. Fig. 27: Imagens da interface da plataforma desenvolvida no âmbito deste projecto para desenvolvimento e análise de metodologias computacionais para objectos deformáveis representados em imagens. b) Usando a ferramenta de desenvolvimento Matlab, foram desenvolvidas funções computacionais para segmentar e identificar faces em imagens; nomeadamente, para realizar a correlação cruzada entre imagens, a segmentação das zonas de pele existentes em imagens usando um modelo estatístico para a pele, com posterior agrupamento e identificação das zonas associadas às faces presentes, e a utilização de protótipos deformáveis para segmentar e quantificar o olho humano. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_12, 08_17, 08_18, 08_30, 08_48, 07_15, 06_8, 05_7, 07_6, 07_7, 07_29, 07_30, 06_25, 05_9, 07_33, 07_34, 06_16, 06_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T21, T32, T33, T34, T35]. 16

20 c) Usando a ferramenta de desenvolvimento Matlab, foi desenvolvida uma plataforma que integra funções computacionais para quantificar, segmentar e simular objectos representados em imagens usando modelos de distribuição pontual previamente desenvolvidos. Foram considerados modelos activos de forma (consideração da informação geométrica dos objectos) e de aparência (consideração da informação geométrica e dos níveis de cinzento dos pontos dos objectos). Estas funções foram aplicadas a objectos do tipo faces e mãos, tendo sido implementadas funções computacionais para determinar de forma automática os pontos-chave a usar na sua modelização, ver Fig. 28 e Fig. 29. As referidas funções foram também testadas em imagens médicas revelando-se os seus resultados bastante promissores. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_12, 08_17, 08_42, 08_48, 08_53, 06_4, 05_3, 05_08, 07_29, 06_15, 05_11, 05_15, 06_16, 06_17, 06_22], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T21, T35, T37, T39]. a) b) Fig. 28: Menu da interface desenvolvida para a visualização dos pontos-chave determinados (a), e exemplo de uma imagem de resultados obtida (b). a) b) Fig. 29: Menu da interface desenvolvida para etiquetar automaticamente objectos do tipo face (a) e exemplo dos pontos-chave automaticamente extraídos (b) (a branco). d) Usando a linguagem de programação C/C ++ e a biblioteca computacional para processamento e análise de imagem OpenCV de domínio público, foi desenvolvida uma plataforma computacional dedicada para a reconstrução da forma 3D de objectos e recuperação do movimento envolvido a partir de sequências de imagens usando técnicas de Visão Activa. Nesta plataforma foram incorporadas várias técnicas de determinação de pontos característicos de objectos em imagens, de emparelhamento de pontos entre imagens, de rectificação de imagens, de emparelhamento denso e de reconstrução 3D, incluindo reconstrução 3D densa. Na Fig. 30, é possível observar duas imagens da interface da plataforma desenvolvida para a reconstrução da forma 3D de objectos e recuperação do movimento envolvido usando técnicas de Visão Activa. 17

21 Relacionadas com esta plataforma, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_16, 08_17, 08_29, 08_48, 08_51, 06_2, 06_9, 06_14, 06_15, 05_12, 05_13, 05_16, 07_32, 06_16, 06_17, 05_18, 07_40], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T20, T38, T39, T40]. Fig. 30: Imagens da interface da plataforma desenvolvida para a reconstrução da forma 3D de objectos e recuperação do movimento envolvido usando técnicas de Visão Activa. e) Usando a linguagem de programação C/C ++, a biblioteca para processamento e análise de imagem OpenCV e a biblioteca de visualização e computação gráfica VTK de domínio público, desenvolveu uma nova plataforma computacional para a reconstrução da forma 3D de objectos usando metodologias de escavação espacial. Na referida plataforma foram integradas funções para calibrar câmaras de imagem, estimar a pose de câmaras a partir de imagens, segmentar objectos em imagens, reconstruir a forma 3D de objectos, pós-processar a malha geométrica da forma reconstruída e caracterizar a mesma. Na Fig. 30, é possível visualizar a interface da plataforma referida. Posteriormente, serão integradas novas funções para a reconstrução 3D de estruturas deformáveis. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_10, 08_16, 08_17, 08_29, 08_37, 08_40, 08_41, 08_48, 08_51, 07_10, 07_14, 07_20, 07_22, 07_26, 06_15, 07_32, 06_16, 06_17, 05_18, 07_40], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T20, T38, T39, T40]. Fig. 31: Interface da plataforma desenvolvida para a reconstrução da forma 3D de objectos por escavação espacial. 18

22 f) Usando a linguagem de programação C/C ++, foram desenvolvidas técnicas computacionais para a reconstrução das estruturas anatómicas da coluna vertebral a partir de imagens de Raio-X; em particular para a calibração das imagens adquiridas. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_7, 08_21, 08_26, 08_46, 08_50, 06_10], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T37, T39, T44]. g) Usando a linguagem de programação C/C ++ e as bibliotecas computacionais para processamento e análise de imagem e objectos gráficos OpenCV, VTK e ITK, de domínio público, procedeu-se ao desenvolvimento de uma nova plataforma computacional para a segmentação, quantificação, reconstrução 3D e seguimento de estruturas em imagens baseadas em métodos de Level-Set, em particular para imagens médicas. A referida plataforma apresenta uma interface agradável e intuitiva, uma arquitectura modular e aberta, sendo adequada para o desenvolvimento, ensaio e comparação das metodologias indicadas, ver Fig. 32. Relacionadas com esta plataforma, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_12, 08_17, 08_35, 08_38, 08_43, 08_48, 07_35], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T1, T10, T11, T14, T15, T17, T22, T23, T25, T28, T30, T31, T35, T36, T42]. Fig. 32: Interface da plataforma desenvolvida para a segmentação, quantificação, reconstrução 3D e seguimento de estruturas em imagens médicas. h) Durante este período desenvolveu-se duas aplicações computacionais para a caracterização de materiais a partir de imagens. Uma, baseada em redes neuronais, permite segmentar as estruturas metalográficas presentes bem como a caracterização de zonas de dano, ver Fig. 34. A outra baseada em binarização e crescimento de regiões permite obter a dureza de materiais de forma semiautomática, ver Fig. 32. Relacionadas com estas aplicações, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_6, 08_8, 08_15, 08_19, 08_20, 08_23, 08_27, 08_32, 08_47, 07_24, 07_33, 06_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T40, T41]. 19

23 Imagem original obtida por radiografia (reduzida em 50%) Zona de interesse seleccionada manualmente Imagem seleccionada após suavização Obtenção da zona delaminada e de algumas medidas associadas por análise de regiões Imagem resultante da binarização Fig. 33: Análise do dano sofrido por um material a partir de imagens. Fig. 34: Interface da plataforma desenvolvida para a medida da dureza Brinell a partir de imagens. i) Usando a ferramenta de desenvolvimento Matlab, foi desenvolvida uma aplicação dedicada para a análise da marcha a partir de imagens. A referida aplicação permite a segmentação das imagens, o seguimento do movimento, o emparelhamento das marcas seguidas e a detecção de eventos importantes para a análise biomecânica da marcha. Esta aplicação considera subtracção de imagem, filtragem de Kalman, optimização, entre outras técnicas. Relacionadas com estes desenvolvimentos, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_17, 08_22, 08_39, 08_44, 08_48, 08_52, 08_54, 07_4, 07_5, 07_4, 07_5, 06_1, 07_11, 07_18, 07_21, 06_3, 06_5, 06_11, 06_12, 05_2, 05_4, 05_6, 07_25, 07_28, 07_29, 06_15, 05_14, 07_31, 07_33, 07_34, 07_36, 06_18, 06_19, 06_20, 05_17], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T12, T13, T18, T29, T34, T35, T39]. j) Especificamente para segmentar imagens de movimento humano, está a ser desenvolvida, em C/C ++ e usando a biblioteca computacional OpenCV, uma aplicação dedicada. Esta aplicação integra metodologias de subtracção de imagens, modelação estocástica do background e foreground. Relacionadas com esta implementação, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_17, 08_22, 08_39, 08_44, 08_48, 08_52, 08_54], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T12, T13, T18, T29, T34, T39]. l) Recentemente, as várias metodologias computacionais desenvolvidas no âmbito do presente projecto têm vindo a ser aplicadas na segmentação, quantificação e reconstrução 3D de estruturas presentes em imagens médicas. Tal permitido a sua avaliação e comparação experimental bem como verificar o seu ajuste em função da aplicação em causa. Relacionadas com estas aplicações, podem ser consideradas as seguintes publicações: [08_9, 08_17, 08_24, 08_25, 08_38, 08_42, 08_43, 08_48, 08_53, 07_9, 07_12, 07_13, 07_23, 06_6, 05_5, 07_29, 06_15, 07_33, 06_16, 06_17, 07_36, 07_39, 06_18, 06_19, 06_20, 05_20], e os seguintes trabalhos de pós-graduação: [T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8, T9, T10, T11, T14, T15, T17, T22, T23, T24, T25, T29, T26, T27, T28, T30, T31, T35, T36, T37, T42, T43, T44]. 20

24 2.4. Trabalhos de Investigação, Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento Concluídas e em Curso No âmbito do tema do presente projecto e envolvendo elementos da equipa de investigação do mesmo, durante o seu decurso, foi efectuado um estágio de investigação, foram realizados vários trabalhos de investigação de pós-graduação, foram concluídas cinco Dissertações de Mestrado e estão em curso várias Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento: a) Estágio de Investigação [T0] - - Desenvolvimento de novos Algoritmos para o Seguimento de Características de Nuvens para a Análise de Campos de Ventos Pedro Russo, aluno de Doutoramento no Max Planck Institute for Solar System Research, Germany Estagio realizado no Laboratório de Óptica e Mecânica Experimental do Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial, no âmbito Europlanet project - Personnel Exchange, em 18 a 22 de Dezembro de 2006 b) Trabalhos de Investigação 2008 [T1] - Estudo Biomecânico do Prolapso Genital Aluna: Armanda Maria da Silva Conceição Orientador: Renato Manuel Natal Jorge (Universidade do Porto) Co-orientador: João Manuel R. S. Tavares Disciplina de Monografia do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T2] - Sistemas CAD e Patologia Intersticial Pulmonar Aluna: Verónica Eloisa Varela Marques Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Disciplina de Trabalhos Práticos do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T3] - Sistemas CAD e Patologia Intersticial Pulmonar Aluna: Verónica Eloisa Varela Marques Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Disciplina de Monografia do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T4] - Processamento e Métodos de Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Aluno: Sérgio Filipe Victoriano de Oliveira Martins Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Disciplina de Trabalhos Práticos do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T5] - Processamento e Métodos de Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Aluno: Sérgio Filipe Victoriano de Oliveira Martins Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Disciplina de Monografia do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T6] - Alinhamento de Estruturas em Imagens Médicas: Estudo, Desenvolvimento e Aplicação Aluna: Frederico Lázaro Jacob 21

25 Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Disciplina de Trabalhos Práticos do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T7] - Alinhamento de Estruturas em Imagens Médicas: Estudo, Desenvolvimento e Aplicação Aluno: Frederico Lázaro Jacob Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Disciplina de Monografia do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T8] - Sistemas CAD na Patologia Mamária Aluna: Carolina Isabel Henriques Rodrigues Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Disciplina de Trabalhos Práticos do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T9] - Sistemas CAD na Patologia Mamária Aluna: Carolina Isabel Henriques Rodrigues Co-orientador: Ana Mafalda Reis do Hospital Pedro Hispano Disciplina de Monografia do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T10] - Segmentação, Reconstrução e Quantificação 3D de Estruturas em Imagens Médicas Aplicação em Imagem Funcional e Metabólica Aluno: Diogo Alexandre Borges Faria Co-orientador: Durval C. Costa (HPP-Medicina Molecular, SA.) Disciplina de Trabalhos Práticos do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T11] - Segmentação, Reconstrução e Quantificação 3D de Estruturas em Imagens Médicas Aplicação em Imagem Funcional e Metabólica Aluno: Diogo Alexandre Borges Faria Co-orientador: Durval C. Costa (HPP-Medicina Molecular, SA.) Disciplina de Monografia do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T12] - Análise Cinética, Cinemática e Energética da Marcha Humana baseada em Correlação Multifactorial Aluna: Andreia Sofia Pinheiro de Sousa Co-orientador: Emilia Mendes (Centro de Reabilitação Profissional de Gaia) Disciplina de Trabalhos Práticos do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T13] - Análise Cinética, Cinemática e Energética da Marcha Humana baseada em Correlação Multifactorial Aluna: Andreia Sofia Pinheiro de Sousa Co-orientador: Emilia Mendes (Centro de Reabilitação Profissional de Gaia) Disciplina de Monografia do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/2008 [T14] - Segmentação de Estruturas em Imagens da Cavidade Pélvica da Mulher Aluno: Mauro Miguel Parreira Vaz Trindade Co-orientador: Renato Manuel Natal Jorge (Universidade do Porto) Disciplina de Monografia do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009, 2º Semestre de 2007/

26 2007 [T15] - Segmentação de Estruturas em Imagens da Cavidade Pélvica da Mulher Aluno: Mauro Miguel Parreira Vaz Trindade Co-Orientador: Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) Trabalho de Investigação para a disciplina de Trabalhos Práticos do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2006/2008, realizado durante o 2º Semestre do ano lectivo 2006/2007 [T16] - Emparelhamento de Objectos Representados em Imagens usando Técnicas de Optimização Aluno: Francisco Paulo Marques de Oliveira Trabalho de Investigação para a disciplina de Seminário do Curso de Mestrado em Métodos Computacionais em Ciências e Engenharia da Universidade do Porto, edição 2006/2007, realizado durante o 2º Semestre do ano lectivo 2006/2007 [T17] - Modelação Geométrica e Computacional do Ouvido Análise de Casos Aluna: Lara Marlene Fernandes Quintela Co-Orientador: Prof. Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) Trabalho de Investigação para a disciplina de Trabalhos Práticos do Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2006/2008, realizado durante o 2º Semestre do ano lectivo 2006/2007 c) Dissertações de Mestrado Concluídas 2008 [T18] - Seguimento do Movimento Humano Usando Visão Computacional - Aplicação na Análise da Marcha Aluna: Daniela Sofia Seixas Sousa Co-orientador: Miguel Velhote Correia Curso de Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores da Universidade do Porto, provas públicas em 11 de Setembro de 2008 [T19] - Emparelhamento de Objectos Representados em Imagens usando Técnicas de Optimização Aluno: Francisco Paulo Marques de Oliveira Curso de Mestrado em Métodos Computacionais em Ciências e Engenharia da Universidade do Porto, provas públicas em 24 de Julho de [T20] - Reconstrução e caracterização de estruturas anatómicas exteriores usando Visão Activa Aluna: Teresa Cristina de Sousa Azevedo Co-orientador: Mário Pires Vaz Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, provas públicas realizadas em 31 de Julho de [T21] - Modelos Pontuais de Distribuição em Visão Computacional - Estudo, Desenvolvimento e Aplicação Aluna: Maria João Medeiros de Vasconcelos Curso de Mestrado em Estatística Aplicada e Modelação da Universidade do Porto, provas públicas em 7 de Março de

27 [T22] - Software para processamento e análise de imagem médica: comparação e especificação Aluno: António Jorge Neves Gonçalves Orientador: Jorge Gomes Barbosa Co-orientador: João Manuel R. S. Tavares Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, provas públicas em 18 de Julho de 2005 d) Dissertações de Mestrado em Curso [T23] - Estudo Biomecânico do Prolapso Genital Aluna: Armanda Maria da Silva Conceição Orientador: Renato Manuel Natal Jorge (Universidade do Porto) Co-orientador: João Manuel R. S. Tavares Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009 [T24] - Sistemas CAD e Patologia Intersticial Pulmonar Aluna: Verónica Eloisa Varela Marques Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009 [T25] - Processamento e Métodos de Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Aluno: Sérgio Filipe Victoriano de Oliveira Martins Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009 [T26] - Alinhamento de Estruturas em Imagens Médicas: Estudo, Desenvolvimento e Aplicação Aluno: Frederico Lázaro Jacob Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009 [T27] - Sistemas CAD na Patologia Mamária Aluna: Carolina Isabel Henriques Rodrigues Co-orientador: Ana Mafalda Reis (Hospital Pedro Hispano) Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009 [T28] - Segmentação, Reconstrução e Quantificação 3D de Estruturas em Imagens Médicas Aplicação em Imagem Funcional e Metabólica Aluno: Diogo Alexandre Borges Faria Co-orientador: Durval C. Costa (HPP-Medicina Molecular, SA.) Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009 [T29] - Análise Cinética, Cinemática e Energética da Marcha Humana baseada em Correlação Multifactorial Aluna: Andreia Sofia Pinheiro de Sousa Co-orientador: Emilia Mendes (Centro de Reabilitação Profissional de Gaia) Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto, edição 2007/2009 [T30] - Modelação Geométrica e Computacional do Ouvido Análise de Casos Aluna: Lara Marlene Fernandes Quintela Co-orientador: Renato Manuel Natal (Universidade do Porto) Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto [T31] - Segmentação de Estruturas em Imagens da Cavidade Pélvica da Mulher Aluno: Mauro Miguel Parreira Vaz Trindade 24

28 Co-orientador: Renato Manuel Natal Jorge (Universidade do Porto) Curso de Mestrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Porto [T32] - Percepção Humana na Visualização de Informação Crítica: Estudo, Aplicação e Avaliação Aluno: Hugo Miguel dos Reis Costa Sousa Curso de Mestrado em Tecnologia Multimédia da Universidade do Porto [T33] - Estudo, Comparação e Aplicação de Metodologias para Imagens de Faces Aluno: Fernando Jorge Soares Carvalho Curso de Mestrado em Métodos Computacionais em Ciências e Engenharia da Universidade do Porto e) Teses de Doutoramento em Curso [T34] - Análise de Movimento usando Visão Computacional Aluna: Raquel Ramos Pinho (Bolseira FCT) Co-orientador: Miguel Velhote Correia Doutoramento em Ciências de Engenharia pela Universidade do Porto, desde Abril de 2003 [T35] - Aplicação de Princípios Físicos na Análise de Objectos Representados em Imagens Aluna: Patrícia Carla Teixeira Gonçalves (Bolseira de Investigação deste projecto) Co-orientador: Renato Manuel Natal Jorge (Universidade do Porto) Doutoramento em Ciências de Engenharia pela Universidade do Porto, desde Fevereiro de 2006 [T36] - Modelação Computacional para a Análise do Comportamento Mecânico de Estruturas em Sequências de Imagem: Aplicações em Imagens Médicas Aluna: Ilda Marisa de Sá Reis (Bolseira FCT) Co-orientadores: Renato Manuel Natal Jorge, Adelino F. Leite-Moreira (Universidade do Porto) Doutoramento em Ciências de Engenharia pela Universidade do Porto, desde Março de 2007 [T37] - Unsupervised Geometrical Modelling of the Scoliotic Spine from Radiographs Aluno: Daniel Cardoso de Moura (Bolseiro FCT) Orientador: Jorge Gomes Barbosa Co-orientador: João Manuel R. S. Tavares Programa Doutoral em Engenharia Informática da Universidade do Porto, desde Setembro de 2006 [T38] - Levantamento da Forma 3D de Objectos usando Visão Computacional: Aplicações na Reconstrução e Caracterização de Estruturas Anatómicas Exteriores Aluna: Teresa Cristina de Sousa Azevedo (Bolseira FCT) Co-orientador: Mário Augusto Pires Vaz Doutoramento em Ciências de Engenharia pela Universidade do Porto, desde Outubro de 2006 [T39] - Modelação da Forma e do Movimento de Objectos em Sequências de Imagem: Aplicações em Biomecânica do Corpo Humano Aluna: Maria João Medeiros de Vasconcelos (Bolseira FCT) Co-orientador: Miguel Velhote Correia Doutoramento em Ciências de Engenharia pela Universidade do Porto, desde Julho de 2007 [T40] - Metodologias Computacionais para Reconstrução Tridimensional e Reconhecimento de Padrões da Forma e de Movimento na Análise do Escoamento de Fluído Dinâmico em Sistemas de Ar Condicionado Automotivo Aluna: Elza Marisa Paiva de Figueiredo Chagas Orientador: Denilson Laudares Rodrigues (Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Brasil) Co-orientador: João Manuel R. S. Tavares Tese de Doutoramento relativa ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Brasil, desde Janeiro de

29 [T41] - Processamento e Análise de Imagem na Caracterização de Peças e Operações: Aplicação na Análise do Dano após Maquinagem Aluno: Victor Hugo Costa de Albuquerque Co-orientador: Luís Miguel Durão (Instituto Superior de Engenharia do Porto) Doutoramento em Ciências de Engenharia pela Universidade do Porto, desde Julho de 2007 [T42] - Segmentation, Tracking and 3D Reconstruction of Structures Represented in Images: Applications in Medical Images Aluno: Zhen Ma Co-orientador: Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) Doutoramento em Ciências de Engenharia pela Universidade do Porto, desde Julho de 2007 [T43] - Avaliação Quantitativa Neuronal em Imagens Tensores de Difusão Aluno: Eduardo Filipe Carvalho Ribeiro Co-orientadores: Ana Mafalda Reis (Pedro Hispano Hospital) e Chandrajit Bajaj (Universidade do Texas em Austin, USA) Programa Doutoral em Engenharia Biomédica, Universidade do Porto, desde 2007/2008 [T44] - Emparelhamento e Alinhamento de Estruturas em Visão Computacional: Aplicações em Imagens Médicas Aluno: Francisco Paulo Marques de Oliveira Co-orientador: Durval C. Costa (HPP-Medicina Molecular, SA.) Programa Doutoral em Engenharia Biomédica, Universidade do Porto, a iniciar em Outubro de Participação em Encontros, Seminários, Workshops, Conferências Durante o decurso do presente projecto, elementos da sua equipa de investigação participaram nos seguintes eventos relacionados com o mesmo: DMA-'08-10th Meeting of the technical group on '3D Analysis of Human Movement' of the International Society of Biomechanics, Santpoort-Amsterdam, the Netherlands, October 28th - 31st, The 12th WSEAS International Conference on Computers, Heraklion, Crete Island, Greece, July 23-25, Annual Congress of the European Association of Nuclear Medicine - EANM'08, Munich, Germany, October 11-15, EUROSIS EUROMEDIA The Multimedia Applications Conference, FEUP, Universidade do Porto, Porto, Portugal, 9-11 April, CARS Computer Assisted Radiology and Surgery, 22nd International Congress and Exhibition, June 25-28, 2008 Barcelona, Spain - EngOpt International Conference on Engineering Optimization, Rio de Janeiro, Brazil, June 1-5, VECPAR'08-8th International Meeting High Performance Computing for Computational Science, Toulouse, France, June º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia, Maputo, Moçambique, 2-4 Setembro ICCES08 - International Conference on Computational and Experimental Engineering & Sciences, Honolulu, Hawaii, March

30 - 8th. World Congress on Computational Mechanics (WCCM8) / 5th. European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2008), Venice, Italy, June 30 - July 5, International Workshop on Combinatorial Image Analysis 2008, Buffalo State College, Buffalo, NY, USA, April 7-9, CMBBE th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, Sheraton Hotel, Porto, Portugal, February 27th - March 1st DSIE'08 - Doctoral Symposium on Informatics Engineering 2008, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 7/8 February CNME º Congresso Nacional de Mecânica Experimental, Vila Real, Portugal, Janeiro º Encontro Nacional de Biomecânica, Évora, Portugal, 8-9 de Fevereiro Workshop: Aplicações de um Laboratório de Análise do Movimento, Centro de Reabilitação Profissional de Gaia, Gaia, Portugal, 23 de Março Congresso de Métodos Numéricos em Engenharia (CMNE) / XXVIII CILAMCE - Congresso Ibero Latino-Americano sobre Métodos Computacionais em Engenharia, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, Junho de The ninth U.S. National Congress on Computational Mechanics (USNCCM IX), San Francisco, CA, USA, July VIPimage - I ECCOMAS Thematic Conference on Computational Vision and Medical Image Processing, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, Outubro de º Seminário de Engenharia Biomédica, IPB-ESTIG, Bragança, Portugal, 29 Outubro DSM Conferência Nacional de Dinâmica de Sistemas Multicorpo, Universidade do Minho, Guimarães, Portugal, 6-7 Dezembro Encontros das Ciências, espaço de discussão e apresentação de trabalhos científicos, realizados quinzenalmente na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, desde 6 de Junho de CompMed SSH Symposium on Computer Simulation in Medicine, May , Montreal, Canada - 16th International Conference on Composite Materials (ICCM-16), Kyoto, Japan, 8th - 13th July ICCB2007 III International Congress on Computational Bioengineering, September 2007, Isla de Margarita, Venezuela - ISHF The 3rd International Symposium on Measurement Analysis and Modeling of Human Function, Cascais, Portugal, June CIBIM8-8º Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica, octubre 2007, Cusco, Perú - The Seventh IASTED International Conference on Visualization, Imaging, and Image Processing ~VIIP 2007~, August 29-31, 2007 Palma de Mallorca, Spain - 1st International Carbon Composites Conference in Aerospace Valley, September 2007, Arcachon, France 27

31 - International Conference HSIMP High Speed Industrial Manufacturing Processes, Senlis, France, November 13-14, Seventh IAPR International Workshop on Graphics Recognition - GREC 2007, Grand Hotel Rayon, Curitiba, Brazil, September 20-21, Inclusão Digital: Apresentação dos resultados dos projectos de I&D, Agência para a Sociedade do Conhecimento I.P., 4 pag., Escola Superior de Educação de Leiria, Portugal, 4 Abril CompIMAGE - Computational Modelling of Objects Represented in Images: Fundamentals, Methods and Applications, Coimbra, Portugal, October VIPSI-2006 VENICE VIP Symposia on Internet related research with elements of M+I+T++, Venice, Italy, October 12-15, The 6th WSEAS International Conference on Signal Processing, Computational Geometry & Artificial Vision (ISCGAV'06), Crete Island, Greece, August 18-20, M2D - 5th International Conference on Mechanics & Materials in Design, FEUP, Porto, July AMDO IV Conference on Articulated Motion and Deformable Objects, Andratx, Mallorca, Spain, July, CISTI Conferência Ibérica de Sistemas e Tecnologias de Informação, de Junho de 2006, Esposende, Portugal - BioEng' ª Conferência Portuguesa de Engenharia Biomédica, 9-10 de Junho de 2006, Reitoria da Universidade Nova de Lisboa, Lisboa, Portugal - VISAPP First International Conference on Computer Vision Theory and Applications, February 2006, Setubal, Portugal ICCMSE International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering, Loutraki, Korinthos, Greece, October EUROSIS European Simulation and Modelling Conference, Porto, Portugal, October ICCB II International Conference on Computational Bioengineering, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal, September 14-16, ENVC Encontro Nacional de Visualização Cientifica, Espinho, Portugal, 17 de Setembro, º Encontro Nacional de Mecânica Experimental, de Julho de 2005, Ponta Delgada, Açores, Portugal 2.6. Organização de Encontros, Seminários, Workshops, Palestras e Conferências No decurso deste projecto, elementos da equipa de investigação do mesmo estiveram envolvidos na proposta e na organização dos seguintes eventos: Encontros das Ciências, fórum de apresentação e discussão de trabalhos de investigação Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 28

32 (Desde Junho de 2007 ocorreram 13 encontros.) - Mini-Simpósio "Image Processing and Visualization in Solid Mechanics Processes" no âmbito da 7th EUROMECH Solid Mechanics Conference ESMC2009, Instituto Superior Técnico, Lisbon, Portugal, September 7-11, Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Michel A. Audette (University of Leipzig, Germany) - 1st International Conference on Imaging Theory and Applications (IMAGAPP), 5-8 February 2009, Lisboa, Portugal, organizada pelo INSTICC - Institute for Systems and Technologies of Information, Control and Communication. Program Chair: João Manuel R. S. Tavares - Mini-Simpósio"Image Processing and Data Visualization" no âmbito da SEECCM nd South-East European Conference on Computational Mechanics, June 2009, Island of Rhodes, Greece. Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Christos E. Constantinou (Stanford University, USA) - Mini-Simpósio"Image Processing and Analysis" no âmbito da ICCES'09 - International Conference on Computational and Experimental Engineering & Sciences, 8-13 April 2009, Phuket, Thailand. Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Maria João M. Vasconcelos (Universidade do Porto), Yongjie (Jessica), Zhang (Carnegie Mellon University, USA) - 3º Encontro Nacional de Biomecânica, Instituto Politécnico de Bragança, Portugal, Fevereiro Co-organizador: Mário A. P. Vaz - Sessão Temática "Computational Bioimaging and Visualization", no âmbito da ISVC08-4th International Symposium on Visual Computing, December 1-3, 2008, Las Vegas, Nevada, USA. Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto), Samrat Goswami (University of Texas at Austin, USA) 29

33 - VIPimage II ECCOMAS Thematic Conference on Computational Vision and Medical Image Processing, Faculty of Engineering of University of Porto, Porto, Portugal, October Co-Chairs: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) - Mini-Simpósio Computational Methods in Image Processing for Biomechanics no âmbito do CMBBE2008-8th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, Sheraton Hotel, Porto, Portugal, February 27th - March 1st Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) (Este evento teve 2 sessões, 11 presentações orais e 4 posters.) - Mini-Simpósio Biomechanical Behavior of Soft Tissues no âmbito do CMBBE2008-8th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, Sheraton Hotel, Porto, Portugal, February 27th - March 1st Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) (Este evento teve 2 sessões, 12 presentações orais e 6 posters.) - International Workshop on Combinatorial Image Analysis 2008, Buffalo State College, Buffalo, NY, USA, April 7-9, Co-organizador: João Manuel R. S. Tavares - EUROMEDIA The Multimedia Applications Conference, EUROSIS, April 9-11, FEUP- Universidade do Porto, Porto, Portugal. Co-Chairs: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) (Este evento teve 35 apresentações de 13 países.) - Workshop Medical Imaging Systems no âmbito da EUROMEDIA The Multimedia Applications Conference, EUROSIS, FEUP-Universidade do Porto, Porto, Portugal, 9-11 April, Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) (Este evento teve 7 apresentações distribuídas por 2 sessões.) 30

34 - Mini-Simpósio "Processamento de Imagem e Visualização" no âmbito do 5º Congresso Luso- Moçambicano de Engenharia, Maputo/Moçambique, 2-4 Setembro Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) - Mini-Simpósio "Image Processing and Analysis" no âmbito da ICCES08 - International Conference on Computational and Experimental Engineering & Sciences, Honolulu, Hawaii, March Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) (Este evento teve 16 apresentações distribuídas por 3 sessões.) - CNME º Congresso Nacional de Mecânica Experimental, Vila Real, Portugal, January 2008 Co-organizador: Mário A. P. Vaz - Mini-Simpósio Computational Bioimaging and Visualization no âmbito da VIII World Conference on Computational Mechanics (WCCM VIII) e do V European Congress on Computational Methods in Applied Science and Engineering (ECCOMAS V), Venice, Italy, 30 June - 5 July Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto), Thomas Hughes (University of Texas at Austin, USA), Chandrajit Bajaj (University of Texas at Austin, USA) (Este evento teve 4 sessões e 18 apresentações.) MiniSimpósio Computational Methods in Image Analysis inserido no The ninth U.S. National Congress on Computational Mechanics (USNCCM IX), San Francisco, CA, USA, July Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto), Yongjie Zhang (Carnegie Mellon University, USA), Dinggang Shen (University of Pennsylvania, USA) (Este evento contou com 1 apresentação convidada e 10 apresentações distribuídas por 3 sessões.) - Sessão temática Processamento de Imagem e Visualização inserida nos congressos conjuntos Métodos Numéricos em Engenharia (CMNE) e XXVIII CILAMCE - Congresso Ibero Latino- Americano sobre Métodos Computacionais em Engenharia, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, Junho de

35 Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Francisco Perales (Universitat de les Illes Balears, Espanha), Hemerson Pistori (Universidade Católica Dom Bosco, Brasil) (Este evento contou com três sessões e 19 trabalhos apresentados.) - VIPimage - I ECCOMAS Thematic Conference on Computational Vision and Medical Image Processing, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, October Co-Chairs: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) (Este evento contou com cerca de 10 palestrastes convidados, 65 trabalhos e 80 participantes de 16 países.) - Workshop: Aplicações de um Laboratório de Análise de Movimento e Função Exemplos e Discussão, 23 de Março 2007, Centro de Reabilitação Profissional de Gaia, Gaia, Portugal. Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Miguel Velhote Correia, Emília Mendes (Centro de Reabilitação Profissional de Gaia) (Este evento contou com cerca de 100 participantes.) Palestra "Contour detection by surround suppression of texture" pelo Prof. Nicolai Petkov, do Institute of Mathematics and Computing Science University of Groningen - Netherlands, Porto, Portugal, 23 de Outubro de Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) - Simpósio Internacional CompIMAGE - Computational Modelling of Objects Represented in Images: Fundamentals, Methods and Applications, Hotel D. Luís, Coimbra, Portugal, October Co-organizadores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) (Este evento contou com cerca de 70 trabalhos e 80 participantes de 22 países.) ENVC Encontro Nacional de Visualização Cientifica, Espinho, Portugal, 17 de Setembro,

36 Co-organizador: João Manuel R. S. Tavares (Este evento contou com cerca de 50 trabalhos e 80 participantes.) Actividades de Edição de Publicações Cientificas No decurso do presente projecto, os elementos da sua equipa de investigação estiveram envolvidos na edição das seguintes publicações científicas: EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, ISSN: , e-issn: , doi: /asp, Hindawi Publishing Corporation. Associated Editor: João Manuel R. S. Tavares - International Journal of Imaging (IJI), ISSN: , Indian Society for Development and Environment Research (ISDER). Editor-in-Chief: João Manuel R. S. Tavares - International Journal of Computer Interaction and Information Technology (IJCIIT), ISSN: , Asian School of Management and Technology (ASMT). Co-Editor: João Manuel R. S. Tavares - Número especial do Electronic Letters on Computer Vision and Image Analysis (ELCVIA), ISSN , CVC Press, dedicado ao International Symposium CompIMAGE - Computational Modelling of Objects Represented in Images: Fundamentals, Methods and Applications (Coimbra, Portugal, October 2006), Volume 7, Number 2, May Guest-Editors: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) - Fourteenth Annual Scientific Conference on web Technology, New Media, Communications and Telematics Theory and Applications (Proceedings of EUROMEDIA' 2008, Faculty of Engineering, University of Porto, Portugal, 9-11 April 2008) Editores: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) ISBN: , EAN: , EUROSIS-ETI, April 2008, 165 pag. - International Journal for Computational Vision and Biomechanics, Vol. 1, No. 1, January-June 2008, ISBN: , Serials Publications, Nº artigos: 12, 132 pag. Editors-in-Chief: João Manuel R. S. Tavares, R. M. Natal Jorge (Universidade do Porto) 33

37 - Número especial do International Journal of Tomography & Statistics (IJTS), ISSN (Online) (Print), Indian Society for Development and Environment Research (ISDER), dedicado ao tema "Image Processing". Guest Editors: João Manuel R. S. Tavares, Renato Natal Jorge (Universidade do Porto) (in press, previsto para fins de 2008) - Advances in Computational Vision and Medical Image Processing: Methods and Applications Editores: João Manuel R.S. Tavares, R. M. Natal Jorge (Universidade do Porto) Springer (livro a ser editado em Setembro de 2008 na série ECCOMAS) - Revista Internacional International Journal for Computational Vision and Biomechanics (IJCV&B), ISSN: , Serials Publications. Editors-in-Chief: João Manuel R. S. Tavares, R. M. Natal Jorge (Universidade do Porto) Proceedings of the International Symposium CompIMAGE 2006 (Coimbra, Portugal, October 2006) Editores: João Manuel R.S. Tavares, R. M. Natal Jorge (Universidade do Porto) ISBN: , ISBN-10: , Taylor & Francis, February 2007, 480 pag. - Número especial do International Journal of Simulation Modelling, ISSN , DAAAM International Vienna, Austria, dedicado ao CompIMAGE - Computational Modelling of Objects Represented in Images: Fundamentals, Methods and Applications (Coimbra, Portugal, October 2006), Volume 6, Number 2, June 2007, pp: Guest Editors: João Manuel R. S. Tavares, R. M. Natal Jorge (Universidade do Porto) 34

38 - Proceedings of the I ECCOMAS Thematic Conference on Computational Vision and Medical Image Processing: VipIMAGE 2007 (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, October 2007) Editores: João Manuel R.S. Tavares, R. M. Natal Jorge (Universidade do Porto) ISBN: , ISBN-10: , Taylor & Francis, October 2007, 414 pag Proceedings do ENVC Encontro Nacional de Visualização Cientifica Centro Multimeios, Espinho, Portugal, 17 Setembro 2005 Editores: António Pedrosa (Fundação Navegar), João Manuel R. S. Tavares Fundação Navegar, ISBN: (DVD), Conclusões e Perspectivas de Trabalho Futuro Inevitavelmente, no fim deste projecto ainda há muito a fazer no âmbito da segmentação, seguimento e análise de movimento de objectos deformáveis. Contudo, durante este projecto foram desenvolvidas e implementadas várias metodologias que podem contribuir significativamente para o avanço desse domínio. Este trabalho permitiu verificar a adequabilidade da consideração de princípios físicos no desenvolvimento de metodologias computacionais para os referidos fins. A considerável quantidade e variedade de metodologias desenvolvidas e implementadas só foi possível graças ao elevado número de alunos de pós-graduação que desenvolveram os seus projectos em temas fortemente relacionados com este projecto. Todas as aplicações e ferramentas computacionais desenvolvidas tiveram em atenção a sua modularidade, actualização e utilização por diferentes investigadores. Tal permitiu que muitas dessas ferramentas fossem partilhadas e usadas por diferentes utilizadores além dos seus autores originais. Durante este projecto a sua equipa de investigação tentou disseminar da melhor forma os resultados obtidos, quer por intermédio de artigos científicos apresentados em revistas e congressos e pela disponibilização de uma página web dedicada, quer pela reunião de investigadores nacionais e internacionais em fóruns de discussão, através da organização de vários encontros, simpósios, workshops e conferências. Como perspectivas futuras podem ser enumeradas várias. Por exemplo, a consideração de dados 3D deve ser ainda alvo de investigação adicional; nomeadamente, a segmentação 3D e o seguimento e análise de movimento 3D com sincronização entre diferentes sequências de imagem (obtidas por sistemas de aquisição distintos). A experimentação e validação das metodologias desenvolvidas devem ser ainda realizada considerando um maior volume de casos reais, bem como a melhor comparação dos resultados obtidos pelas diferentes classes das metodologias desenvolvidas. A definição dos valores dos parâmetros usados nas metodologias desenvolvidas deve também merecer maior investigação; em particular, na procura de soluções para autodefinir esses valores em função da aplicação em causa. A portação das metodologias desenvolvidas para ambientes de computação de alto desempenho, como estruturas computacionais do tipo Grid, é também uma tarefa muito interessante a considerar no futuro. Elemento de prova da vitalidade e do interesse das metodologias desenvolvida no âmbito deste projecto são as várias Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento que estão em curso ou a iniciar os seus trabalhos e que irão beneficiar decididamente das mais-valias criadas pelo mesmo no grupo de investigação envolvido ([T23 - T44]). 35