Visão Computacional. Prof. Leandro Augusto Frata Fernandes TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.

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1 Visão Computacional Prof. Leandro Augusto Frata Fernandes TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1)

2 Visão Humana Responsável por cerca de 75% de nossa percepção O ato de ver é resultado de Operações ópticas Operações químicas Operações nervosas TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 2

3 Visão Humana Os olhos são órgãos responsáveis por Captar informação luminosa Transformá-la em impulsos a serem decodificados pelo sistema nervoso Os impulsos vão sendo depurados durante todo o trajeto através do sistema visual A visão é feita pelo cérebro Depende de experiência e interpretação TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 3

4 Visão Computacional Ciência e tecnologia das máquinas que veem Objetivo Programar o computador para entender a cena ou elementos em uma imagem Uma imagem é nada mais que um reticulado colorido de pixels Um computador não é capaz de encontrar uma bicicleta, ônibus, pessoa ou guarda chuva sem interpretar o conteúdo do reticulado TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 4

5 Visão Computacional Ciência e tecnologia das máquinas que veem Objetivo Programar o computador para entender a cena ou elementos em uma imagem Estuda-se Métodos para aquisição, processamento, análise e compreensão de imagens Dados multidimensionais do mundo real para produzir informação numérica ou simbólica na forma de decisão TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 5

6 Aplicações de Visão Computacional Robótica Veículos Autônomos Organização de Informação Recuperação de Imagem Baseada em Conteúdo Google Driverless Car Technique 1 Technique 3 Technique 2 TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 6

7 Aplicações de Visão Computacional Indústria Controle de Qualidade Interação Humano-Computador Dispositivos de Entrada Reconhecimento e Medição de Objetos Medicina Auxílio no Diagnóstico de Doenças Reconhecimento de Mão e Gestos Segmentação Automática de Tumor na Mama TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 7

8 Roteiro da Apresentação Fundamentos Exemplo Prático Detecção de retas em imagens Visão Computacional em Ciência da Computação Classificação da área Campos relacionados Considerações Finais TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 8

9 Fundamentos TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 9

10 Hierarquia de um Sistema Geral de Visão Computacional Entrada Sensorial Percepção Normalização Análise Bidimensional Recuperação de Parâmetros Físicos Agrupamento Reconhecimento de Objetos, Cenas e Eventos Semântica TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 10

11 Hierarquia de um Sistema Geral de Visão Computacional Entrada Sensorial Percepção Normalização Análise Bidimensional A etapa de percepção obtém imagens de um ou mais sensores Recuperação de Parâmetros Físicos Agrupamento Reconhecimento de Objetos, Cenas e Eventos Semântica TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 11

12 Hierarquia de um Sistema Geral de Visão Computacional Entrada Sensorial Percepção Normalização Análise Bidimensional Imagens do MAC de Niterói Note as diferenças entre elas A etapa de normalização tenta diminuir as diferenças Recuperação de Parâmetros Físicos Agrupamento Reconhecimento de Objetos, Cenas e Eventos Semântica TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 12

13 Hierarquia de um Sistema Geral de Visão Computacional Imagem Normalizada Entrada Sensorial Percepção Normalização Análise Bidimensional Bordas Busca e agrupamento de características nas imagens normalizadas Resultado pode ser repassado para etapa posterior ou utilizado no refino da etapa anterior Recuperação de Parâmetros Físicos Agrupamento Reconhecimento de Objetos, Cenas e Eventos Semântica Retas Aparentes TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 13

14 Hierarquia de um Sistema Geral de Visão Computacional Entrada Sensorial Imagens Normalizadas Percepção Normalização Exemplos de parâmetros físicos: - Orientação da superfície - Forma 2-D de objetos - Movimento aparente - Direção da iluminação - Etc. Análise Bidimensional Recuperação de Parâmetros Físicos Agrupamento Características Bidimensionais Reconhecimento de Objetos, Cenas e Eventos Semântica Profundidade Estimada Movimentação Aparente das Câmeras TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 14

15 Hierarquia de um Sistema Geral de Visão Computacional Entrada Sensorial Percepção Regiões com pixels claros - Regulares - Irregulares Regiões com pixel escuros - Regulares - Irregulares Normalização Análise Bidimensional Etapa que agrega partes significativas dos dados Pode ocorrer associação de características similares vindas de fontes diferentes Recuperação de Parâmetros Físicos Agrupamento Reconhecimento de Objetos, Cenas e Eventos Semântica TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 15

16 Hierarquia de um Sistema Geral de Visão Computacional Entrada Sensorial Percepção Regiões com pixels claros - Regulares: casas brancas - Irregulares: peças brancas Regiões com pixel escuros - Regulares: casas pretas - Irregulares: peças pretas Normalização Análise Bidimensional Interpretação da situação Inferência É feita correspondência entre estruturas relacionais abstratas conhecidas e dados agrupados Recuperação de Parâmetros Físicos Agrupamento Reconhecimento de Objetos, Cenas e Eventos Semântica TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 16

17 Exemplo Prático Detecção de Retas em Imagens TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 17

18 Você consegue ver retas na imagem? Aplicação Prática TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 18

19 Antes de Começar Escolher como representar as entradas Pontos Escolher como representar as saídas Retas Entender o problema, buscar uma solução e convertê-la em etapas Verificar necessidade de pré-processamento TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 19

20 Pontos de Entrada Representação p y x p = (x, y) Coordenadas cartesianas do ponto Espaço de Imagem TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 20

21 Retas Detectadas Representação x r ρ = x cos θ + y sin θ y ρ θ Equação Normal da Reta Espaço de Imagem TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 21

22 Solução Força-Bruta Cada par de pontos define uma reta Solução Tomar pontos dois a dois Anotar todas as retas possíveis Contar quantas vezes cada reta repete Retornar retas mais frequentes Não vale a pena! Muito esforço computacional TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 22

23 Transformada de Hough ρ = x cos θ + y sin θ ρ p x r p θ r y q s q s Espaço de Imagem Espaço de Parâmetros TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 23

24 Transformada de Hough Espaço de Imagem Espaço de Parâmetros TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 24

25 Pré-Processamento Converter imagens coloridas para imagens de borda TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 25

26 Visão Computacional em Ciência da Computação TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 26

27 Subáreas de Computação Visual Animação Computação gráfica Modelagem Processamento de imagens Vídeo digital Visão computacional Visualização TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 27

28 Campos Relacionados Inteligência computacional Inteligência Artificial Robótica Visão robótica Visão cognitiva Aprendizado de Máquina Visão Computacional Sistema de Visão Neurobiologia Visão biológica Estatística Geometria Matemática Processamento de Imagens Física Óptica Otimização Imagiologia Processamento de Sinais PS multivariável Smart cameras PS não linear TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 28

29 Considerações Finais TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 29

30 Considerações Finais Um sistema de visão computacional agrega diversas técnicas Dados brutos precisam ser lapidados para uso Esforço maior está em inserir inteligência em sistemas computacionais Adota modelos vindos de diferentes áreas do conhecimento TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 30

31 Presente e Futuro É preciso avançar o estado da arte Área imatura (no bom sentido) Espaço para novas ideias Técnicas atuais são moldadas para (sub)casos específicos Perspectiva de mercado Grandes empresas estão contratando TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 31

32 Obrigado! TCC Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 32