Processamento de Imagens. 35M34 Sala 3D5 Bruno Motta de Carvalho DIMAp Sala 15 Ramal 227

Transcrição

1 Processamento de Imagens 35M34 Sala 3D5 Bruno Motta de Carvalho DIMAp Sala 15 Ramal 227

2 Logística do Curso 2 2 ou 3 avaliações Projetos práticos Grupos de no máximo duas pessoas (somente para os projetos!!) Implementações podem ser feitas na linguagem de sua preferência Referência principal: Digital Image Processing. 2nd Ed. R. C. Gonzalez & R. E. Woods. Pentice Hall, 2002.

3 Programa do Curso 3 Introdução Formação e representação de imagens Filtragem de imagens Restauração de imagens Processamento de imagens coloridas Wavelets Compressão de imagens Segmentação de imagens

4 Programa do Curso 4 Registro de imagens Representação e descrição Reconhecimento de padrões em imagens

5 Cronograma Inicial Data Assunto 01/08/06 Introdução 03/08/06 Aquisição e Representação de Imagens 08/08/06 Aquisição e Representação de Imagens 10/08/06 Filtragem de Imagens no domínio Espacial 15/08/06 Filtragem de Imagens no domínio Espacial 17/08/06 Filtragem de Imagens no Domínio da Frequência 22/08/06 Filtragem de Imagens no Domínio da Frequência 24/08/06 Restauração de Imagens 29/08/06 Restauração de Imagens 31/08/06 Restauração de Imagens 05/09/06 Prova 07/09/06 Independência do Brasil 12/09/06 Processamento de Imagens Coloridas 14/09/06 Processamento de Imagens Coloridas 19/09/06 Wavelets 21/09/06 Wavelets 26/09/06 Wavelets 28/09/06 Segmentação de Imagens 03/10/06 XI CIENTEC 05/10/06 XI CIENTEC 5 Data Assunto 10/10/06 XIX SIBGRAPI 12/10/06 Dia da padroeira do Brasil 17/10/06 Segmentação de Imagens 19/10/06 Segmentação de Imagens 24/10/06 Prova 26/10/06 DGCI06 31/10/06 Registro de Imagens 02/11/06 Registro de Imagens 07/11/06 Representação e Descrição 09/11/06 Representação e Descrição 14/11/06 Reconhecimento de Padrões 16/11/06 Reconhecimento de Padrões 21/11/06 Reconhecimento de Padrões 23/11/06 Dia da padroeira de Natal 28/11/06 Apresentação de Trabalhos 30/11/06 Apresentação de Trabalhos 05/12/06 Apresentação de Trabalhos 07/12/06 Prova final 12/12/06 14/12/06

6 Introdução 6 Uma imagem pode ser definida por uma função bi dimensional f(x,y) onde x e y são coordenadas espaciais e a amplitude de f em qualquer par de coordenadas (x,y) é chamada de intensidade ou nível de cinza da imagem naquele ponto Quando os valores que x, y e a amplitude de f podem assumir são finitos, nós chamamos a imagem de imagem digital A área de Processamento Digital de Imagens se refere ao processamento de imagens digitais utilizando computadores digitais

7 Introdução 7 Cada elemento de uma imagem digital é chamado de pixel (abreviação de picture element), e tem uma localização e um ou mais valores associados a ele Processamento das imagens não está limitado ao espectro visível de ondas como o nosso sistema visual

8 Relacionamento com outras áreas afins Processamento de Imagens Computação Gráfica Imagens Descrições Visão Computacional 8

9 Relacionamento com Outras Áreas Afins 9 Entretanto a classificação do slide anterior não é globalmente aceita, e de acordo com ela, uma operação sobre uma imagem que produza um ou mais números não é considerada como sendo da área de Processamento de Imagens e sim como de Visão Computacional ou ainda de análise de Imagens Alguns autores classificam operações como sendo de baixo, médio ou alto níveis, sendo que há interseções de tarefas com Visão Computacional e com Análise de Imagens e Inteligência Artificial nos níveis médio e alto

10 História 10 Primeiras aplicações: Indústria jornalística: transmissões de imagens via cabo submarino entre Londres e Nova Iorque (1920) Sistema de Bartlane usava 5 níveis, sendo expandido para 15 níveis em 1929

11 História 11 Segundo nossa definição isso não era PDI Primeiros computadores poderosos o suficiente para fazer PDI surgiram nos anos 60 JPL trabalhou na restauração de imagens da lua transmitidas pela Ranger 7

12 História 12 No final dos anos 60 e início dos anos 70 PDI começou a ser utilizado em imagens médicas, astronômicas, etc. Invenção dos CAT Scanners (Hounsfield, 1972) Análise de dados adquiridos via telescópios A partir daí a diversificação de aplicações é enorme, como em segurança, entretenimento, metereologia, biologia, geografia, geologia, engenharias, etc.

13 Áreas de Aplicação Para exemplificar a faixa de atuação de técnicas para PDI, vamos caracterizá las usando o espectro de energia eletromagnético, que abriga as principais fontes de energias usadas na aquisição de imagens Energia eletromagnéctica pode ser representada por ondas sinusoidais com comprimentos diferentes ou como um grupo de partículas sem massa, viajando em um padrão de onda a velocidade da luz (Einstein) 13

14 Raios Gama 14 Em PET (Positron Emission Tomography), isótopos radiativos são injetados, e ao decairem, emitem pósitrons que se aniquilam ao encontrar com elétrons e emitem dois raios Gama em direções opostas que são detectados por detectores de raios Gama Nas imagens inferiores a radiação Gama emitida por um estrela e um reator são mostradas

15 Raios Gama 15 No SPECT (Single Photon Emission computed Tomography) uma pequena quantidade de uma droga radioativa é injetada e um scanner é usado para reconstruir imagens do corpo onde o material radioativo é absorvido por células SPECT pode informar sobre fluxo de sangue para tecidos e reações químicas (metabolismo) no corpo

16 Raios X 16 Fonte de raios X emite um feixe de fótons que são atenuados devido a absorção por materiais, scattered (espalhados) ou atingem um detector ou filme O conjunto fonte de raios X /detectores é movido para que se obtenha projeções suficientes para que o objeto seja reconstruído A exposição deve ser minimizada por questões médicas, mas exmaes de baixa dosagem exibem SNR (Signal to Noise Ratio)baixos

17 Raios X 17 Descobertos em 1895 por Roentgen No início da década de 70, Hounsfield inventou o CT scan, criando a área da tomografia computadorizada (Nobel de Medicina de 1979) Scanner levava em torno de 20 minutos para escanear a cabeça de um paciente Scanners atuais levam alguns segundos para escanear o corpo todo de um paciente

18 Raios Ultravioleta 18 Incluem inspeção industial, imageamento biológico, microscopia e observações astronômicas A luz ultravioleta não é visível, mas quando um fóton de radiação ultravioleta colide com um elétron de um átomo de material fluorescente, o elétron excitado emite luz na região visível do espectro

19 Luz Visível e Infravermelha 19 Geralmente aplicações em infra vermelha são usadas junto com imagens do espectro visível Aplicações comuns são em microscopia ótica, astronomia, indústria, segurança, forças armadas, etc.

20 Luz Visível e Infravermelha 20 Sensoriamento remoto geralmente inclue várias bandas de luz visível e infra vermelha As bandas temáticas do LANDSAT da NASA definem faixas do espectro que são adequadas para capturar informações distintas, como vegetação, minerais, água, etc.

21 Luz Visível e Infravermelha 21 A imagem ao lado foi capturada usando sensores nas bandas visível e infra vermelha As figuras no próximo slide foram capturadas usando sensores na banda infra vermelha [10.0, 13.4] m Figuras posteriores mostram aplicações de processamento digital de imagens no espectro visível

22 Luz Visível e Infravermelha 22

23 Luz Visível e Infravermelha 23

24 Microondas 24 A aplicação mais usada na banda de microondas é o radar Não são afetadas por condições de clima ou iluminação, pois algumas ondas de radar podem penetrar nuvens, e sob algumas condições, podem penetrar vegetação, gelo, etc.

25 Banda de Rádio 25 Principais aplicações são em Medicina e Astronomia MRI (ressonância magnética) usa um poderoso magneto e passa ondas de rádio pelo corpo a ser visualizado Estas ondas interagem com as moléculas de água do corpo e pulsos de ondas de rádio são emitidos de acordo com a densidade de água em cada tecido

26 Outras Modalidades 26 Som é usado em aplicações geológicas (centenas de Hertz) enquanto que ultrasom usa altas freqüência (de 1 a 5 Mhz) A imagem é formada calculando se a distância percorrida por ondas de som refletidas de volta ao sistema emissor

27 Outras Modalidades Microscópio de transmissão de eletróns (TEM) Microscópio de escaneamento de eletróns (SEM) Fractais Imagens de modelos criados artificialmente 27

28 Processamento Digital de Sinais 28 Existem várias definições de quais tarefas Processamento de Imagens engloba, logo existem várias maneiras de classificar as etapas fundamentais em PI A figura do próximo slide mostra uma destas classificações, separando as fases em dois grupos, de acordo com a natureza de seus resultados Dependendo da aplicação, várias ou apenas uma das etapas da figura a seguir podem estar presentes em um sistema real

29 Processamento Digital de Sinais 29

30 Sistemas de Processamento de Imagens 30

31 Sistemas de Processamento de Imagens Sensores e digitalizadores devem estar presentes em um sistema completo, e podem ser acompanhados de hardware especializado para operações com imagens O computador é um sistema de propósito geral e pode ser desde um microcomputador a um supercomputador O software é o conjunto de programas do sistema de PI O armazenamento em massa é necessário devido ao alto requisito de espaço de armazenamento Displays são os monitores necessários para visualizar as imagens Hardcopy são as impressoras, CDs, filmes e outros materiais usados para gravar de modo permanente as informações de imagens 31