[pt] Exames de ultrassom possuem um importante papel na obstetrícia devido a seu baixo custo, baixo risco e sua capacidade de execução em tempo real. O advento da ultrassonografia tridimensional possibilitou o uso do volume fetal como medida biométrica para monitorar seu desenvolvimento. A quantificação do volume do feto requer um processo prévio de segmentação, que consiste na rotulação dos pixels pertencentes ao objeto de interesse em uma imagem digital. Não existe, entretanto, um método padrão para a realização da volumetria fetal e a maioria dos estudos conta com a realização de segmentações manuais, que demandam uma alta carga de trabalho repetitivo. A segmentação de imagens de ultrassom é particularmente desafiadora devido à presença de artefatos como o ruído speckle e sombras acústicas e ao fato de que o contraste entre as regiões de interesse é muitas vezes baixo. Neste trabalho, desenvolvemos e testamos um método semiautomático de segmentação do feto em exames de ultrassom 3D. Devido às dificuldades citadas, bons métodos de segmentação em imagens de ultrassom devem fazer uso de características esperadas das estruturas específicas a serem segmentadas. Esse pensamento guiou o desenvolvimento da nossa metodologia que, através uma sequência de passos simples, antingiu bons resultados quantitativos na tarefa de segmentação. / [en] Ultrasound exams have an important role in obstetrics due to its low cost, low risk and real-time capabilities. The advent of three-dimensional ultrasonography has made possible the use of the fetal volume as a biometric measurement to monitor its development. The quantification of the fetal volume requires a previous process of segmentation, which consists in the labelling of the pixels that belong to the object of interest in a digital image. There isn t, however, a standard methodology for fetal volumetry and most studies rely on manual segmentations. The segmentation of ultrasound images is particularly challenging due to the presence of artifacts as the speckle noise and acoustic shadows, and the fact that the contrast between regions of interest is commonly low. In this study, we have developed and tested a semiautomatic method of fetal segmentation in 3D ultrasound exams. Due to the aforementioned difficulties, good ultrasound segmentation methods need to make use of expected characteristics of the specific segmented structures. This thought has guided the development of our methodology that, through a sequence of simple steps, achieved good quantitative results in the segmentation task.

[pt] Esta dissertação visa investigar técnicas de segmentação semântica para a análise de dados de observação da Terra. Dois são os objetivos perseguidos neste estudo. O primeiro é avaliar o potencial de técnicas de segmentação semântica como opção aos métodos tradicionais de segmentação de imagens que tipicamente ignoram a informação semântica. O segundo objetivo consiste em comparar a segmentação semântica com a abordagem típica baseada em objeto (OBIA). O estudo apoia-se numa implementação de segmentação semântica baseada em Campos Aleatórios Condicionais. A estratégia baseada em objeto é representada neste estudo pelo algoritmo de segmentação conhecido como Multiresolução. O classificador Florestas Aleatórias (Random Forests) é utilizado para gerar os chamados potenciais de associação dos campos aleatórios condicionais, bem como para realizar a tarefa de classificação na cadeia de processamento típico da abordagem baseada em objeto. Experimentos realizados sobre duas imagens de altíssima resolução espacial (8 cm) indicaram uma clara superioridade da segmentação semântica, tanto em termos de acurácia espacial quanto de acurácia temática. Embora carentes de uma análise mais aprofundada que permita a generalização de suas conclusões, os resultados obtidos no presente estudo provêm elementos suficientes para encorajar a pesquisa futura sobre a aplicação da segmentação semântica na composição de estratégias sofisticadas de classificação de imagens, em particular sendo parte de modelos baseadas em objeto. / [en] This dissertation investigates semantic segmentation techniques for the analysis of Earth observation data. This study has two main task. The first one is to assess the potential of semantic segmentation techniques as an option to traditional image segmentation methods that typically ignore the semantic information. The second objective is to compare the semantic segmentation with the typical objectbased approach (OBIA). The study is based on an implementation of semantic segmentation based on Conditional Random Fields. The object-based approach is represented in this study by the segmentation algorithm known as Multiresolution. The Random Forests classifier is used to generate the association potentials for the conditional random fields and to perform the classification task in a representative implementation of the typical object-based approach. Experiments carried out on two high spatial resolution images (8 cm) indicated a clear superiority of semantic segmentation, both in terms of spatial accuracy and thematic accuracy. Although a more extensive analysis is required for the generalization of the aforementioned conclusions, the results of this study provide enough evidence to encourage a future research on the use of semantic segmentation to compose sophisticated image classification models, in particular being part of models inspired in the OBIA approach.

[pt] A ocupação informal nas periferias dos centros urbanos brasileiros cresce de modo acelerado. O Sensoriamento Remoto provê técnicas eficientes para medir esta expansão. Em cidades com topografia acidentada, como o Rio de Janeiro, a expansão inicial, preponderantemente horizontal, acaba dando lugar à expansão vertical, à medida que novos pavimentos vão sendo construídos sobre edificações já existentes. Para estimar o crescimento de assentamentos deste tipo requerem-se, portanto, técnicas de medição 3D. Esta pesquisa propõe um método para produção de Modelos Digitais de Superfície (MDS) a partir de pares estereoscópicos de imagens fotogramétricas digitais. O método tem como entrada um MDS inicial calculado a partir de um par de imagens estereoscópicas sem qualquer conhecimento a priori da semântica da cena imageada. O MDS de entrada é então refinado levando-se em conta informação relativa à geometria das edificações identificadas. O método baseia-se no conhecimento a priori de que edificações em assentamentos informais de grandes centros urbanos no Brasil têm em geral altura aproximadamente constante. O processo envolve três passos principais: primeiramente são identificados os topos das edificações em cada par de imagens estereoscópicas. Em seguida, as regiões de topo homólogas são pareadas. O terceiro passo envolve a extração 3D das edificações. Ao final, obtém-se um MDS mais exato do que o inicial, além de uma imagem rotulada com a semântica dos objetos identificados. Os resultados obtidos com base nos experimentos realizados sobre imagens aéreas de uma área teste do município do Rio de Janeiro apresentaram uma melhora significativa de acurácia relativamente ao MDS de entrada. / [en] Informal settlements in many Brazilian urban centers are growing up quickly. Remote Sensing techniques provide a cost-effective mean to measure such an expansion. In cities with rough topography, like the city of Rio de Janeiro, the initial expansion, predominantly horizontal, is gradually being shifted to vertical, as new floors are being built on the existing buildings. To estimate the changing of such type of buildings, 3D measuring techniques are required. This research proposes a method for generating Digital Surface Model (DSM) from digital photogrammetry techniques. The method takes an initial DSM calculated from a pair of stereoscopic images as input. These models have no knowledge of image scenes semantics. The input DSM is refined taking into account the information about the geometry of buildings identified by a process of segmentation and interpretation applied to both images of the stereo pair. The method is based on a priori knowledge that buildings from informal settlements in large urban centers in Brazil generally have their roof tops at approximately constant height (flat roofs). The process involves three main steps: firstly the tops of buildings are identified in each pair of stereoscopic images. Then, the regions corresponding to the top of the buildings are matched. The third step involves the 3D extraction of those buildings. Finally, the method generates a more accurate DSM plus an image label with the semantics of the identified buildings. The results obtained in the experiments on airborne imagery of a test area in the city of Rio de Janeiro showed a significant improvement in the original DSM, as it takes into account the semantics of the 3D reconstructed buildings.

[pt] A técnica de análise de imagens conhecida pelo acrônimo de GEOBIA (do inglês Geographic Object Based Image Analysis) torna possível a exploração de uma série de novos recursos no processo de classificação de imagens de sensoriamento remoto, em comparação com as alternativas tradicionais baseadas em pixel. Esta possibilidade resulta da introdução de uma etapa de segmentação no processo de análise. Os novos recursos referem-se às propriedades espectrais, texturais, morfológicas e topológicas computadas para os diferentes segmentos de imagem. A abordagem de segmentação habitual encontrada na maioria dos trabalhos de GEOBIA depende de uma hierarquia de segmentações, cada nível de hierarquia associado a um número de classes de objetos caracterizados por tamanhos similares, ou seja, detectáveis em uma determinada escala. A prática usual, porém, não considera segmentações específicas para cada uma das classes de interesse no problema de interpretação, agrupando objetos de mesma escala em um procedimento de segmentação única, ou seja, usando o mesmo algoritmo e parâmetros. A tese investigada neste trabalho baseia-se na suposição de que, se segmentações não são especializadas para cada classe de objeto, então muitos atributos a eles relacionados não podem ser devidamente explorados no processo de classificação. A metodologia proposta baseia-se em uma regra específica para resolver eventuais conflitos espaciais entre as diferentes segmentações. Os resultados experimentais obtidos com base nos experimentos realizados apresentaram um desempenho melhor que o de costume, isto é, produziu melhores resultados de classificação, na maior parte dos problemas de interpretação investigados. / [en] Geographic Object-Based Image Analysis (GEOBIA) makes it possible to exploit a number of new features in the remote sensing image classification process in comparison to the traditional pixel-based alternatives. Such possibility arises from the introduction of a segmentation step in the analysis process. The new features refer to aggregated spectral pixel values, textural, morphological and topological properties computed for the different image segments. The usual segmentation approach found in most GEOBIA works relies on a hierarchy of segmentations, each hierarchy level associated to a number of classes of objects characterized by similar sizes, i.e., which are detectable at a particular scale. The usual practice, therefore, does not consider specific, independent segmentations for each class of interest in the interpretation problem, grouping objects at the same scale through a single segmentation procedure, for instance, using the same algorithm and parameters. The thesis investigated in this work lied on the assumption that if segmentations are not specialized for each object class, then many object features cannot be properly exploited in the classification process. The proposed approach relies on a specific rule to solve eventual spatial conflicts among different segmentations. The experimental results have showed that the proposed approach performed better, i.e., produced better classification results, than the usual one in most of the investigated interpretation problems.

[pt] O objetivo geral deste trabalho é avaliar o impacto relativo da utilização de atributos de forma na segmentação de imagens de diferentes características e classes de objeto distintas. Para tanto, uma extensão do método de Segmentação Multiresolução (Baatz00) foi proposta e implementada, permitindo que vários atributos de forma possam ser considerados no processo de crescimento de regiões. Para se selecionar a métrica usada na avaliação da qualidade da segmentação, oito métricas disponíveis na literatura foram consideradas. O desempenho relativo das oito métricas foi verificado experimentalmente e avaliada a correlação entre este desempenho e a percepção humana da qualidade da segmentação. Na sequência, dez atributos de forma foram selecionados. A qualidade das segmentações realizadas considerando um atributo de forma de cada vez foi então comparada com a qualidade de segmentações baseadas somente na cor. Depois disso o impacto da utilização de pares de atributos de forma no processo de segmentação foi avaliado. Os experimentos foram realizados para quinze classes de objetos distintas presentes em doze imagens representativas de áreas de aplicação diferentes – sensoriamento remoto, microscopia e imagens médicas. Os resultados confirmam a importância dos atributos de forma na qualidade da segmentação e suscitam uma discussão sobre trabalhos futuros. / [en] This work’s general goal is to evaluate the relative impact of using different morphological attributes on the segmentation of different images and object classes. Therefore, this work proposes an extension to the Multiresolution Segmentation method (Baatz00), in a way that several morphological attributes can be considered in the region growing process. In order to select a segmentation quality assessment metric to be used in the evaluation of the proposed segmentation algorithm, a study on eight metrics available in the literature was conducted. This study aimed at assessing the relative performance of the quality metrics and to verify which of them presented the higher correlation with the human perception of segmentation quality. Eight shape attributes were then chosen to compose the heterogeneity criterion and the quality of segmentations using one shape attribute at a time was compared with the color only based segmentation. After that, the impact of using pairs of morphological attributes was also evaluated. The experiments were performed over fifteen classes of interest present in twelve different images, representing application areas such as remote sensing, microscopy and medical images. The results confirm the importance of including morphological attributes in the segmentation process and promote an interesting discussion about future works.

[pt] A segmentação de imagens com objetivo de determinar a forma de objetos é ainda um problema difícil. A separação de regiões que correspondem a objetos contidos na imagem geralmente leva em consideração propriedades de similaridade, proximidade e descontinuidade. A imagem a ser segmentada pode ser de diversas naturezas, como fotografias, imagens médicas e sísmicas. Podemos encontrar na literatura muitos métodos de segmentação propostos como possíveis soluções para diferentes problemas. Recentemente a técnica de superpixel tem sido utilizada como um passo inicial que reduz o tamanho da entrada do problema. Este trabalho propõe uma metodologia de segmentação de imagens fotográficas e de ultrassom que se baseia em variantes de superpixels. A metodologia proposta se adapta a natureza da imagem e a complexidade do problema utilizando diferentes medidas de similaridade e distância. O trabalho apresenta também resultados que buscam esclarecer o procedimento proposto e a escolha de seus parâmetros. / [en] Image segmentation for object modeling is a complex task that is still not well solved. The separation of the regions corresponding to each object in an image is based on proximity, similarity, and discontinuity of its boundaries. The image to be segmented can be of various natures, including photographs, medical and seismic images. We can find in literature many proposed segmentation methods used as solutions to different problems. Recently the superpixel technique has been used as an initial step that reduces the size of the problem input. This work proposes a methodology of segmentation of photographs and ultrasound images based on variants of superpixels. The proposed methodology adapts to the image s nature and to the problem s complexity using different measures of similarity and distance. This work also presents results that seek to clarify the proposed procedure and the choice of its parameters.

[pt] Nas últimas décadas, a área de detecção da face e suas características tem recebido bastante atenção da comunidade científica dada sua importância em diversas aplicações, tais como, reconhecimento de faces, interação humanocomputador, reconhecimento de expressões faciais, segurança, etc. Esta dissertação propõe a utilização de um classificador baseado em FERNS no treinamento e reconhecimento de pontos característicos a fim de possibilitar a detecção das características da face. São revistas, brevemente, as principais abordagens utilizadas na detecção de características faciais e a teoria de reconhecimento de pontos característicos utilizando os FERNS. Também é apresentada uma implementação de um detector de características da face baseado nos FERNS e os resultados obtidos. O método proposto conta com uma fase de treinamento offline durante a qual diversas vistas dos pontos característicos extraídos de uma imagem de treinamento são sintetizadas e utilizadas no treinamento dos FERNS. A detecção das características da face é realizada nas imagens obtidas, em tempo real, de diversos pontos de vista e sob diferentes condições de iluminação. / [en] Over the last decades, face detection and facial features detection have received a great deal of attention from the scientific community, since these tasks are essential for a number of important applications, such as face recognition, face tracking, human-computer interaction, face expression recognition, security, etc. This work proposes the use of a classifier based on FERNS to recognize interest points across images and then detect and track the facial features. We begin with a brief review of the most common approaches used in facial features detection and also the theory around the FERNS. In addition, an implementation of the facial features detection based on FERNS is present to provide results and conclusions. The method proposed here relies on an offline training phase during which multiple views of the keypoints to be matched are synthesized and used to train the FERNS. The facial features detection is performed on images acquired in real-time from many different viewpoints and under different lighting conditions.

[pt] Nós abordamos a tarefa de segmentação de páginas de notícias; mais especificamente identificação do título, data de publicação e corpo da notícia. Embora existam resultados muito bons na literatura, a maioria deles depende da renderização da página, que é uma tarefa muito demorada. Nós focamos em cenários com um alto volume de documentos, onde desempenho de tempo é uma necessidade. A abordagem escolhida estende nosso trabalho prévio na área, combinando propriedades estruturais com traços de atributos visuais, calculados através de um método mais rápido do que a renderização tradicional, e algoritmos de aprendizado de máquina. Em nossos experimentos, nos atentamos para alguns fatos não comumente abordados na literatura, como tempo de processamento e a generalização dos nossos resultados para domínios desconhecidos. Nossa abordagem se mostrou aproximadamente uma ordem de magnitude mais rápida do que alternativas equivalentes que se apoiam na renderização completa da página e manteve uma boa qualidade de extração. / [en] We tackle the task of news webpage segmentation, specifically identifying the news title, publication date and story body. While there are very good results in the literature, most of them rely on webpage rendering, which is a very time-consuming step. We focus on scenarios with a high volume of documents, where a short execution time is a must. The chosen approach extends our previous work in the area, combining structural properties with hints of visual presentation styles, computed with a faster method than regular rendering, and machine learning algorithms. In our experiments, we took special attention to some aspects that are often overlooked in the literature, such as processing time and the generalization of the extraction results for unseen domains. Our approach has shown to be about an order of magnitude faster than an equivalent full rendering alternative while retaining a good quality of extraction.

[pt] Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e os resultados deste projeto de mestrado, cujo objetivo, de caráter multidisciplinar, foi desenvolver uma metodologia e uma ferramenta para segmentação do fígado, seus vasos e subregiões a partir de imagens de tomografia computadorizada da região abdominal, utilizando procedimentos de segmentação automática de imagens e visualização tridimensional de dados. A metodologia sugerida segmenta primeiramente o fígado, utilizando uma abordagem de modelos deformáveis implícitos, chamada level sets, estimando os seus parâmetros através do uso de algoritmos genéticos. Inicialmente, o contorno do fígado é manualmente definido em um tomo como solução inicial, e então o método segmenta automaticamente o fígado em todos os outros tomos, sequencialmente. Os vasos e nódulos do fígado são então identificados utilizando um modelo de mistura de funções proporcionais a gaussianas, e um método de segmentação de crescimento de regiões por histerese. As veias hepáticas e portas são classificadas dentro do conjunto de vasos, e utilizadas em uma modelagem matemática que finalmente divide o fígado em oito sub-regiões de Couinaud. Esta metodologia foi testada em 20 diferentes exames e utilizando cinco diferentes medidas de performance, e os resultados obtidos confirmam o potencial do método. Casos com baixo desempenho são apresentados para promover desenvolvimentos futuros. / [en] This dissertation presents the development and results of this M.Sc project, whose multidisciplinary objective, was to develop a methodology and a tool to segment the liver, its vessels and subregions from abdominal computed tomography images, using procedures of automatic image segmentation and visualization of three-dimensional data. The suggested methodology segments initially the liver, using an approach based on implicit deformable models, called level sets, estimating its parameters using genetic algorithms. Initially, the liver boundary is manually set in one slice an initial solution, and then the method automatically segments the liver in all other slices, sequentially. Then the vessels and nodules of the liver are identified using both a model of mixture of functions proportional to Gaussians, and a segmentation method called region growing that uses hysteresis information. The hepatic and portal veins are classified within the set of vessels, and used in a mathematical modeling that eventually divides the liver into the eight subregions of Couinaud. The methodology was tested to segment the liver using 20 different exams and five different measures of performance, and the results obtained confirm the potential of the method. The cases in which the method presented a poor performance are also discussed in order to instigate further research.

[pt] O presente trabalho teve por objetivo analisar o Projeto de Segmentação implementado na Caixa Econômica Federal, bem como verificar a percepção que os gerentes de agências tiveram do êxito do mesmo. Efetuou-se a descrição do Projeto de Segmentação, abrangendo suas fases de implantação e de desenvolvimento estratégico, em seus múltiplos aspectos, apresentando as vantagens do mesmo enquanto estratégia de marketing para a fidelização dos diversos tipos de clientes. Os resultados se baseiam em entrevistas com 68 gerentes de 20 agências da zona sul da cidade do Rio de Janeiro. Os resultados mostram que as percepções dos gerentes são favoráveis ao Projeto de Segmentação, contudo apontam para a necessidade de manter um processo de melhoria contínua e o cuidado com a pulverização da informação num Projeto desta magnitude. / [en] The Segmentation Project that was implemented by Caixa Econômica Federal was the main objective of this dissertation. It was also aimed to verify the perception of the branches manager`s about the success of this Project. The dissertation implied several steps. It began with the Segmentation Project description itself and the Strategic Plan in its multiple aspects, presenting the its advantages as a means of a marketing strategy to attract and keep several types of costumers. The results were based in interviews with 68 managers of several branches from the South Zone of the City of Rio de Janeiro. It shows that the perception of the managers are favorable to the Segmentation Project, however, it points out to the needs of keeping a continuous amelioration process and the preoccupation with the information diffusion in such a Project of this magnitude.