Orientador: Antonio Maria Garcia Tommaselli / Banca: Edson Aparecido Mitishita / Banca: Daniel Rodrigues dos Santos / Banca: Mauricio Galo / Banca: Antero Kukko / Abstract: This research proposes a new technique for close-range mobile data acquisition and processing, consisting of a backpacked light-weight low-cost system. This system integrates an omnidirectional camera and a GPS/IMU system (Global Positioning Systems/Inertial Measurement Unit System) with a tailored photogrammetric processing chain to obtain sensor location and 3D points coordinates using the fisheye images. Omnidirectional systems, based on multiple cameras covering a full-spherical field of view, have been used in close range photogrammetry applications. The use of omnidirectional systems is especially motivated by their 360° coverage around the sensor, which allows more features to be tracked in a single image shot, and by the light weight and low cost of some off-the-shelf omnidirectional cameras. This kind of systems have been named as Personal Mobile Terrestrial System (PMTS). There are only few studies focusing on PMTS using omnidirectional systems. This research assessed the performance of an omnidirectional PMTS based exclusively on low-cost technologies to indirectly estimate forest and outdoor urban features. An accuracy evaluation of GPS and IMU sensors and the development of rigorous photogrammetric processing considering fisheye geometry were performed. PMTS data, i.e fisheye images and navigation data, are input information for the photogrammetric process. The proposed photogrammetric process focused on omnidirectional camera modelling, feature-based matching an... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: Este trabalho propõe uma nova técnica para aquisição e processamento de dados obtidos com um sistema de mapeamento móvel terrestre leve e de baixo custo embarcado em mochila, conhecido como PMTS (Personal Mobile Terrestrial System - Sistema de Mapeamento Móvel Pessoal). O sistema de mapeamento móvel proposto é composto por uma câmara omnidirecional (imagens fisheye) e um sistema de navegação GPS/IMU (Global Positioning Systems/ Inertial Measurement Unit System). As imagens do tipo fisheye e os dados de navegação coletados com o PMTS são utilizados em um processo fotogramétrico adaptado para a geometria das imagens fisheye para obter a posição do sensor e as coordenadas tridimensionais (3D) do ambiente mapeado (nuvem de pontos). Sistemas omnidirecionais baseado em múltiplas câmaras vêm ganhando visibilidade em diversas aplicações na Fotogrametria a curta distância, como a navegação autônoma e o mapeamento móvel de cidades, floresta e ambientes internos. O uso de múltiplas câmaras é principalmente motivado pelo seu amplo campo de visada (360°), sua portabilidade, o baixo custo de algumas câmaras disponíveis no mercado e seu sistema óptico compacto, sem a necessidade de espelhos externos (sistema catadióptricos) ou dispositivos rotativos (câmaras de varredura por rotação). No entanto, existem poucos estudos voltados ao desenvolvimento de PMTS usando sistemas omnidirecionais. O imageamento de 360° em torno do sensor permite que mais feições sejam mapeadas em uma única imagem, sen... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-04-10T13:52:44Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 7335609 bytes, checksum: 36caabaacd5a9c49963fb66e529252aa (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-10T13:52:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 7335609 bytes, checksum: 36caabaacd5a9c49963fb66e529252aa (MD5) Previous issue date: 2016-10-25 / Câmeras de ação (ASC - Action Sport Camera) são principalmente utilizadas para fins recreativos. Porém contínuas melhorias técnicas, em correspondência a uma redução de custo, cria a possibilidade de seu uso em análises tridimensionais (3D) de movimentos, como no estudo de gestos esportivos e na avaliação quantitativa do desempenho atlético. Nesse contexto, o objetivo geral dessa dissertação foi avaliar a utilização de câmeras de ação (ASC – Action Sport Camera) para a análise cinemática tridimensional. No primeiro estudo o objetivo foi avaliar o efeito de diferentes estratégias de aquisição no protocolo de calibração das ASC e como isso afeta a exatidão tridimensional. Duas GoPro Hero3+ Black (frequência: 60Hz; resolução de imagem: 1280×720 / 1920×1080 pixels) foram posicionadas dentro da água em uma piscina, abrangendo um volume de trabalho de aproximadamente 6m 3 . Foi implementado um procedimento específico de calibração com duas etapas, que consiste na aquisição de um triedro estático e de um bastão em movimento, com nove e um marcadores esféricos passivos, respectivamente. Após avaliar os parâmetros da câmera, foram adquiridas várias posições de uma barra rígida, contendo dois marcadores de distância conhecida, dentro do volume de trabalho. O erro médio da reconstrução sobre a distância inter-marcadores foi inferior a 2,5mm (1280×720) e 1,5mm (1920×1080). Os resultados deste estudo demonstram que a calibração subaquática de ASC é viável, permitindo medições cinemáticas quantitativas com exatidão comparável aos sistemas tradicionais de captura de movimento. No segundo estudo o objetivo foi avaliar a exatidão e reconstrução tridimensional a partir das configurações de aquisição permitida pelas câmeras (diferentes resoluções de imagem, ângulos de visão e frequências de aquisição) em movimentos dentro (piscina) e fora (laboratório) da água. A fim de calibrar o par de câmeras, marcadores esféricos pretos foram colocados em duas ferramentas de calibração, utilizadas tanto dentro quanto fora da água, e uma otimização não-linear de duas etapas foi realizada. A exatidão na reconstrução 3D dos marcadores e a reprodutibilidade ao estimar os parâmetros das câmeras representaram o desempenho do sistema. Para ambos ambientes (laboratório e subaquático), os testes estatísticos foram focados na comparação de diferentes configurações das câmeras. Em seguida, cada configuração foi comparada para os dois ambientes. E foi demonstrada uma aplicabilidade de obtenção de variáveis cinemáticas dentro da água. Em todas as resoluções avaliadas, e em ambos ambientes (laboratório e subaquático), o erro de reconstrução foi inferior a 3mm e o erro relacionado ao volume de trabalho diagonal variou de 1: 2000 (3×1,3×1,5 m 3 ) a 1:7000 (4,5×2,2×1,5 m 3 ) em concordância com a literatura. Estatisticamente, a exatidão 3D obtida em laboratório foi inferior (p<10 -5 ) à subaquática, em todas as configurações de câmera testadas. Em relação à reprodutibilidade dos parâmetros das câmeras, foi encontrada uma baixa variabilidade nos dois ambientes (1.7% e 2.9%, laboratório e subaquático). Na avaliação cinemática do nado foi possível reconstruir a trajetória submersa do nado crawl. Foi identificada uma manutenção do padrão de braçada durante todo o nado e uma técnica comparada ao modelo proposto na literatura. Esses resultados apoiam o uso da tecnologia das ASC para realizar reconstruções quantitativas tanto em laboratório quanto em ambiente subaquático. No terceiro estudo o objetivo foi avaliar, em condição de laboratório, a precisão, exatidão e dados cinemáticos das câmeras ASC e comparar a um sistema comercial de análise de movimento 3D. Quatro câmeras GoPro Hero3+ Black (frequência: 120Hz; resolução de imagem: 1280×720 pixels) e quatro câmeras ViconMX40 (frequência: 120Hz; resolução de imagem: 2353×1728 pixels) foram utilizadas para comparação. Para calibração das câmeras foram utilizadas as ferramentas e o procedimento recomendado pela Vicon (Oxford Metrics Ltd., UK). O desempenho do sistema foi representado pela precisão e exatidão na reconstrução 3D dos marcadores e pela aquisição de dados cinemáticos da marcha e salto. Apesar de ser encontradas altas correlações (r=0,99) e desvios (bias) inferiores a 3mm, os dois sistemas apresentaram uma diferença sistemática confirmada pelo viés estatisticamente significativo. Em relação à exatidão foi encontrada uma diferença entre os dois sistemas, com um erro de 8 a 10 vezes maior para as câmeras ASC. Apesar desses resultados, não foram encontradas diferenças entre os dados cinemáticos. Isso sugere que, apesar do sistema comercial Vicon alcançar melhor desempenho que o sistema com câmeras ASC, como era esperado, em termos práticos, as diferenças não foram significativas para a obtenção de parâmetros cinemáticos. O objetivo principal de um sistema é a análise de movimentos e, desta forma, a ASC se mostrou viável na avaliação da cinemática 3D de movimentos humanos. No quarto estudo o objetivo foi avaliar os parâmetros de exatidão da reconstrução tridimensional e dados cinemáticos fornecidos por câmeras optoeletrônicas e câmeras de ação, colocadas em movimento. Experimentalmente as câmeras foram fixadas em uma estrutura rígida móvel (4,4×4×2,5m 3 ) e os dados foram adquiridos simultaneamente pelos dois tipos de câmeras. Foram realizadas aquisições de um teste de barra rígida e da marcha humana para avaliar a exatidão da reconstrução 3D e calcular as variáveis lineares e angulares da marcha. Algoritmos foram desenvolvidos para fazer a translação do sistema de coordenadas global a partir de pontos de referência dispostos no chão de um corredor de 40 metros, conforme as câmeras e a estrutura se movimentavam. Como resultado preliminar, é importante ressaltar que o erro percentual encontrado (1%) pelas câmeras ASC é comparável ao erro encontrado em aquisições com o sistema estático, como visto no artigo 3 dessa dissertação. Em relação aos dados cinemáticos destaca-se a captura de aproximadamente 18 ciclos de passada em uma única aquisição, fato importante a ser considerado para se definir um padrão de movimento. Além disso, os dois sistemas de avaliação cinemática encontraram valores próximos para as variáveis analisadas. O artigo ainda está em fase de finalização, no entanto sugere que, ao avaliar movimentos em deslocamento horizontal de aproximadamente 40 metros, é viável utilizar ASC para reconstruir tridimensionalmente uma marcha natural, não delimitada à laboratório. Em conclusão, essa dissertação sugere que as ASC são viáveis para avaliar tridimensionalmente movimentos humanos. / Action sport camera (ASC) are used mainly for recreational purposes but their continuous technical improvements, in correspondence of cost decreases, creates the possibility of to use in three-dimensional (3D) motion analysis, as in sports gestures study and athletic performance evaluation quantitatively. In this context, the main purpose of this thesis was to evaluate the usage of the action sport camera (ASC) for three-dimensional (3D) kinematic analysis. In the first study the aim was to evaluate the effect of different acquisition strategies on the calibration protocol of the ASC and how this affects the three-dimensional accuracy. Two GoPro Hero3+ Black (frequency: 60Hz; image resolutions: 1280×720/1920×1080 pixels) were located underwater into a swimming pool, surveying a working volume of about 6m 3 . A two-step custom calibration procedure, consisting in the acquisition of one static triad and one moving wand, carrying nine and one spherical passive markers, respectively, was implemented. After assessing camera parameters, a rigid bar, carrying two markers at known distance, was acquired in several positions within the working volume. The average error upon the reconstructed inter-marker distances was less than 2.5mm (1280×720) and 1.5mm (1920×1080). The results of this study demonstrate that the calibration of underwater ASC is feasible enabling quantitative kinematic measurements with accuracy comparable to traditional motion capture systems. In the second study the aim was to evaluate the reconstruction accuracy three-dimensional from the acquisition configurations allowed by the cameras (different image resolutions, fields of view and acquisition frequencies) in in-air (laboratory) and underwater (swimming pool) movements. In order to calibrate the camera stereo pair, black spherical markers placed on two calibration tools, used both in-air and underwater, and a two-step nonlinear optimization were exploited. The 3D reconstruction accuracy of testing markers and the repeatability of the estimated camera parameters accounted for system performance. For both environments, statistical tests were focused on the comparison of the different camera configurations. Then, each camera configuration was compared across the two environments. And it was demonstrated an applicability of obtaining underwater kinematic variables. In all assessed resolutions, and in both environments, the reconstruction error (true distance between the two testing markers) was less than 3mm and the error related to the working volume diagonal was in the range of 1:2000 (3×1.3×1.5m 3 ) to 1:7000 3 (4.5×2.2×1.5m ) in agreement with the literature. Statistically, the 3D accuracy obtained in the in-air environment was poorer (p<10 -5 ) than the one in the underwater environment, across all the tested camera configurations. Related to the repeatability of the camera parameters, we found a very low variability in both environments (1.7% and 2.9%, in-air and underwater). In the swimming kinematic evaluation it was possible to reconstruct the underwater trajectory of the freestyle. A stroke standard maintenance was identified throughout the swim and a technique compared to the model proposed in the literature. This result encourage the use of ASC technology to perform quantitative reconstruction both in-air and underwater environments. In the third study the aim was to evaluate, in laboratory condition, the precision, accuracy and kinematic data of the ASC cameras and to compare to a commercial system of 3D motion analysis. Four GoPro Hero3+ Black cameras (frequency: 120Hz, image resolution: 1280×720 pixels) and four ViconMX40 cameras (frequency: 120Hz, image resolution: 2353×1728 pixels) were compared. For the camera calibration, the tools and the procedure recommended by Vicon (Oxford Metrics Ltd., UK) were used. The system performance was represented by the precision and accuracy in the 3D reconstruction of the markers and by the acquisition of the gait and jump kinematic data. Although high correlations (r = 0.99) and deviations (bias) of less than 3 mm were found, both systems showed a systematic difference confirmed by the bias statistically significant. Regarding accuracy, a difference between the two systems was found with an error of 8 to 10 times higher for the ASC cameras. Despite these results, no differences were found between the kinematic data. This suggests that although the commercial system Vicon has obtained better performance than the system with ASC camera, as was expected, in practical terms, the differences were not significant for obtaining kinematic parameters. The main objective of a system is the motion analysis and, in this way, the ASC proved to be feasible in the evaluation of the 3D kinematics of the human movements. In the fourth study the aim was to evaluate the accuracy parameters of the 3D reconstruction and the kinematic data provided by optoelectronic cameras and ASC cameras, set in motion. Experimentally the cameras were fixed in a rolling rigid structure (4.4×4×2.5m 3 ) and the data were acquired simultaneously by the two types of cameras. A rigid bar test and human gait were acquired to evaluate the 3D reconstruction accuracy and to calculate the gait linear and angular variables. Algorithms were developed to do the translation of the global coordinate system from reference points arranged on the floor of a 40 meter track runner, according as the cameras and the structure were moving. As a preliminary result, it is important to highlight that the percentage error found (1%) by ASC cameras is comparable to the error found in acquisitions with the static system, as seen in the article 3 of this dissertation. Regarding the kinematic data, it is noteworthy the capture of approximately 18 stride cycles in a single acquisition, an important fact to be considered in order to define a movement pattern. In addition, the two kinematic evaluation systems found close values for the variables analyzed. The article is still being finalized, however, it suggests that when evaluating movements in horizontal displacement of approximately 40 meters, it is feasible to use ASC to reconstruct three-dimensionally a natural gait, not delimited to the laboratory. In conclusion, this dissertation suggests that the ASC are feasible to evaluate human movements three-dimensionally.

Made available in DSpace on 2014-08-13T14:50:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-12-18Bitstream added on 2014-08-13T18:01:25Z : No. of bitstreams: 1 000765596.pdf: 5229990 bytes, checksum: 12cd275f0b5417db4b9b3d6a60ff5144 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Fenologia é uma ciência tradicional que estuda os eventos recorrentes dos ciclos de vida de plantas e animais e da sua relação com o clima, bem como com fatores bióticos e filogenia. O brotamento foliar define a estação de crescimento das plantas e controla processos cruciais dos ecossistemas, tais como: ciclagem de nutrientes, o armazenamento de água e balanço de carbono, regula a produtividade dos ecossistemas terrestres e as dinâmicas de trocas de carbono. Estudos fenológicos têm sido aplicados de forma eficiente no controle de distúrbios ambientais, respondendo a perguntas sobre o atual cenário de mudanças climáticas globais e estimulando a busca de ferramentas inovadoras no monitoramento de plantas. O uso de imagens de satélite e câmeras digitais vem sendo considerado métodos alternativos de observação das mudanças fenológicas. A técnica de fotografias repetidas utilizando câmeras digitais tem aumentado devido ao seu baixo custo, redução no tamanho, facilidade de instalação, e alta resolução dos dados obtidos tornando as câmeras ferramentas confiáveis para uma variedade de aplicações ecológicas. Estas ferramentas vêm sendo efetivamente utilizadas como sensores dos três canais de cor, fornecendo padrões de mudança de cor em folhas e mudanças fenológicas em plantas, principalmente no Hemisfério Norte e em vegetações temperadas. Acompanhamos com câmeras uma área de cerrado para avaliar a confiabilidade de imagens digitais para detectar padrões de mudança foliar com o objetivo de responder às seguintes perguntas: (i) as câmeras digitais são capazes de capturar as trocas foliares numa comunidade tropical de cerrado? (ii) podemos detectar diferenças nas mudanças fenológicas entre espécies e a comunidade de cerrado? (iii) o padrão de verde detectado para cada espécie pelas câmeras pode ser validado pelos dados fenológicos do chão (observação direta das mudanças de folhas das árvores)... / Plant phenology is a traditional science to observe recurring events in plant life cycles and their relation mainly to climate, as well as to biotic factors and phylogeny. Leafing in plants defines the growth season and controls crucial ecosystems processes such as nutrient cycling, water storage, and carbon balance, regulating the productivity in terrestrial ecosystems and the dynamics of carbon sequestration. Phenological studies have been efficiently applied to track environmental changes, answering questions about the current scenario of global climate change and stimulating the search for innovative tools of plant monitoring. The use of satellite imagery and digital cameras has being considered as alternative methods of observation of phenological changes. The technique of taken repeated photographs using digital cameras has increased due the low cost investment, reduction in size to set up installation, and the possibility of dealing with high resolution data, making digital cameras reliable tools for a range of ecological applications. Therefore, regular digital cameras have been effectively used as three-channel imaging sensors, providing measures of leaf color change or phenological shifts in plants largely on North Hemisphere and in temperate vegetation types. We monitored a species rich Brazilian cerrado savanna to assess the reliability of digital images to detect leaf-changing patterns aiming to answer the following questions: (i) Do digital cameras capture leaf changes in tropical cerrado savanna vegetation? (ii) Can we detect differences on phenological changes among species crowns and the cerrado community? (iii) Is the greening pattern detected for each species crown by digital cameras validated by our on-the-ground leafing phenology (direct observation of tree leaf changes)? Since digital camera phenology generate a large amount of data, to explore computational tools that could support phenology studies we applied machine.. / CAPES: 360/11 / FAPESP: 10/52113-5 / FAPESP: 10/51307-0

Orientador: Leonor Patrícia Cerdeira Morellato / Coorientador: Ricardo da Silva Torres / Banca: Daniel Pedronette / Banca: Fernando Augusto de Oliveira e Silveira / Resumo: Fenologia é uma ciência tradicional que estuda os eventos recorrentes dos ciclos de vida de plantas e animais e da sua relação com o clima, bem como com fatores bióticos e filogenia. O brotamento foliar define a estação de crescimento das plantas e controla processos cruciais dos ecossistemas, tais como: ciclagem de nutrientes, o armazenamento de água e balanço de carbono, regula a produtividade dos ecossistemas terrestres e as dinâmicas de trocas de carbono. Estudos fenológicos têm sido aplicados de forma eficiente no controle de distúrbios ambientais, respondendo a perguntas sobre o atual cenário de mudanças climáticas globais e estimulando a busca de ferramentas inovadoras no monitoramento de plantas. O uso de imagens de satélite e câmeras digitais vem sendo considerado métodos alternativos de observação das mudanças fenológicas. A técnica de fotografias repetidas utilizando câmeras digitais tem aumentado devido ao seu baixo custo, redução no tamanho, facilidade de instalação, e alta resolução dos dados obtidos tornando as câmeras ferramentas confiáveis para uma variedade de aplicações ecológicas. Estas ferramentas vêm sendo efetivamente utilizadas como sensores dos três canais de cor, fornecendo padrões de mudança de cor em folhas e mudanças fenológicas em plantas, principalmente no Hemisfério Norte e em vegetações temperadas. Acompanhamos com câmeras uma área de cerrado para avaliar a confiabilidade de imagens digitais para detectar padrões de mudança foliar com o objetivo de responder às seguintes perguntas: (i) as câmeras digitais são capazes de capturar as trocas foliares numa comunidade tropical de cerrado? (ii) podemos detectar diferenças nas mudanças fenológicas entre espécies e a comunidade de cerrado? (iii) o padrão de verde detectado para cada espécie pelas câmeras pode ser validado pelos dados fenológicos do chão (observação direta das mudanças de folhas das árvores)... / Abstract: Plant phenology is a traditional science to observe recurring events in plant life cycles and their relation mainly to climate, as well as to biotic factors and phylogeny. Leafing in plants defines the growth season and controls crucial ecosystems processes such as nutrient cycling, water storage, and carbon balance, regulating the productivity in terrestrial ecosystems and the dynamics of carbon sequestration. Phenological studies have been efficiently applied to track environmental changes, answering questions about the current scenario of global climate change and stimulating the search for innovative tools of plant monitoring. The use of satellite imagery and digital cameras has being considered as alternative methods of observation of phenological changes. The technique of taken repeated photographs using digital cameras has increased due the low cost investment, reduction in size to set up installation, and the possibility of dealing with high resolution data, making digital cameras reliable tools for a range of ecological applications. Therefore, regular digital cameras have been effectively used as three-channel imaging sensors, providing measures of leaf color change or phenological shifts in plants largely on North Hemisphere and in temperate vegetation types. We monitored a species rich Brazilian cerrado savanna to assess the reliability of digital images to detect leaf-changing patterns aiming to answer the following questions: (i) Do digital cameras capture leaf changes in tropical cerrado savanna vegetation? (ii) Can we detect differences on phenological changes among species crowns and the cerrado community? (iii) Is the greening pattern detected for each species crown by digital cameras validated by our on-the-ground leafing phenology (direct observation of tree leaf changes)? Since digital camera phenology generate a large amount of data, to explore computational tools that could support phenology studies we applied machine.. / Mestre

Este é um trabalho de caráter experimental que usa o conceito de entropia informacional para análise de imagens digitais. A literatura pesquisada mostra que o conceito de entropia informacional é utilizado para análise de imagens mas, equipamentos fotográficos disponíveis no mercado não são discutidos. O objetivo do trabalho é oferecer, principalmente, ao fotógrafo, um método experimental prático para análise da qualidade de sistemas fotográficos digitais. Dois sistemas digitais de alta resolução, 22 e 33 megapixels, foram usados e as imagens comparadas com imagens obtidas em filme fotográfico e escaneadas. Os valores encontrados para a entropia informacional indicam, na maioria das situações de teste, que melhores resultados são obtidos pelos sistemas digitais em comparação ao filme. Câmeras digitais reflex com 6, 10 e 14 megapixels também foram utilizadas nas análises. Nestas comparações, diferentes objetivas fotográficas foram testadas e os resultados indicam que objetivas mais modernas, produzem resultados melhores quando utilizadas com câmeras digitais mais modernas. Câmeras digitais mais antigas, como a Kodak 14n (14 megapixels) produzem imagens cuja qualidade depende menos das objetivas usadas. O trabalho propõe também uma definição para a determinação da entropia informacional em RGB de uma forma não encontrada na literatura. O conceito de entropia informacional em RGB é testado para imagens sintéticas, e também para imagens fotográficas. Finalmente, propõe-se que a entropia informacional possa ser usada como parâmetro de controle no tratamento de imagens digitais, principalmente no uso dos filtros de nitidez. / This is an experimental work which uses the concept of informational entropy for digital image analysis. The researched literature shows that the informational entropy concept is used for image analysis, but the photographic equipment available in the market is not discussed. The aim of this work is to offer ,for photographers mainly, an experimental functional method for analyzing the quality of digital photographic systems. Two high resolution digital systems, 22 and 23 megapixels, were used and their images were compared to scanned photographic images. The obtained values for informational entropy indicate that, in the majority of the test situations, best results are obtained by digital systems in comparison to film based ones. Digital reflex cameras, with 6,10,14 megapixels were also used in the analysis. Different objective lenses were tested and the results indicate that more modern objectives give better results when used with more modern digital cameras. Older digital cameras, such as Kodak 14n (14 megapixels) produce images which quality depend less on the objective lenses used. The work also proposes the determination of the informational entropy in RGB in a way which is not found in the bibliography: informational entropy is tested in synthetic and photographic images. Finally, it is proposed that informational entropy should be used as a control parameter in digital image treatment, mainly for the use of sharpening filters.

Este é um trabalho de caráter experimental que usa o conceito de entropia informacional para análise de imagens digitais. A literatura pesquisada mostra que o conceito de entropia informacional é utilizado para análise de imagens mas, equipamentos fotográficos disponíveis no mercado não são discutidos. O objetivo do trabalho é oferecer, principalmente, ao fotógrafo, um método experimental prático para análise da qualidade de sistemas fotográficos digitais. Dois sistemas digitais de alta resolução, 22 e 33 megapixels, foram usados e as imagens comparadas com imagens obtidas em filme fotográfico e escaneadas. Os valores encontrados para a entropia informacional indicam, na maioria das situações de teste, que melhores resultados são obtidos pelos sistemas digitais em comparação ao filme. Câmeras digitais reflex com 6, 10 e 14 megapixels também foram utilizadas nas análises. Nestas comparações, diferentes objetivas fotográficas foram testadas e os resultados indicam que objetivas mais modernas, produzem resultados melhores quando utilizadas com câmeras digitais mais modernas. Câmeras digitais mais antigas, como a Kodak 14n (14 megapixels) produzem imagens cuja qualidade depende menos das objetivas usadas. O trabalho propõe também uma definição para a determinação da entropia informacional em RGB de uma forma não encontrada na literatura. O conceito de entropia informacional em RGB é testado para imagens sintéticas, e também para imagens fotográficas. Finalmente, propõe-se que a entropia informacional possa ser usada como parâmetro de controle no tratamento de imagens digitais, principalmente no uso dos filtros de nitidez. / This is an experimental work which uses the concept of informational entropy for digital image analysis. The researched literature shows that the informational entropy concept is used for image analysis, but the photographic equipment available in the market is not discussed. The aim of this work is to offer ,for photographers mainly, an experimental functional method for analyzing the quality of digital photographic systems. Two high resolution digital systems, 22 and 23 megapixels, were used and their images were compared to scanned photographic images. The obtained values for informational entropy indicate that, in the majority of the test situations, best results are obtained by digital systems in comparison to film based ones. Digital reflex cameras, with 6,10,14 megapixels were also used in the analysis. Different objective lenses were tested and the results indicate that more modern objectives give better results when used with more modern digital cameras. Older digital cameras, such as Kodak 14n (14 megapixels) produce images which quality depend less on the objective lenses used. The work also proposes the determination of the informational entropy in RGB in a way which is not found in the bibliography: informational entropy is tested in synthetic and photographic images. Finally, it is proposed that informational entropy should be used as a control parameter in digital image treatment, mainly for the use of sharpening filters.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-12-15T10:35:37Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2262852 bytes, checksum: dea5b5682469ce64c92782b0e98c6c0a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-15T10:35:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2262852 bytes, checksum: dea5b5682469ce64c92782b0e98c6c0a (MD5) Previous issue date: 2003-05-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A medição exata da quantidade de madeira que é recebida numa unidade de exploração madeireira constitui uma operação fundamental, por dela depender a determinação da rentabilidade do próprio centro de produção. Dessa forma, grande parte das empresas florestais vem se preocupando cada vez mais com a determinação do volume de pilhas de madeira feita no campo, nos caminhões de transporte ou nos pátios das fábricas. Tradicionalmente, a madeira tem sido avaliada através do seu volume, sendo, por isso, utilizados os mais variados métodos de caráter subjetivo que visam obter, a partir da medição manual do volume envolvente da carga de madeira, o volume em estéreo (ou volume aparente) e o correspondente volume sólido, obtido teoricamente pelo desconto sistemático, no volume em estéreo, de todos os espaços vazios existentes entre as toras de madeira que constituem uma carga, isto é, por meio do fator de empilhamento. Este trabalho objetivou, assim, o desenvolvimento de uma metodologia e de um aplicativo para segmentação de toras de madeira em imagens digitais, com finalidade última de cubagem de árvores abatidas. Foi desenvolvido um sistema que, por meio do processamento digital da imagem, fornece o valor do volume em estéreo da pilha fotografada, em metros cúbicos, e o conseqüente fator de empilhamento da mesma. Para segmentação testaram-se dois métodos, um de indicação manual e interativa da pilha e outro automático, pelo uso da transformada de Hough, técnica comumente utilizada para detecção de bordas que se apresentam segundo uma forma geométrica matematicamente definida. A metodologia foi desenvolvida no sistema Matlab, para pilhas de madeira de Eucalyptus grandis, e os sensores utilizados foram uma câmera digital Kodak DC 210 não métrica, e uma câmera DMK NIR (infravermelho próximo) para análise de imagens com e sem as ondas do infravermelho. Testes de validação apontaram um desvio médio de 1,56 % no cálculo do volume real da pilha, 0,96% para a determinação do volume em estéreo, 0,70 % na determinação do fator de empilhamento, através da segmentação semiautomática e média inferior a 8,0% na determinação do volume real da pilha, através da segmentação automática (Transformada de Hough), tomando como referência valores obtidos por cubagem rigorosa. Verificou-se, também, ser válido o uso de imagens digitais infravermelho, o qual proporcionou redução das diferenças entre os valores numéricos dos pixels do cerne e casca das toras, ensejando, assim, melhor identificação da madeira e dos espaços vazios. Os resultados foram satisfatórios ao passo que se mostrou um sistema de respostas rápidas e custo de implementação relativamente baixo. / The exact measurement of the quantity of wood received in a lumber exploring unit consists in a fundamental operation, because it affects on the determination of the production facility profitability. The majority of the forestry enterprises are considering more than ever the determination of the volume of wood heaps, which is estimated in the field, on the transport trucks or at the factory yard. Traditionally, wood has been evaluated by its volume utilizing various subjective methods which aim to obtain, based on the manual enveloping volume measurement of the wood load, stereo volume (or apparent volume), the correspondent solid volume, obtained theoretically from the first by the systematic elimination of all the empty space existing between the wood logs that consists a load, that is, by means of the piling factor. In that manner, the purpose of this research is to develop a methodology and a computer program to segment wood logs into digital images, obtaining the cubature of fallen trees through digital photography as the final objective. Basically a system was developed in which the digital processing of the image provided the value of the wood heap stereo volume in cubic meters, and consequently its piling factor. For segmentation, two methods were tested, one was an interactive and manual wood heap indication, and the other one utilizing the Hough Transform, a technique commonly used to detect edges, which obey a mathematical geometric shape. The methodology was developed using a MatLab system. The methodology was developed for Eucalyptus grandis wood stacks, and the sensors utilized were the Kodak DC 210 non-metric digital camera and the DMK NIR camera for image analysis with and without infrared waves. Validation tests indicated a mean deviation of 1.56% during the real volume calculation of the wood heap, 0.96% for the stereo volume determination and 0.70% in the determination of the piling factor, through semi-automatic segmentation and a less than 8.0% average in the determination of the wood heaps real volume, through automatic segmentation (Hough Transform) using reference values obtained from strict cubature. It also verified be valid the use of infrared digital images, which provided reduction of the differences between numeric values of the pixels of the sifts and peel of the logs, trying, this way, better identification of the wood and of the blank spaces. The results were satisfactory, demonstrating a rapid response system with a relatively low implementation cost.