Introdução a Análise de Imagens Digitais

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1 Introdução a Análise de Imagens Digitais Uma imagem digital é uma representação de uma cena por meio de um conjunto de elementos discretos e de tamanhos finitos, chamados de pixels, colocados em um arranjo bidimensional. A cada pixel é associado um valor, no caso de imagens de tons de cinza, ou um conjunto de três valores (R red, G green, B - blue) para se representar uma cor. A imagem pode ser criada a partir de softwares de desenho ou adquirida por meio de algum dispositivo. A maneira como esta imagem é armazenada no computador define o formato do arquivo. Os formatos mais comuns são: bmp (bitmap), gif e jpg. Detalhes de diversos formatos podem ser encontrados em A área de processamento de imagens se refere à manipulação destes pixels visando a melhoria na apresentação da imagem, o realce ou eliminação de certas características e a extração de informações [Gonzales 2000, Crane 1997]. Em linhas gerais, as principais tarefas a serem realizadas são: a aquisição da imagem por meio de algum dispositivo, o pré-processamento, a segmentação, a identificação e o reconhecimento dos objetos ou regiões (Figura 1). Pode-se também realizar ações a partir do resultado obtido, tal como o descarte de uma peça defeituosa em uma linha de montagem ou o acionamento de um alarme no caso da invasão de uma área reservada por uma pessoa não autorizada. Na etapa de pré-processamento procura-se minimizar a presença de ruídos na imagem decorrentes da aquisição ou ainda realçar características importantes tornando a etapa de segmentação mais eficiente. Aquisição da imagem Préprocessamento Segmentação Reconhecimento dos objetos e regiões Figura 1 Etapas típicas envolvidas no processamento de imagens. A separação dos pixels relativos a cada objeto, ou região, é uma etapa fundamental para o sucesso do processo de análise da imagem. Embora o ser humano possa facilmente identificar regiões com as mesmas características ou objetos presentes

2 em uma imagem, para se realizar a mesma tarefa com um computador deve-se implementar algoritmos que analisem as características de cada pixel ou da distribuição da população de pixels. O processo de agrupamento dos pixels pertencentes a um mesmo objeto ou região é chamado de segmentação. A figura 2 apresenta uma aplicação do processo de segmentação na área de sensoriamento remoto. Figura 2 Represa de Itupararanga. Banda 4 do satélite Landsat 5 TM, quadrante 220_076 do dia 21 de abril de Segmentação dos pixeis pertencentes ao lago da represa. O correto reconhecimento de um objeto é um processo bastante complexo e geralmente está ligado à comparação das informações obtidas pela segmentação com aquelas acumuladas em experiências anteriores.

3 Digitalização de uma imagem Uma imagem só pode ser processada em um computador se estiver no formato digital, ou seja, ela deve ser formada por pixels espaçados de uma distância d e com valores representados por números inteiros. Para se realizar a digitalização de imagens são utilizados dispositivos que convertem a radiação incidente em unidades de informações. Exemplos destes dispositivos são os scanners e as câmeras CCD (Couple Charged Device). Dada uma cena ou uma imagem contínua 1, o processo de amostragem permite a criação de uma imagem digital representando esta imagem por uma matriz bidimensional de NxM pixels. Quanto maiores os valores de N e M usados para se representar a mesma imagem melhor será esta aproximação. A taxa de amostragem descreve o número de pixels utilizados para se representar uma faixa na imagem. A figura 3 mostra o efeito na representação de uma imagem de acordo com a amostragem utilizada. (c) Figura 3 Imagem de uma porção do duodeno obtida em um exame de endoscopia com: 600 dpi (dots per inch), 150 dpi, (c) 50 dpi e (d) 25 dpi. (d) Já a quantização define o número de bits utilizados para se representar um pixel. Quanto maior o número de bits utilizados, melhor são representadas as diferenças nas tonalidades de dois pontos. No entanto, as exigências com relação a disponibilidade de 1 Uma chapa radiográfica de pulmão é uma aproximação para uma imagem contínua.

4 espaço para armazenamento e banda de transferência devem ser consideradas na definição do número de bits a serem utilizados para a representação dos pixels, assim como para a taxa de amostragem a ser utilizada. Em imagens digitais é comum a utilização de 8 bits para a representação de um pixel, sendo desta forma, possíveis valores entre 0 e 255. Em imagens de tomografia computadorizada (TC) e outras modalidades são necessárias representações de variações muito mais sutis do que as permitidas com 8 bits, sendo, desta forma, necessário o uso de 12 ou até mesmo 16 bits por pixel. A figura 4 ilustra como o número de bits por pixel pode afetar a qualidade visual de uma imagem. (c) Figura 4 Imagem de uma porção do duodeno obtida em um exame de endoscopia com: 8 bits por pixel (256 tons de cinza), 7 bits por pixel (128 tons de cinza), (c) 4 bits por pixel (16 tons de cinza) e (d) 1 bit por pixel (2 tons de cinza). (d) Contraste Dada uma imagem, o contraste é definido como sendo a diferença do valor médio de um parâmetro representativo de uma região de interesse, como, por exemplo, a média dos tons de cinza da região, e o valor médio do parâmetro representativo do fundo. O fundo representa todos os pixels da imagem que não fazem parte da região de interesse. A figura 5 apresenta uma imagem de satélite da cidade de Sorocaba com diferentes contrastes.

5 Figura 5 Imagem de satélite da cidade de Sorocaba com diferentes contrates. Referências Crane, R. A Simplified Approach to Image Processing. Upper Saddle River: Pretince- Hall, Gonzalez, R.C. e Woods, R.E. Processamento de Imagens Digitais. São Paulo: Edgard Blücher Ltda, 2000.