Orientador: Maurilio Boaventura / Banca: Marcos William Da Silva Oliveira / Banca: Evanivaldo Castro Silva Júnior / Resumo: No presente trabalho, apresenta-se uma revisão sobre os principais abordagens para análise e classificação de texturas, entre eles o descritor LBP (Local Binary Pattern), o descritor LFP (Local Fuzzy Patterm) e o descritor MSLMP (Multi-scale Local Mapped Pattern), o qual é uma extensão multiescalar do descritor LMP (Local Mapped Pattern). Resultados anteriores presentes na literatura, indicaram que o MSLMP conseguiu resultados superiores aos mencionados anteriormente. Neste trabalho propõe-se uma análise mais abrangente sobre sua viabilidade para concluir que o MSLMP é mais eficaz que os anteriores. Essa análise é feita alterando-se a Matriz de Pesos para os pixels limiarizados. Para avaliar seu desempenho, foi utilizada a base de texturas do Album de Brodatz. Após processá-la pelo descritor MSLMP, com cada uma das matrizes de Pesos propostas neste trabalho, foram comparadas as taxas de acertos alcançadas usando a distância Chi-quadrado. Resultados experimentais mostram um valor de sensibilidade melhor para o descritor MSLMP em comparação aos outros descritores presentes na literatura / Abstract: This work, presents a review about the main techniques for analysis and classification of textures, including the LBP descriptor (Local Binary Pattern), the descriptor LFP (Local Fuzzy Pattern) and the descriptor MSLMP (Multi-Scale Local Mapped Pattern), which is a multi-scale extension of the LMP method (Local Mapped Pattern). Previous results present in the literature, indicated that the MSLMP achieved better results than those mentioned above. This work proposes a more comprehensive analysis of its feasibility to conclude that this descriptor is more effective than the others. This analysis is done by changing the weight matrix for the thresholding pixels. To evaluate its performance, it was used the texture base of the Brodatz album. After processing it by the descriptor MSLMP with each of the weights matrices proposed in this work, the achieved hit rates were compared by using the distance Chi-square. Experimental results show a better sensitivity value for MSLMP descriptor in comparison of other descriptors present in the literature / Mestre

Orientador: Daniel Carlos Guimarães Pedronette / Coorientador: Denis Henrique Pinheiro Salvadeo / Banca: Marco Antonio Garcia de Carvalho / Banca: Fabricio Aparecido Breve / Resumo: Os estágios iniciais da doença de Alzheimer são comumente confundidos com o processo natural de envelhecimento. Adicionalmente, a metodologia envolvida no diagnóstico por radiologistas pode ser subjetiva e difícil de documentar. Neste cenário, o desenvolvimento de abordagens acessíveis capazes de auxiliar no diagnóstico precoce da doença de Alzheimer é crucial. Várias abordagens têm sido empregadas com este objetivo, especialmente utilizando imagens de ressonância magnética cerebral. Embora resultados com precisão satisfatória tenham sido obtidos, a maioria das abordagens requer etapas de pré-processamento muito específicas, baseadas na anatomia do cérebro. Neste trabalho, apresentamos uma nova abordagem de recuperação de imagens para auxílio ao diagnóstico da doença de Alzheimer, com base em descritores de propósito geral e uma etapa de pós-processamento não supervisionada. Os exames de ressonância magnética cerebral são processados e recuperados através de descritores de uso geral sem nenhuma etapa de pré-processamento. Dois algoritmos de aprendizado não-supervisionados baseados em ranqueamento foram aplicados para melhorar a eficácia dos resultados iniciais: os algoritmos RL-Sim e ReckNN. Os resultados experimentais demonstram que a abordagem proposta é capaz de atingir resultados de recuperação eficazes, sendo adequada para auxiliar no diagnóstico da doença de Alzheimer / Abstract: Initial stages of Alzheimer's disease are easily confused with the normal aging process. Additionally, the methodology involved in the diagnosis by radiologists can be subjective and difficult to document. In this scenario, the development of accessible approaches capable of supporting the early diagnosis of Alzheimer's disease is crucial. Various approaches have been employed with this objective, specially using brain MRI scans. Although certain satisfactory accuracy results have been achieved, most of the approaches require very specific pre-processing steps based on the brain anatomy. In this work, we present a novel image retrieval approach for supporting the Alzheimer's disease diagnostic, based on general purpose features and an unsupervised post-processing step. The brain MRI scans are processed and retrieved through general visual features without any pre-processing step. Two rank-based unsupervised distance learning algorithms were used for improving the effectiveness of the initial results: the RL-Sim and ReckNN algorithms. Experimental results demonstrate that the proposed approach can achieve effective retrieval results, being suitable in aiding the diagnosis of Alzheimer's disease / Mestre

Orientador: Norian Marranguello / Resumo: A área na qual a música está inserida requer, para sua compreensão, considerável abstração. Neste âmbito, a análise matemático-computacional possui papel importante, principalmente para planejar a interatividade entre aluno e computador, potencializando o aprendizado musical. Embora um número considerável de estudos em diferentes contextos sejam dedicados à classificação das estruturas sonoras, os procedimentos de análise em um grande conjunto de sinais podem tornar-se uma tarefa difícil e exaustiva. Diante do exposto, este trabalho tem como objetivo a proposição e a implementação de um método capaz de reconhecer e classificar sinais musicais em tempo real, visando auxiliar os aprendizes. No método proposto, um conjunto relevante de eventos musicais é inspecionado por meio da análise de multirresolução baseada na Transformada Wavelet-Packet, escolhida em função da característica multidimensional encontrada na música, a qual permite isolar diferentes eventos musicais em níveis de decomposição wavelet distintos. Apoiado por um processo de autocorrelação e uma rede neural artificial, cada padrão sônico é associado ao seu respectivo evento musical. Testes envolvendo centenas de sinais permitiram obter uma acurácia quase plena com um tempo relativamente bastante pequeno de análise em função da baixa ordem de complexidade computacional do algoritmo implementado, reafirmando a sua aplicabilidade / Abstract: Music belongs to an area which requires a considerable piece of abstraction for its understanding. In this domain, computational and mathematical analyses play an important role, particularly for planning human-machine interaction and enhancing learning. Although a considerable number of studies in different musical contexts are dedicated to the classification of the structures present in sound signals, the inspection of long clips is a challenge. Thus, this work proposes and implements a method capable of identifying and classifying musical signals in real-time, helping music students. Specifically, multiresolution analysis using the Wavelet-Packet Transform is adopted, allowing for different musical events to be isolated in distinct wavelet levels of decomposition. Based on an autocorrelation and an artificial neural network, each sonic pattern is associated with a respective musical event. Tests using hundreds of music clips exhibit almost full accuracy with relatively very short time consumption as a function of the algorithm low level of computational complexity, reassuring its applicability. / Mestre

Orientador: Geraldo Francisco Donegá Zafalon / Banca: André Carlos Ponce de Leon Ferreira de Carvalho / Banca: Rogéria Cristiane Gratão de Souza / Resumo: Com a crescente na quantidade de dados genômicos disponíveis, o alinhamento de sequências destaca-se como uma das tarefas relevantes no contexto da Bioinformática, cujos resultados são utilizados no auxílio às análises e posteriores inferências sobre esses dados. Assim, diversos algoritmos para alinhamento múltiplo de sequências baseados em diferentes heurísticas, como a de Algoritmos Genéticos, Otimização por Colônia de Formigas, Recozimento Simulado (Simulated Annealling), Busca Tabu, entre outros, foram propostos. No entanto, estudos apontam que com o uso de uma função objetivo mais adequada para aferir a qualidade do alinhamento produzido em cada caso específico, geralmente, produzem-se resultados com maior significância biológica. Além disso, o uso simultâneo de diferentes heurísticas para alinhamento múltiplo de sequências também tende a produzir melhores resultados, de modo que essa hibridização amenize as desvantagens de cada estratégia. No presente trabalho, implementou-se um escalonador automático de funções objetivo para selecionar o modelo de avaliação mais adequado para cada caso, com base na similaridade das sequências de entrada. Além disso, foi implementada uma fase de pós processamento com Otimização por Colônia de Formigas junto à MSA-GA, a fim de se refinar os alinhamentos produzidos pela ferramenta. Nos testes, pode-se verificar que o escalonador foi capaz de calcular de maneira adequada a similaridade dos conjuntos de entrada e, com isso, selecionar... / Abstract: Due the increasing of the genomic data available, the multiple sequence alignment became one of the most important tasks in Bioinformatics, whose results are used to help biologists in their analysis. Thus, many algorithms to perform multiple sequence alignment based on different heuristics have been proposed, as Genetic Algorithms, Ant Colony, Simulated Annealing, Tabu Search, among others. Nonetheless, studies show that the use of an objective function suited for each case, generally, results in alignments with more biological significance. Moreover the simultaneous use of different heuristics to perform multiple sequence alignment can produce better results, smoothing the disadvantages of each strategy. In the present work, it was developed an automatic scheduler of objective functions to select the evaluation model more suited for each case, based on the similarity of the input sequences. Moreover it was implemented into the MSA-GA tool a post-processing stage with Ant Colony, in order to refine the obtained alignments. In the tests, it can be noticed that the scheduler calculates satisfactorily the similarity of the sequence sets and selects the more suited objective function. Moreover, with the post-processing stage, it was possible to re- fine the alignments of the MSA-GA, producing better results in terms of biological significance / Mestre

Orientador: Leandro Alves Neves / Banca: Alessandro Santana Martins / Banca: Rogéria Cristiane Gratão de Souza / Resumo: A distribuição de nodos sensores para redes de sensores sem fio é um tema desafiador e de relevância científica, com aplicações nos mais diferentes tipos de contextos. O núcleo do problema está em obter distribuições que forneçam a maior área de cobertura, com o mínimo de nodos sensores, principalmente quando a superfície de interesse é tridimensional. No presente trabalho é proposto um novo método para distribuição de nodos sensores para obter a cobertura máxima de uma área tridimensional, selecionando o menor número de nodos sensores. A distribuição de posições candidatas foi realizada por meio da dualidade triangulação de Delaunay/diagrama de Voronoi. O processo para seleção de posições considerou os vértices dos elementos geométricos e um raio de comunicação ���� ou de sensoriamento ��������. As posições foram selecionadas a partir da cobertura máxima e existência de comunicação. A garantia de comunicação foi dada aplicando o algoritmo de árvores geradoras mínimas. O método foi testado em diferentes superfícies tridimensionais, comumente encontradas na natureza e explorados em trabalhos da área. Os resultados foram relevantes, com áreas de coberturas entre 74% e 100%, valores que superaram os fornecidos por métodos reconhecidos da área / Abstract: The sensor deployment for wireless sensor networks (WSN), is a challenging and important scientific topic, with applications in several different contexts. The main problem is getting deployments that provide the largest coverage area with minimal sensor nodes, especially when the surface of interest is threedimensional. In this work is proposed a new method to obtain the deployment of sensor nodes with a maximum coverage area using a minimum number of sensor nodes in three-dimensional surfaces. The deployment was performed using the dual Delaunay triangulation/Voronoi diagram. The positions selection process considered vertices of geometric elements and communication radius ���� or sensing ��������. The positions were selected based on the maximum area coverage and the existence of communication among them. The verification of the communication is accomplished by the minimum spanning tree algorithm. To certify the versatility of the proposed method, we show the deployment in distinct surface areas commonly explored for WSN monitoring. The results were significant, with coverage area between 74% and 100% for distinct types of reliefs / Mestre

Orientador: Aparecido Nilceu Marana / Banca: Jurandy Gomes de Almeida Junior / Banca: João Paulo Papa / Resumo:Atualmente, dada a difusão dos computadores, a tarefa de se reconhecer padrões visuais está sendo cada vez mais automatizada, em especial para tratar a vasta e crescente quantidade de imagens digitais existentes. Aplicações de diversas áreas como biometria, recuperação de imagens baseada em conteúdo e diagnóstico médico, se valem do processamento de imagens, bem como de técnicas de extração e análise de características das mesmas, a fim de identificar pessoas, objetos, gestos, textos, etc. As características básicas que são utilizadas para a análise de imagens são: cor, textura e forma. Recentemente, foi proposto um novo descritor de formas denominado HTS (Hough Transform Statistics), o qual se baseia no espaço de Hough para representar e reconhecer objetos em imagens por suas formas. Os resultados obtidos pelo HTS sobre bases de imagens públicas têm mostrado que este novo descritor, além de apresentar altas taxas de acurácia, melhores do que muitos descritores tradicionais propostos na literatura, é rápido, pois tem um algoritmo de complexidade linear. O objetivo deste trabalho foi explorar as possibilidades de representação multiescala do HTS e, assim, propor novos descritores de formas. Escala é um parâmetro essencial em Visão Computacional e a teoria de espaço-escala refere-se ao espaço formado quando se observa, simultaneamente, os aspectos espaciais de uma imagem em várias escalas, sendo a escala a terceira dimensão. Os novos métodos multiescala propostos foram avaliados sobre várias bases de dados e seus desempenhos foram comparados com o desempenho do HTS e com os principais descritores de formas encontrados na literatura. Resultados experimentais mostraram que os novos descritores propostos neste trabalho são mais rápidos e em alguns casos também mais precisos / Abstract: Currently, given the widespread of computers through society, the task of recognizing visual patterns is being more and more automated, in particular to treat the large and growing amount of digital images available. Applications in many areas, such as biometrics, content-based image retrieval, and medical diagnostic, make use of image processing, as well as techniques for the extraction and analysis of their characteristics, in order to identify persons, objects, gestures, texts, etc. The basic features that are used for image analysis are: color, texture and shape. Recently, it was proposed a new shape descriptor called HTS (Hough Transform Statistics), which is based on the Hough space to represent and recognize objects in images by their shapes. The results obtained by HTS on public image databases have shown that this new shape descriptor, besides showing high accuracy levels, better than many traditional shape descriptors proposed in the literature, is fast, since it has an algorithm of linear complexity. In this dissertation we explored the possibilities of a multiscale and scale-space representation of this new shape descriptor. Scale is a key parameter in Computer Vision and the theory of scale-space refers to the space formed when observing, simultaneously, special aspects of an image at several scales, being the scale the third dimension. The multiscale HTS methods were evaluated on the same databases and their performances were compared with the main shape descriptors found in the literature and with the monoscale HTS. Experimental results showed that these new descriptors are faster and can also be more accurate in some cases / Mestre

Orientador: Aparecido Nilceu Marana / Coorientador: Silke Anna Theresa Weber / Banca: Fátima de Lourdes dos Santos Nunes Marques / Banca: Roberta Spolon / Resumo: A identificação biométrica de pessoas na área forense está em constante estudo para facilitar e melhorar as maneiras de identificação mediante a avaliação de diversas estruturas que podem ser utilizadas como características biométricas. Os seios paranasais, cavidades ósseas presentes no crânio, apresentam alta individualidade e permanência, podendo ser utilizados em sistemas biométricos forenses. As maneiras de representação digital dos seios paranasais são modalidades de exames médicos, conhecidos como raios-X e tomografia computadorizada. As imagens de raios-X como ferramentas para obtenção de características dos seios paranasais apresentam alta aplicação nos trabalhos correlatos, entretanto, nesta modalidade de imagem, algumas desvantagens, como a baixa qualidade de resolução dificultam a identificação dos seios paranasais. Com a tomografia computadorizada, uma nova avaliação pode ser realizada para a obtenção das características dos seios paranasais, visto que esta modalidade de exame gera uma sequência de imagens com qualidade superior, tornando a segmentação e extração de características dos seios paranasais mais simples, intuitiva e precisa, facilitando seu uso em sistemas de reconhecimento biométrico. O objetivo desta dissertação foi desenvolver um novo método de identificação humana utilizando estruturas dos seios paranasais, obtidas de imagens de tomografia computadorizada, como características biométricas. Este método propõe avanços significativos principalmente nas etapas de segmentação e extração de características, uma vez que a segmentação das estruturas dos seios paranasais é realizada de forma automática. As características propostas como descritores são baseadas nas regiões e nas formas das estruturas dos seios paranasais. Resultados experimentais obtidos sobre uma base de dados contendo 310 imagens de... / Abstract: Biometric identification of people in the forensic field is constantly being studied to facilitate and improve the identification methods through the evaluation of several structures that can be used as biometric features. The paranasal sinuses, bone cavities present in the skull, have high individuality and permanence and can be used in forensic biometric systems. The X-rays and Computed Tomography are modalities of medical examinations used for the digital representation of the paranasal sinuses. X-rays images as a tool to obtain characteristics of the paranasal sinuses are highly applicable in the related works, however, in this imaging modality, some disadvantages, such as low quality resolution, make these structures harder to acquire. With computed tomography representation, a new evaluation can be performed to obtain the paranasal sinuses features, knowing that this exam modality generates an image sequence with higher quality, making the paranasal sinuses segmentation and feature extraction simpler, intuitive and precise, facilitating its use in biometric recognition systems. The objective of this master's dissertation was the development of a new human identification method that uses paranasal sinuses structures as biometric features, obtained from computed tomography images. This method proposes significant advances, specially on the segmentation and features extraction stages, once the segmentation of the paranasal sinuses structures is performed automatically. The characteristics proposed for the feature descriptors are based on the region and shape of the paranasal structures. The experimental results obtained from a database composed by 310 computed tomography images presented that the automatic method proposed in this dissertation showed 88.52% of frontal sinuses segmentation and 79.30% of correct maxillary sinuses segmentation using the KAPPA coefficient ... / Mestre

Orientador: Norian Marranghello / Banca: Aledir Silveira Pereira / Banca: Henrique Dezani / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um sistema de controle híbrido bioinspirado para o planejamento de rota com vistas para a robótica móvel autônoma, baseado em redes neurais artificiais e algoritmos genéticos. O controlador tem como principal objetivo auxiliar o robô móvel em sua navegação quando aplicado em ambientes dinâmicos. Para este trabalho, o ambiente dinâmico utilizado é um "chão de fábrica" industrial, em que alguns obstáculos não são fixos e permanecem em movimentação constante. O controlador desenvolvido neste trabalho pode ser adaptado facilmente para operar em outros ambientes dinâmicos. Independentemente do ambiente utilizado, o controlador deve ser capaz de traçar uma rota possível entre o ponto inicial e o ponto de objetivo, tendo o potencial de evitar todo tipo de obstáculo que surgir nessa rota, seja um obstáculo estático ou dinâmico. O algoritmo foi implementado na linguagem C e simulado no software de modelagem e simulação de robôs V-REP (Virtual Robot Experimentation Platform). O controlador neurogenético mostrou ser eficiente para auxiliar o robô em sua navegação quando aplicado em ambientes dinâmicos / Abstract: In this work, a bioinspired hybrid control system was developed for route planning, aiming autonomous mobile robots based on artificial neural networks and genetic algorithms. The main objective of the controller is to assist the mobile robot in its navigation when applied in dynamic environments. For this work, the dynamic environment chosen was a " factory floor", in which some industrial obstacles are not fixed and remain in constant movements. The controller developed in this work can easily be adapted to operate in other dynamic environments. Regardless the environment chosen in this work, the controller must be able to map out a possible route between the starting point and the goal point with the potential to avoid all types of obstacles that appear along the routes, either a static or a dynamic one. The algorithm was implemented in C language and simulated on a robots modeling and simulation software called V-REP (Virtual Robot Experimentation Platform). The neurogenetic controller was efficient to assist the mobile robot in its navigation when applied in dynamic environments / Mestre

Orientador: Alexandro José Baldassin / Coorientador: Alex Roschildt Pinto / Banca: Juliana Freitag Borin / Banca: Ivan Rizzo Guilherme / Resumo: Redes de sensores sem fios possibilitam o monitoramento dos mais diversos fenômenos e processos, além de abrir caminho para a criação de uma nova geração de dispositivos inteligentes, dinâmicos e interconectados. A diversidade das aplicações as quais se destinam estes sistemas, no entanto, impõe uma série de restrições de projeto, o que favorece iniciativas de desenvolvimento orientadas à aplicação. Embora esta abordagem leve à criação de soluções eficazes para aplicações específicas, estabelece um padrão de desenvolvimento restrito e desconsidera possibilidades de otimização mais abrangentes. Atualmente existem iniciativas de padronização bastante ativas para esta categoria de sistemas, como é o caso do IEEE 802.15.4, no entanto ainda restam questões não resolvidas, comuns à maioria das redes de sensores sem fios, como é o caso da instabilidade inerente aos links de rádio de baixa potência. Este trabalho tem como objetivo utilizar mecanismos disponibilizados por padrões bem estabelecidos como o IEEE 802.15.4 para mitigar os problemas de instabilidade relacionados aos links de comunicação nas redes de sensores sem fios, criando uma plataforma de desenvolvimento robusta e versátil, alinhada com os esforços de padronização que se encontram em andamento. Este trabalho apresenta uma proposta para a arquitetura de nodos de sensores sem fios, a qual busca complementar o modelo genérico comumente utilizado, através da adição de suporte à diversidade de interfaces... / Abstract: Wireless Sensor Networks enable the monitoring of various process and fenomena, also leading the way to the creation of a new generation of smart, dynamic and interconected devices. The great diversity of applications to which these systems are intended for, however, put several constraints on it's projects, motivating the use of application oriented solutions. Although this approach might lead to effective solutions for targeted applications, it also ignores wider optimization possibilities. Currently there are some very active ongoing standardization efforts related to low-power wireless sensor networks, like the IEEE 802.15.4 standard, however there are still unresolved issues, common to the vast majority of these systems like, for example, the inherent unstability of low power wireless comunication links. This paper's main goal is to provide solutions to mitigate link stability issues related to most of the common wireless sensor network's radio communication systems. By utilizing mechanisms provided by well established standards, like IEEE 802.15.4, a robust and flexible development platform, aligned with the ongoing standardization processes, will be created. This paper proposes a wireless sensor node architecture that intends to complement most common generic models by adding suport to interface diversity. It also proposes an amendment to IEEE 802.15.4 MAC layer, by adding the capabilities needed to handle interface diversity specifics. In order to ... / Mestre

Orientador: João Paulo Papa / Coorientador: Jurandy Gomes de Almeida Junior / Banca: Fábio Faria / Banca: José Remo Ferreira Brega / Resumo: Com os avanços relacionados às tecnologias de redes computacionais e armazenamento de dados observa-se que, atualmente, uma grande quantidade de conteúdo digital está sendo disponibilizada via internet, em especial por meio de redes sociais. A fim de explorar esse contexto, abordagens relacionadas ao processamento e apredizado de padrões em vídeos têm recebido crescente atenção nos últimos anos. Sistemas de recomendação de filmes, amplamente empregados em lojas virtuais, são umas das principais aplicações no que se refere aos avanços de pesquisa na área de processamento de vídeos. Com o objetivo de acelerar o processo de recomendação e redução de armazenamento, técnicas para classificação e sumarização de vídeos por meio de aprendizado de máquina têm sido utilizadas para explorar conteúdo informativo e também redundante. Por meio de técnicas de agrupamento e descrição de dados, é possível identificar quadros-chave de um conjunto de amostras a fim de que, posteriormente, estes sejam usados para sumarização do vídeo. Além disso, por meio de bases de vídeos rotulados, podemos classificar amostras de modo a organizá-las por gêneros de vídeo. O presente trabalho objetiva utilizar o classificador Floresta de Caminhos Ótimos para sumarização automática e classificação de vídeos por gênero, bem como o estudo de sua viabilidade nestes contextos. Os resultados obtidos mostram que o referido classificador obteve desempenho bastante promissor e próximo à algumas das técnicas de sumarização automática e classificação de vídeos que, atualmente, representam o estado-da-arte no atual contexto / Abstract: Currently, a number of improvements related to computational networks and data storage technologies have allowed a considerable amount of digital content to be provided on the internet, mainly through social networks. In order to exploit this context, video processing and pattern recognition approaches have received a considerable attention in the last years. Movie recommendation systems are widely employed in virtual stores, thus being one of the main applications regarding to research advances in the video processing field. Aiming to boost the content recommendation and storage cutback, different video categorization and video summarization techniques have been applied to handle with more informative and redundant content. By availing clustering and data description techniques, it is possible to identify keyframes from a given samples set in order to consider them as part of the video summarization process. Furthermore, through labeled video data collections it is possible to classify samples in order to arrange them by video genres. The main goal of this work is to employ the Optimum-Path Forest classifier in both video summarization and video genre classification processes as well as to conduct a viability study of such classifier in the aforementioned contexts. The results have shown this classifier can achieve promising performance, being very close in terms of summary quality and consistent recognition rates to some state-of-the-art video summarization and classification approaches / Mestre