Proposta de Curso LNCC

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1 Proposta de Curso LNCC Professor: Gilson A. Giraldi (D.Sc) Título do Curso: Visualização Científica para Análise de Imagens Médica. Período: Quarto Período de 2001 Objetivos O processamento/visualização de imagens médicas é uma importante área da visualização científica. No LNCC, este tema é ponto de partida para um projeto que visa estudar a hemodinâmica do sistema cardiovascular atravéz da simulação numérica do fluxo sanguíneo no interior das artérias do corpo humano. Assim, o objetivo principal deste curso será fornecer os elementos básicos na área de processamento de imagens e visualização para que alunos das áreas de matemática ou computação possam desenvolver trabalhos no tema. Com isto, esperamos aproveitar a formação dos alunos que ingressam no doutorado, bem como os recursos de computação de alto desempenho do LNCC, para desenvolver temas atuais em visualização de imagens médicas. Particularmente, daremos especial atenção àqueles temas diretamente ligados aos projetos em andamento no LNCC. Público Alvo Alunos de pós-graduação em engenharia, matemática ou computação. Pré-Requisitos: Algebra Linear, Análise Real, Análise Numérica e programação em C ou C++.

2 Palavras Chaves: Processamento de Imagens Digitais, Extração de Geometrias, Visualização de Superfícies e de Volumes Ementa 1. Introdução 1.1 Imagens Digitais: Processamento e Aplicações. 1.2 Representações e Modelos para Imagens Digitais 1.3 Realce, Restauração e Análise 1.4 Reconstrução a partir de Projeções - Tomografias 2. Sistemas Bidimensionais 2.1 Sinais uni e bidimensionais. 2.2 Sistemas Lineares e Invariância por Deslocamentos 2.3 Transformada de Fourier e suas propriedades 3. Persepção de Imagens 3.1 Luminância, Brilho e Contraste. 3.2 Conceitos sobre o sistema visual humano 3.3 Representação de Cor 3.4 Sistemas de Cor 4. Amostragem e Quantização de Imagens 4.1 Conceitos Básicos 4.2 Teoria de Amostragem Bidimensional 3 Quantização de imagens 5. Transformações 5.1 Conceitos Básicos 5.2 Transformações Unitárias 5.3 Transformada de Fourier Discreta

3 6. Filtros e Espaços de Escala 6.1 Filtros Passa-Baixa, Passa-Alta, Passa-Banda 6.2 Difusão Linear - Espaços de Escala 6.3 Difusão Não-Linear 7. Segmentação de Imagens 7.1 Conceitos básicos 7.2 Técnicas Baseadas em Extração de Bordas: Snakes 7.3 Modelo Original de Snakes 7.4 Modelo de Balloon 2D 8. Images 3D 8.1 Conceitos Básicos. 8.2 Segmentação de imagens 3D. 8.3 Extração de Superfícies - Balloon 3D baseado em Elementos Finitos ou Diferenças Finitas. 8.4 Realce Direto de Estruturas: Volume Rendering

4 Referências Livros Didáticos: A.K. Jain. Fundamentals of Digital Image Processing.Prentice Hall Information and Sciences Series, A. Black and A. Yuille, Active Vision. MIT Press, D. F. Rogers. Procedural Elements for Computer Graphics. McGraw-Hill International Editions, J. D. Foley, A. Dam, S. K. Feiner, and J. F. Hughes. Computer Graphics, Principles and Practice, 2nd ed. Addison Wesley, [Rosenblum at al.(1994)] Scientific Visualization: Advances and Challenges, edited by L. Rosenblum at al., Academic Press(1994). Outras Referências: Kass, M., Witkin, A.P., and Terzopoulos, D., Snakes: Active Contour Models, Int. Journal. Computer Vis.(1), No. 4, January 1988, pp Cohen, L.D., On Active Contour Models and Balloons, CVGIP(53), No. 2, March 1991, pp L.M. Florack, A.H. Salden and B.M. Ter Haar Romery, J.J Koenderink and M.A. Viergever. Nonlinear scale-space. Image and Vision Computing, Vol. 13, No. 4, pp , May (1995). L.D. Cohen and I. Cohen. Finite-element methods for ACTIVE contour models and balloons for 2-D and 3-D images. IEEE

5 Trans. on Pattern Analysis and Machine Intel. Vol. 15, No. 11, November (1993). H. J. Noordmans, H. T. M. Van der Voort, and A. W. M. Smeulders. Spectral Volume Rendering. IEEE Trans. on Vis. and Comp. Graphics. Vol. 6, No. 3, July-September (2000). M. Levoy. Volume rendering by adaptive refinement. The Visual Computer, 6:2-7, W. Krueger. The application of transport theory to visualization of 3D scalar data fields. Computers in Physics, Vol. 5, No. 4, Also, in Proc. Visualization 90, pages IEEE CS Press, Los Alamitos, Calif., R. Yagel and R. Machiraju. Data-Parallel Volume Rendering Algorithms, The Visual Computer, Vol. 11, Num. 6, 1995, pp

6 Tempo de Aula por Ítem 1. Introdução - 2 Horas 2. Sistemas Bidimensionais - 2 Horas 3. Persepção da Imagem - 4 Horas 4. Transformações - 4 Horas 5. Realce - 2 Horas 6. Segmentação de Imagens - 10 Horas 7. Imagens 3D - 12 Horas Metodologia do Curso 1. Aulas teóricas explicando os temas em questão 2. Ao final de cada aula será dada uma lista de exercícios retirados do material bibliografico acima 3. Aulas de exercício para que sejam discutidos os temas 4. Seminários apresentados pelos alunos referentes aos temas dos trabalhos práticos 5. Implementação Método para Avaliação: 1. Implementação de um método de Snakes 3D ou Volume Rendering. 2. Seminários. O primeiro ítem visa uma implementação de um método de segmentação ou volume rendering para imagens 3D. Após o primeiro mes do curso, os alunos já teriam recebido os conceitos básicos necessários para a compreenção de modelos deformáveis e volume rendering para imagens médicas. Assim, poderiam escolher um paper para desenvolver como trabalho final do curso. Este paper seria estudado e apresentado pelo aluno em seminários no horário de aula.

7 Ferramentas para Programação Os programas podem ser desenvolvidos em C ou C++, usando-se os recursos gráficos do Vtk. Metodologia Didática 1. Aulas teóricas em sala de aula comum. 2. Aulas práticas em salas de aula com um micro por aluno. Material Didático 1. Projetor para Power Point. 2. Computadores para aulas práticas. 3. Linguagens: C++ e Vtk. 4. Sistema Operacional: Unix ou Windows.