Processamento Digital de Imagens
Objetivos e Introdução
Prof. Sergio Ribeiro
Ciência da Computação Tópicos
� Introdução� Breve Histórico� Processamento de Imagens Médicas� Percepção por Máquina� Processamento de Imagens e Computação Gráfica� Complexidade de um Sistema� Elementos de um Sistema de Visão Computacional� Aquisição, Armazenamento e Exibição
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Introdução
� Este curso abordará conceitos, técnicas e ferramentas de processamento de imagens com o objetivo de mostrar como se processa imagens para algum fim específico.
� É uma disciplina interessante por possuir uma abordagem teórica e prática, com aplicações em diversas áreas:� Medicina� Robótica� Segurança, etc.
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Introdução� Computação Gráfica
� Dedica-se a criação de imagens digitais a partir de descritores predefinidos. Entrada: Atributos do ambiente, Saída: Ambiente digital modelado.
� Visão Computacional� Dedica-se a extração de características da imagem como formas
geométricas a fim de que informações possam ser inferidas e utilizadas para tomada de decisão. Entrada: Imagem digital. Saída: Decisão a partir das informações extraídas.
� Processamento Digital de Imagens� Dedica-se a aplicações de algoritmos que visam aperfeiçoar
características da imagem afim de permitir a manipulação e extração de informações.
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Introdução
VisãoComputacional
Dados
ComputaçãoGráfica
Imagens
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Introdução
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Breve Histórico
� Interesse em métodos de PDI ⇒ deve-se ao grande número de aplicações em duas categorias distintas:� Melhoramento de informação visual ⇒
interpretação humana.� Análise automática por computador de
informações extraídas de uma cena.
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Breve Histórico
� Uma das 1as aplicações da 1ª categoria ⇒melhoramento de imagens digitalizadas para jornais (sistema Bartlane – Londres a Nova Yorque – 1920).
� Mas o grande impulso na área de processamento de imagens ocorreu 3 décadas depois ⇒surgimento de computadores digitais com a contribuição de John von Neumann.
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Breve Histórico
� Importantes avanços fizeram surgir computadores cada vez mais poderosos para serem utilizados no processamento digital de imagens:
1. A invenção do transistor em 1948.2. Desenvolvimento de linguagens como Cobol e Fortran (1960).3. Invenção do circuito integrado (CI) em 1958.4. Desenvolvimento de sistemas operacionais no início de 1960.5. Desenvolvimento do microprocessador pela Intel nos anos 1970.6. Lançamento, pela IBM, do computador pessoal em 1981.7. Miniaturização progressiva de componentes (LSI → VLSI →
ULSI) na década de 1980.
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Breve Histórico
� Técnicas de realce e restauração de imagens foram desenvolvidas e aprimoradas na década de 60 ⇒ imagens da lua transmitidas por sondas espaciais eram processadas por computador ⇒correção de vários tipos de distorção inerentes à câmera de TV acoplada à sonda.
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Breve Histórico
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Breve Histórico
� Da década de 60 aos dias atuais ⇒ área de PDI apresentou crescimento expressivo com aplicações em diversos ramos da atividade humana:� Medicina� Biologia� Automação industrial� Segurança, etc.
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Processamento de Imagens Médicas
� As inovações tecnológicas das últimas décadas viabilizaram grandes avanços na área da saúde. Em especial, as tecnologias associadas a imagens médicas têm oferecido relevantes contribuições à prática da Medicina moderna. Tais imagens oferecem não apenas uma forma de visualização de órgãos, tecidos, ossos e outras estruturas do corpo de um paciente, mas, também, meios para monitorar efeitos de tratamentos e subsídios para o planejamento de cirurgias.
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Processamento de Imagens Médicas
� Na medicina, procedimentos computacionais melhoram o contraste ou codificam os níveis de intensidade em cores de modo a facilitar a interpretação de imagens de raio X e outras imagens biomédicas.
� Aplicações:� Diagnóstico� Tratamento� Planejamento cirúrgico
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Processamento de Imagens Médicas
� Segmentação� Identificar as formas significativas em uma imagem
afim de fornecer informações para a sua interpretação e possível planejamento.
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Processamento de Imagens Médicas
� Segmentação para a identificação:
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Processamento de Imagens Médicas
Segmentação
Limiardefina limiar
para linha = 1 até quantidade_linhas
para coluna = 1 até quantidade_colunas
se pixellinha,coluna < limiar
pixellinha,coluna ← 0
senão
pixellinha,coluna ← maximo_escala_cinza
fim se
fim para
fim para
Alg
or
it
mo
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Percepção por Máquina
� 2ª maior área de aplicações de técnicas de PDI ⇒ solução de problemas relacionados à percepção por máquina.
� Objetivo ⇒ extrair de uma imagem informação adequada ao processamento computacional.� Ex: medidas de distância multidimensionais.
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Percepção por Máquina
� Problemas típicos em percepção por máquina:� Reconhecimento automático de caracteres.� Visão computacional industrial.� Processamento automático de impressões
digitais, etc.
� Soluções são restritas ao domínio.
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Processamento de Imagens e Computação Gráfica
� Ao tratar imagens, a informação pode estar associada a uma medida ou pode estar associada a um nível cognitivo.
� Comparação entre PI e CG:� Computação Gráfica ⇒ parte de uma informação
precisa para obter uma imagem ou um filme.� Processamento de Imagem ⇒ parte da imagem
para obter uma informação.
� Embora pareçam opostos, podem fazer uso de técnicas semelhantes ou complementares.
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Complexidade de um Sistema� Processar uma imagem, como é feito pelo
sistema visual humano (SVH), é extremamente complexo.
� Realizar as tarefas que o SVH exige uma compreensão filosófica do mundo ou dos conhecimentos humanos.
� Por isso PI é uma área com extrema dependência do sistema no qual está associado.
� Não existe uma solução única e abrangente para todos os problemas (não existência de sistemas complexos e que funcionem para todos os casos).
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Complexidade de um Sistema
Anatomia do olho humano
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Complexidade de um Sistema
Anatomia do olho humano
� No olho, as imagens são formadas sobre a retina, numa área sensível à luz localizada no fundo do olho.
� Na retina estão localizados dois tipos de células foto-receptoras: os bastonetes e os cones.
� Os bastonetes distinguem a presença e a ausência de luz ou tons intermediários.
� Os cones percebem as cores.
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Complexidade de um Sistema
Anatomia do olho humano� Existem três tipos de cones nos nossos olhos, cada um
especializado em comprimentos de luz curtos (S), médios (M) ou longos (L).
� O conjunto de sinais possíveis dos três tipos de cones define a gama de cores que conseguimos ver.
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Elementos de um Sistema de Visão Computacional
Aquisição
Pré-processamento
Segmentação
Extração de Atributos
Reconhecimento e Interpretação
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Elementos de um Sistema de Visão Computacional
Aquisição
Pré-processamento
Segmentação
Extração de Atributos
Reconhecimento e Interpretação
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Aquisição
Pré-processamento
Segmentação
Extração de Atributos
Reconhecimento e Interpretação
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Aquisição
Pré-processamento
Segmentação
Extração de Atributos
Reconhecimento e Interpretação
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Elementos de um Sistema de Visão Computacional
Aquisição
Pré-processamento
Segmentação
Extração de Atributos
Reconhecimento e Interpretação
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Aquisição
� Converte uma imagem em uma representação numérica adequada para o processamento digital subsequente.
� Compreende dois elementos principais:� Dispositivo físico sensível a uma faixa do
espectro eletromagnético.� Digitalizador propriamente dito.
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Armazenamento
� Foi considerado um problema no projeto de sistemas de PDI ⇒ grande quantidade de bytes para armazenar uma imagem grande.
� Ex1: imagem de 8 bits com resolução de 1024 x 1024 pixels ⇒ um milhão de bytes.
� Ex2: 1 hora de vídeo 352 x 240 em AVI sem compressão ⇒ 15 GB.
� Armazenamento ⇒ medido em bytes, kbytes, Mbytes, Gbytes e Tbytes.
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Processamento
� Envolve procedimentos normalmente expressos sob forma algorítmica.
� Com exceção das etapas de aquisição e exibição ⇒ maioria das funções de PDI pode ser implementada via software.
� Uso de hardware especializado para PDI ⇒necessário quando certas limitações do computador forem intoleráveis.
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Exibição
� Monitor de vídeo ⇒ elemento fundamental de um sistema PDI.
� A tecnologia mais usual ainda é o TRC (tubo de raios catódicos).
� Um TRC segue um padrão de vídeo.� Um padrão comum possui 480 linhas
horizontais entrelaçadas.� A varredura de um quadro é feita em duas
etapas:Processamento Digital de Imagens 34
Exibição
� primeiro se varre as linhas impares, depois as linhas pares.
� Cada uma destas etapas é denominada campo.
� O tempo necessário para percorrer um campo é 1/60s.
� Características de persistência visual do olho humano ⇒ varredura individual de cada campo não seja perceptível.
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