Processamento de Imagens. Processamento de Imagens. Universidade Federal do Rio de Janeiro - IM/DCC & NCE. Fundamentos sobre. Antonio Carlos Gay Thomé

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1 Universidade Federal do Rio de Janeiro - IM/DCC & NCE Fundamentos sobre Processamento de Imagens Antonio Carlos Gay Thomé

2 Meus dados: Sala 1033 / AEP thome@nce.ufrj.br equipe.nce.ufrj.br/thome Laboratório de Inteligência Computacional 2

3 Sumário do Curso Introdução Aquisição e Representação da Imagem Digital Tratamento da Imagem Segmentação de Imagens Extração de Características e Descrição Reconhecimento e Interpretação 3

4 Bibliografia Processamento de Imagens Digitais Rafael C. Gonzalez e Richard E. Woods Editora Edgard Blücher Ltda. Fundamentals of Digital Image Processing Anil K. Jain Prentice Hall Computer Graphics Principles and Practice James D. Foley e outros Addison-Wesley Publishing Company Image Processing Toolbox 2 para Matlab 5 4

5 Dinâmica do Curso Aulas teóricas Aulas e Exercícios de Laboratório Listas de Exercícios Individual e em Duplas Trabalhos em Dupla Apresentação em sala Critérios de Avaliação conteúdo + qualidade da apresentação relativo prova final (a definir) 5

6 INTRODUÇÃO O Que é Processamento de de Imagens A Visão Humana A Formação da da Imagem O Espectro Eletromagnético Aplicações de de Processamento de de Imagens 6

7 Processamento Digital de Imagens Consiste da manipulação de uma imagem através de algoritmos implementados em computador de modo que a entrada e a saída do processo sejam imagens ou informações extraídas da imagem. Jfg ff tf Ffdd ff 7

8 Formas Naturais de Percepção Tato Paladar Olfato Audição Visão 8

9 Visão Humana ponto cego Fibras do nervo óptico (*) cones 6 a 7M bastonetes 75 a 150M 9 Sistema biológico que permite ao homem interpretar a variação da radiação eletromagnética dentro do espectro visível.

10 A Visão e a Imagem A visão é um processo biológico que possibilita diversas categorias de animais a perceberem o mundo a sua volta através da percepção e da interpretação de imagens. Através da visão o ser humano é capaz de processar e interpretar, em frações de segundos, inúmeros estímulos e imensa quantidade de informações. A visão, como dom da natureza, motiva e desafia o homem na busca de técnicas e de dispositivos capazes de ampliar ainda mais esta capacidade. A utilização da imagem na forma digital torna possível o seu processamento computacional e a melhoria da sua qualidade. 10

11 Formação da Imagem no Olho Humano 15m 2,5mm centro focal do cristalino m 17mm 15m 100m = 17 x mm

12 Formação da Imagem na Máquina Fotográfica... na câmara fotográfica As dimensões do diafragma definem a nitidez e o plano focal.... no olho humano a luz proveniente do exterior é projetada no plano da retina formando a imagem; a projeção se dá através de uma lente (cristalino) que muda de dimensões para ajustar a distância focal; depois de ter atravessado a córnea e a lente, o olho adapta a forma da lente para focar objetos mais distantes (lente mais plana) ou mais próximos (lente mais curva). 12

13 Equipamentos para Captura da Imagem Máquinas Digitais Nas máquinas digitais, no lugar do filme, as imagens são capturadas por um CCD (Charge Coupled Device), um dispositivo ótico que detecta energia luminosa e codifica em impulsos eletrônicos correspondentes(da mesma forma que um scanner) e grava em cartões de memória. Depois, basta ligar-se ao microcomputador e descarregar-se as imagens que podem ser visualizadas imediatamente 13

14 Equipamentos para Captura da Imagem Scanners Atualmente são mais encontrados 2 padrões de tecnologia: CCD (charge coupled device) ou CIS (Contact Image Sensor). Basicamente CCD é a captura através de dispositivo ótico como as copiadoras, e CIS é através de elementos digitais, por led, como as câmeras digitais. Os scanners no padrão CCD são maiores, mais pesados, mais sensíveis, e os de padrão CIS são mais finos, leves e poucos elementos móveis. Em termos de qualidade normalmente os scanners que utilizam tecnologia CCD apresentam melhor qualidade de captura do que os que utilizam tecnologia CIS, porém são equipamentos mais pesados, maiores, mais caros e mais sensíveis. 14

15 Equipamentos para Captura da Imagem Filmadora Digitais Assim como nas câmeras digitas, nas filmadoras o principal responsável pela captação de imagens é o CCD (charge-coupled device), um chip sensível a luz que capta, armazena e exibe dados de uma imagem, processando e convertendo cada pixel (ponto que compõe uma imagem) de cor diferente numa carga elétrica de intensidade única. Um filme nada mais é que é a exposição contínua de imagens estáticas num curto espaço de tempo. 15

16 Equipamentos para Captura da Imagem Equipamentos Médicos para Tomografia Através deste equipamento são realizados exames de Tomografia Computadorizada de corpo inteiro. Com imagens de excelente definição é possível o diagnóstico preciso e rápido. 16

17 Equipamentos para Captura da Imagem Equipamento Médico para Ressonância Magnética É um equipamento que se utiliza de um campo magnético uniforme de alta potência para avaliar os tecidos e suas diferentes propriedades, caracterizando-os. 17

18 Equipamentos para Captura da Imagem Ultrassom - Ecocardiografia Este método de diagnóstico em cardiologia, utiliza o ultra-som, podendo ser realizado através da superfície torácica. Por não utilizar radiação ionizante, pode ser repetido inúmeras vezes sem prejuízo aos pacientes. A Ecocardiografia obtém as imagens do coração em tempo real, estudando sua anatomia (paredes, cavidades, válvulas, vasos e pericárdio) e função (desempenho contráctil, fluxo sanguíneo), permitindo uma análise anatomofuncional detalhada deste órgão. 18

19 O Espectro Eletromagnético Luz Visível composto por ondas eletromagnéticas de diferentes comprimentos λ; a luz visível é uma faixa ínfima do espectro; quanto menor o λ, mais retilínea a propagação da onda; as ondas vão desde muito longas (baixas freqüências), que são as ondas de rádio, passando pelas ondas infravermelhas e de luz visível até chegar a comprimentos muito curtos (freqüências muito altas) raios gama e raios X. 19

20 Luz Visível - O Prisma de Cores 20 O detector humano (olho-cérebro) percebe o branco como uma vasta mistura de freqüências normalmente com energias semelhantes em cada intervalo de freqüências. A Luz Branca é constituída pela combinação de todas as cores (freqüências) do espectro visível. As freqüências mais baixas (comprimentos de onda mais longos) produzem a cor vermelha enquanto que as freqüências mais altas (comprimentos de onda mais curtos) produzem a cor violeta.

21 Luz Visível Cor Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Comprimento de onda (nm) Frequência (10 12 Hz) A radiação visível vai aproximadamente de 384x10 12 Hz (para o vermelho) até cerca de 769x10 12 Hz (para o violeta). Os comprimentos de onda no intervalo da luz visível, transmitem uma sensação de cor associada com cada um deles. 21

22 Espaços de Cores Blue Cyan Magenta Red B Black R G níveis de cinza luminância Yellow White Green Espaço RGB mais comum origem a cor preta (ausência) (aditivo) Espaço CMY complementar origem a cor branca (subtrativo) 22

23 Espaços de Cores green yellow cyan blue S H white red magenta V=0 (black) Espaço HSV H hue (matiz) S saturation (saturação) V value (luminância) 23

24 Espaços de Cores Em vídeo digital os espaços mais usados são: RGB e YCbCr Y = R Cr = R Cb = R G G G B B B (*) Cb e Cr crominância (matiz e saturação) RGB p/ Cinza Y = 0. 3R G B 24