PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS

PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS Msc. Daniele Carvalho Oliveira Doutoranda em Ciência da Computação - UFU Mestre em Ciência da Computação UFU Bacharel em Ciência da Computação - UFJF

2 OBJETIVOS Conhecer os conceitos básicos sobre o processamento digital de imagens e ser capaz de implementar vários recursos para processamento e análise de imagens monocromáticas e coloridas. Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

3 EMENTA Fundamentos de Processamento Digital de Imagens Noções de Percepção visual Ajuste nos valores dos pixels Operações sobre uma vizinhança Segmentação de imagens Representação e descrição de imagem Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

4 BIBLIOGRAFIA AZEVEDO, E.; CONCI, A.; LETA, F. Computação gráfica : processamento de imagens digitais. Vol.2. Rio de Janeiro: Campus-Elsevier, 2008. GONZALEZ, R. C.; WOODS, R. E. Processamento Digital de Imagens 3a. Edição, São Paulo: Addison-Wesley, 2010. RUSS, J. C. The image processing handbook. Boca Raton: CRC Press, 2007. Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

5 REGRAS DO JOGO Código de Conduta! Celular Notebook Laboratório Frequência Faltas Fique de olho! Pontualidade Como mandar bem na disciplina: Participação! Anotação! Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

6 AVALIAÇÃO A Avaliação da Disciplina se dará através das notas de Provas e Trabalhos, da seguinte forma: Provas - 25 pts cada Trabalhos - 25 pts Individuais Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

7 TRABALHOS Os trabalhos devem ser enviados para a pasta com o nome do aluno no link disponibilizado pela professora, no OneDrive. Atenção ao nome do arquivo! A responsabilidade da entrega do trabalho pertence ao aluno. Caso o trabalho não seja enviado corretamente (arquivo corrompido, falta de internet na hora do envio...), as penalidades referentes ao atraso serão aplicadas. Sugere-se, por isso, enviar o trabalho com antecedência O prazo de entrega do trabalho é até as 23:59:59 da data marcada. Salvo exceções, quando estipulado horário diferente pela professora. Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

8 TRABALHOS Trabalhos entregues com atraso valerão 50% a menos a cada 2 dias de atraso Exemplo: (Trabalho Valendo 10 pts) 2 dias de atraso: 5 4 dias de atraso: 2,5 6 dias de atraso: 1,25 8 dias de atraso: 0,625... Lembrando: Será considerado como atraso os trabalhos enviados após a hora limite estipulada da data marcada. Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira 9 INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO A área de Processamento de Imagens permite viabilizar grande número de aplicações: Aprimoramento de informações pictóricas para interpretação humana Análise automática por computador de informações extraídas de uma cena.

11 PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS Motivado por duas principais aplicações: Melhoramento da informação da imagem para interpretação humana Processamento de cenas para percepção de máquinas Armazenamento e transmissão eficientes Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

12 PERCEPÇÃO HUMANA Emprega métodos capazes de melhorar a informação pictorial para interpretação e análises humanas Aplicações típicas: realce do conteúdo da imagem aumento de contraste correção de imagens borradas correção de iluminação eliminação de ruídos Pseudo-coloração Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

13 AUMENTO DE CONTRASTE Imagem de baixo contraste Imagem realçada Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

14 AUMENTO DE CONTRASTE Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

15 CORREÇÃO DE FOCO Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

16 CORREÇÃO DE MOVIMENTO << Imagem Borrada Imagem corrigida >> Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

17 CORREÇÃO DE ILUMINAÇÃO IRREGULAR Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

18 ELIMINAÇÃO DE RUÍDOS << Imagem com ruído aleatório Imagem filtrada >> (mediana) Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

19 ELIMINAÇÃO DE RUÍDOS Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

20 PSEUDO-COLORAÇÃO Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

21 PSEUDO-COLORAÇÃO Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

22 PERCEPÇÃO DA MÁQUINA Interesse na extração de informações quantitativas da imagem com o objetivo de classificação de padrões e recuperação de imagens por conteúdo. Extração de características: automática semi-automática Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

23 TIPOS DE CARACTERÍSTICAS Cor: produz uma assinatura de cor para a imagem ou para uma região (média de cor, histograma, ) Forma: descreve a forma de um objeto ( compacidade, índice de convexidade, perímetro, ) Textura: produz uma caracterização matemática de um padrão que se repete na imagem (entropia, contraste, transformada de wavelet ou Fourier,..) Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

O QUE É PROCESSAMENTO DE IMAGENS DIGITAIS Uma imagem pode ser definida como uma função bidimensional f(x,y), em que x e y são coordenadas espaciais (plano). A amplitude de f em qualquer par de coordenadas (x,y) é chamada de intensidade ou nível de cinza da imagem nesse ponto. Uma imagem digital é formada por um número finito de elementos, cada um com uma localização e valores específicos.

INTRODUÇÃO Esses elementos são chamados de elementos pictóricos, elementos de imagem, pels e pixels. Os seres humanos são limitados à banda visivel do Espectro EM, porém os aparelhos de processamento de imagens cobrem quase todo o espectro EM, variando de ondas gama a ondas de rádio.

EXEMPLOS DE ÁREAS QUE UTILIZAM PDI A principal fonte de energia para imagens utilizada atualmente é o EM. Outras fontes são a acústica, a ultrassônica e a eletrônica (na forma de feixes de elétrons utilizados na microscopia eletrônica) Imagens baseadas na radiação EM são as mais familiares (imagens nas bandas visuais e raios X do espectro)

IMAGENS FORMADAS POR RAIOS GAMA

IMAGENS FORMADAS POR RAIOS X

IMAGENS NA BANDA VISÍVEL E BANDA INFRAVERMELHA

BANDA VISÍVEL E INFRAVERMELHA Supera em muito todas as outras em termos de variação de aplicações, pois é a mais rotineira em todas as nossas atividades. Diversas aplicações: Microscopia; Sensoriamento remoto (verificação de condições ambientais) Imagens de centros populacionais Observação e previsão do tempo Indústria Biometria etc...

VISÍVEL E INFRAVERMELHA O sensoriamento remoto inclui várias bandas nas regiões visuais e infravermelhas do EM. A tabela mostra as bandas temáticas no satélite Landsalt, da Nasa

BANDAS TEMÁTICAS

IMAGENS NA BANDA DE MICRO- ONDAS

IMAGENS NA BANDA DE RÁDIO

PASSOS FUNDAMENTAIS EM PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS No processamento digital de imagens são definidos duas grandes categorias: Métodos cuja entrada e saída são imagens Métodos cujas entradas podem ser imagens

ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE PROCESSAMENTO DE IMAGENS Aquisição de imagens Filtragem e Realce de imagens Restauração de imagens Processamento de imagens coloridas Wavelets e processamento multirresolução Compressão Processamento morfológico Segmentação Representação e descrição Reconhecimento de objetos

AQUISIÇÃO DE IMAGENS É o primeiro processo A aquisição pode ser tão simples quanto receber uma imagem que já esteja em formato digital. O estágio de aquisição de imagens envolve um pré-processamento, por exemplo, o redimensionamento de imagens.

REALCE DE IMAGENS Processo de manipular uma imagem de forma que o resultado seja mais adequado que o original para uma aplicação específica. As técnicas de realce são orientadas de acordo com o problema. Não existe uma teoria geral de realce de imagens. Quando uma imagem é processada para a interpretação visual, o observador é o juiz final do bom funcionamento de um método particular. São bastante variadas as técnicas de realce. O realce baseia-se em preferência humanas subjetivas em relação ao que constitui uma imagem boa.

RESTAURAÇÃO DE IMAGENS Área que lida com a melhora visual de uma imagem. A restauração de imagens é objetiva, enquanto o realce é subjetivo. As técnicas de restauração tendem a se basear em modelos matemáticos ou probabilísticos de degradação de imagens.

PROCESSAMENTO DE IMAGENS COLORIDAS Área que tem ganhado importância em virtude do aumento significativo da utilização de imagens digitais na Internet. A cor também é utilizada como base para a extração de características de interesse em uma imagem.

WAVELETS Fundamentos para a representação de imagens em vários níveis de resolução. Utilizado para compressão de dados de imagens e para a representação piramidal, na qual imagens são subdivididas sucessivamente em regiões menores.

COMPRESSÃO Lida com as técnicas de redução do armazenamento necessário para salvar uma imagem, ou a largura de banda necessária para transmiti-la. A compressão de imagens é bem conhecida pela maioria dos usuários de computadores na forma de extensões de arquivos de imagem, como a extensão.jpg utilizada no padrão de compressão de imagens JPEG (Joint Photographic Experts Group)

PROCESSAMENTO MORFOLÓGICO Lida com ferramentas para a extração de componentes de imagens úteis na representação e descrição da forma. Transições de processos nos quais as saídas são imagens, para os processos nos quais as saídas passam a ser atributos de imagens.

SEGMENTAÇÃO Divide uma imagem em suas partes ou objetos constituintes. A segmentação autônoma é uma das tarefas mais difíceis do processamento digital de imagens. Um procedimento de segmentação de imagens bem-sucedido aumenta as chances de sucesso na solução de problemas que requerem que os objetos sejam individualmente identificados Algoritmos fracos ou inconsistentes quase sempre asseguram falha no processamento. Quanto mais precisa for a segmentação, maiores serão as chances de sucesso no reconhecimento dos objetos.

REPRESENTAÇÃO E A DESCRIÇÃO São dados primários em forma de pixels, correspondendo tanto à fronteira de uma região, como a todos os pontos dentro dela. A primeira decisão que deve ser tomada é se os dados devem ser representados como fronteiras ou como regiões completas. Fronteira: o interesse se concentra nas características externas de forma, como vértices e pontos de inflexão Região: apropriada quando o foco é direcionado às propriedades internas do objeto, como a textura ou a forma do esqueleto.

RECONHECIMENTO Processo que atribui um rótulo (por exemplo, veículo ) a um objeto com base em seus descritores. Métodos para o reconhecimento de objetos individuais. O conhecimento sobre o domínio do problema está codificado em um sistema de processamento de imagens na forma de uma base (banco de dados) de conhecimento.

Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira 50 APLICAÇÕES

51 RETOQUE DIGITAL Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

52 APLICAÇÕES INDUSTRIAIS Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

53 SENSORIAMENTO REMOTO Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

54 OUTRAS ÁREAS DE APLICAÇÃO Automação de Escritório / Banco / Biblioteca Eletrônica OCR WEB Base de Dados Multimidia Transmissão Armazenamento Arte / Editoração Fotografia (edição, composição de cenas, efeitos especiais, etc) Edição de layout para impressão Museus Virtuais Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

55 OUTRAS ÁREAS DE APLICAÇÃO Video Digital Composição de cenas Efeitos Especiais Criação de cenas Compressão TV Digital Biociências Mamografia Análise de imagens de microscópio Pesquisa biológica (análise de células, tecidos e ossos, análise de DNA) Reconstrução 3D Diagnóstico médico (Raio-X angiografia, tomografia CT, MRI, PET Scanners) Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

56 OUTRAS ÁREAS DE APLICAÇÃO Justiça Forense Impressão Digital Análise de DNA Reconhecimento de Faces Defesa / Militar Alvos em imagens de satélite Tracking em tempo real de alvos para lançamento de mísseis, etc Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

57 APLICAÇÕES MÉDICAS << Radiografia Tomografia computadorizada >> Ressonância Magnética V Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

58 FERRAMENTAS / BIBLIOTECAS Photoshop / Gimp Imagemagick ImageJ Matlab / Scilab / Octave OpenCV - Biblioteca para C/C++, Python, Java OpenImaJ Biblioteca para Java JAI Biblioteca para Java ITK / VTK - Bibliotecas para C++ Processamento Digital de Imagens: Msc. Daniele C. Oliveira

PRÁTICA CONHECENDO O OBJETO BUFFEREDIMAGE PARA CRIAR IMAGENS PRETO E BRANCO

PRÁTICA CONHECENDO O OBJETO BUFFEREDIMAGE PARA CRIAR IMAGENS EM NÍVEIS DE CINZA

CONTINUAÇÃO