Esta tese apresenta dois métodos diferentes de estimativa de desfocagem usando uma única imagem. Ambos os métodos assumem uma função de espalhamento de ponto (Point Spread Function - PSF) Gaussiana e exploram a razão de magnitudes de gradientes de versões re-borradas da imagem original com escalas diferentes nas bordas da imagem, o que fornece uma expressão matemática fechada para borramento local. A primeira abordagem calcula perfis 1D ao longo de pontos de borda ortogonais ao contorno local, e avalia a localização da borda (máximo da derivada primeira) para selecionar adaptativamente o número de escalas no re-borramento. Considerando o consumo de tempo de explorar perfis de aresta orientados 1D, um segundo método foi proposto com base em gradientes de imagem diretamente no domínio 2D, e os parâmetros de re-borramento locais foram selecionados com base na concordância de um detector de bordas calculado em várias escalas. Dada uma estimativa inicial da escala de desfocagem nas posições de borda proporcionada por qualquer um destes dois métodos, é também proposto um passo de correção que atenua os erros introduzidos pela discretização da formulação contínua. Um novo método de filtragem local que suaviza as estimativas refinadas ao longo dos contornos de imagem também é proposto, e um filtro de domínio conjunto (jointdomain filter) rápido é explorado para propagar informações de desfocagem para toda a imagem, gerando o mapa de desfocagem completo. Os resultados experimentais em imagens sintéticas e reais mostram que os métodos propostos apresentam resultados promissores para a estimativa de borramento por desfoco, com um bom compromisso entre qualidade e tempo de execução quando comparados a técnicas estado-da-arte. Para lidar com sequências de vídeo desfocadas, a consistência temporal também foi incluída no modelo proposto. Mais precisamente, Filtros de Kalman foram aplicados para gerar estimativas temporais suaves para cada pixel quando a aparência local da sequência de vídeo não varia muito, permitindo transições durante mudanças drásticas da aparência local, que podem se relacionar com oclusões/desoclusões. Finalmente, esta tese também mostra aplicações dos métodos propostos para a estimativa de desfocagem de imagem e vídeo. Um novo método de redimensionamento (retargeting) de imagens é proposto para fotos tiradas por câmera com baixa profundidade de campo. O método inclui informação de desfocamento local no contexto do método seam carving, visando preservar objetos em foco com melhor qualidade visual. Assumindo que os pixels em foco estejam relacionados às regiões de interesse de uma imagem com desfocamento, o método de redimensionamento proposto começa com um método de corte (cropping), o qual remove as partes sem importância (borradas) da imagem, e então o método seam carving é aplicado com uma nova função de energia que prioriza as regiões em foco. Os resultados experimentais mostram que o método proposto funciona melhor na preservação de objetos em foco do que outras técnicas de redimensionamento de imagens. A tese também explora o método de estimação de desfocagem proposto no contexto de des-borramento de imagens e sequências de vídeo, e os resultados foram comparados com vários outros métodos de estimação de desfocagem. Os resultados obtidos mostram que as métricas tipicamente usadas para avaliar métodos de estimação de desfocagem (por exemplo, erro absoluto médio) podem não estar correlacionadas com a qualidade das métricas de imagem desfocada, como a Relação Sinal-Ruído de Pico. / This dissertation presents two different defocus blur estimation methods for still images. Both methods assume a Gaussian Point Spread Function (PSF) and explore the ratio of gradient magnitudes of reblurred images computed at edge location with different scales, which provides a closed form mathematical formulation for the local blur assuming continuous-time signals. The first approach computes 1D profiles along edge points orthogonal to the local contour, and evaluate the location of the edge (maximum of the derivative) to adaptively select the number of reblurring scales. Considering the time consumption of exploring 1D oriented edge profiles, a second method was proposed based on 2D multiscale image gradients, and local reblurring parameters were selected based on the agreement of an edge detector computed at several scales. Given an initial estimate of the blur scale at edge locations provided by either of these two methods, a correction step that accounts for the discretization of the continuous formulation is also proposed. A novel local filtering method that smooths the refined estimates along the image contours is also proposed, and a fast joint domain filter is explored to propagate blur information to the whole image to generate the full blur map. Experimental results on synthetic and real images show that the proposed methods have promising results for defocus blur estimation, with a good trade off between running time and accuracy when compared to state-of-the art defocus blur estimation methods. To deal with blurry video sequences, temporal consistency was also included in the proposed model. More precisely, Kalman Filters were applied to generate smooth temporal estimates for each pixel when the local appearance of the video sequence does not vary much, and allowing sharp transitions during drastic local appearance changes, which might relate to occlusions/disocclusions. Finally, this dissertation also shows applications of the proposed methods for image and video blur estimation. A new image retargeting method is proposed for photos taken by a shallow Depth of Field (DoF) camera. The method includes defocus blur information with the seam carving framework aiming to preserve in-focus objects with better visual quality. Assuming the in-focus pixels related to regions of interest of a blurry image, the proposed retargeting method starts with a cropping method, which removes the unimportant parts (blurry) of the image, then the seam carving method is applied with a novel energy function that prioritizes in-focus regions. Experimental results show that the proposed blur aware retargeting method works better at preserving in-focus objects than other well known competitive retargeting methods. The dissertation also explores the proposed blur estimation method in the context of image and video deblurring, and results were compared with several other blur estimation methods. The obtained results show that metrics typically used to evaluate blur estimation methods (e.g. Mean Absolute Error) might not be correlated with the quality of deblurred image metrics, such as Peak Signal to Noise Ratio.

As técnicas para síntese de textura em Computação Gráfica constituem um grupo bem específico cujo objetivo principal é a inclusão, na imagem, de alguma informação visual que aumente a percepção de realismo. São identificadas técnicas para síntese de textura com características favoráveis a implementação num ambiente limitado cujo aspecto central é a placa de vídeo VGA, a saber: mapeamento de textura, "bump mapping" e textura sólida. Um sistema para visualização de objetos simples com aplicação das técnicas selecionadas é descrito e implementado. Várias imagens são sintetizadas e os resultados analisados considerando-se o nível de realismo atingido. É explorado o uso de padrões para incremento da resolução visual das imagens em conjunto com a técnica de mapeamento de textura. Apresenta-se uma série de definições para textura das áreas de Computação Gráfica, Psicologia e Processamento de Imagens. Estas definições se integram e possibilitam a formação de um conceito genérico sobre o assunto. Os modelos e técnicas para descrição e síntese de texturas são apresentados, identificando-se as tendências nesta área. / The Computer Graphics texture synthesis techniques are a well defined group which main goal is to add visual information to the image. This visual information will increase the realism. Texture synthesis techniques for implementation in a limited environment are identified, namely texture mapping, bump mapping and solid texture. The main aspect of the environment is the VGA video card. A system is described and implemented to visualize simple objects where the selected texture synthesis techniques were applied . Some images are synthesized and the results are analysed. It is explored the use of patterns to increase images visual resolution in conection with texture mapping technique. It is presented a set of texture definitions from Computer Graphics, Psychology and Image Processing studies. These definitions are integrated and make possible to form a generic concept about the subject. Models and techniques for texture description and synthesis are presented. This survey identified trends in this area.

Os métodos de controle de movimento em animação baseados em Física, e utilizados em Computação Gráfica, tem como objetivo simular o comportamento de objetos de acordo com as leis físicas que governam o mundo virtual adotado. Este trabalho utiliza a dinâmica de corpos rígidos como método de controle de movimento em animação por computador aplicada a movimentos e colisões de corpos rígidos não-articulados. O trabalho também apresenta uma metodologia para projeto e implementação de simulações gráficas com o objetivo de estabelecer relações entre modos de interação e os mecanismos de abstração necessários em ambientes de simulação. A principal vantagem da utilização da Mecânica newtoniana esta no fato de que ela garante o realismo dos movimentos e colisões. Associados a cada objeto devem estar os seguintes atributos físicos: centro de massa, massa total, momento de inércia e, eventualmente, a elasticidade do material. A partir de um estado inicial (velocidade linear, posição, velocidade angular e orientação) e de estímulos iniciais sobre os objetos (forças e torques), o sistema determina a evolução do estado dinâmico inicial ao longo de um dado intervalo de tempo. Para produzir o movimento dos corpos, são resolvidos sistemas de equações diferenciais de primeira ordem utilizando métodos numéricos. O tratamento de colisões de corpos rígidos envolve a detecção da colisão e contato entre objetos e a determinação das forças de contato entre os mesmos. A estratégia utilizada para a colisão considera que num determinado instante de tempo existe apenas um ponto de contato entre dois objetos. As superfícies dos objetos são representadas por uma grade de pontos conectados para formar polígonos. Existem dois tipos de estratégias para se detectar o ponto de contato entre dois objetos: o ponto de contato resultante da intersecção do vértice das arestas de um objeto com a face poligonal de outro objeto e o resultante da intersecção da aresta de um objeto com a face poligonal de um outro objeto. A análise de impacto, para resolver a dinâmica, utiliza um método analítico que preserva os momentos linear e angular durante a colisão e resulta em novas velocidades linear e angular para cada corpo rígido. Este tratamento de colisões permite ao sistema de animação realizar, em tempo de simulação, um controle automático da restrição de que dois corpos rígidos, ao colidirem, não podem se interpenetrar. Tal tratamento automático, em geral, não realizado pelos sistemas de animação por computador atualmente existentes. O trabalho apresenta o protótipo desenvolvido para validar as soluções dadas aos problemas de determinação do movimento e detecção de colisões, assim como sua aplicação na produção de suas seqüência animadas. São comentadas, também, as extensões do presente trabalho, decorrentes da abordagem dada ao problema da simulação do comportamento fundamental de corpos rígidos num dado mundo virtual a qual permite a incorporação de outras características aos objetos: elasticidade, para modelagem de deformações, e articulações, para produção de movimentos articulados com diferentes graus de liberdade. / The goal of the motion control methods used in Computer Graphics for physically based animation is to simulate the behavior of objects according to physical laws that govern a certain virtual world. This work uses rigid body dynamics as a motion control method for animation applied to motions and collisions of non-articulated rigid bodies. In addition, the work presents a methodology for the design and implementation of graphical simulation systems with the aim of providing relationships among interaction modes and abstraction mechanisms for a variety of applications. The principal advantage in using Newtonian Mechanics is that it keeps the realism of motions and collisions. Physical attributes must be associated with objects: center of mass, mass, moment of inertia, and sometimes, elasticity of the materials. Given an initial state (linear velocity, position, angular velocity, and orientation) and initial stimuli applied to the objects (forces and torques), the system determines the evolution of the dynamic state along a determinate time interval. The motion description is obtained using numerical solutions of sets of first order differential equations. The treatment of collisions of rigid bodies involves detecting collision and contact between objects and determining the contact forces present between contacting objects. The strategy used to treat collisions takes into account that there is just one contact point between two objects. The surfaces of objects are represented by a grid of connecting points forming polygons. There are two kinds of strategies to detect the contact point between two objects: the contact point resulting of intersecting the vertices of the edges of an object with the polygonal face of another one and that resulting of intersecting the edges of an object with the polygonal face of another one. The analysis of impact, to resolve the dynamic, uses an analytical method that preserves the linear and angular moments during the collision, finding a new linear and angular velocity for each rigid body. This treatment of collision allows the animation system to provide, at simulation time, an automatic control of the restriction that there is no interpenetration between two rigid bodies when they colide. This automatic treatment in general is not provided by existing computer animation systems. The work presents the prototype developed for validating the solutions given to the problems of motion control and collisions treatment, as well as its application in the production of animated sequences. The text ends with comments on extension of the present work from the approach given to the problem of simulating the behavior of objects in a certain virtual world allowing the incorporation of other characteristics to the objects: elasticity, to model deformations, and articulations, for the production of articulated movements with different degrees of freedom.

[pt] Rendering Baseado em Imagens (IBR - Image-Based Rendering) é um a tendência forte em visualização devido à alta qualidade da imagem. Um dos problemas mais complexos é a composição de objetos (3D ou não) na imagem do panorama. O uso de IBR em plataformas restritas, como os celulares, encontra inúmeras dificuldades e não conta com muitos trabalhos na literatura. Este trabalho analisa as possibilidades de implementação de IBR com objetos ativos em celulares. Um protótipo é proposto e resultados são comentados. / [en] Image Based Rendering (IBR) is a strong tendence in visualization due to the high quality of the images. One of the most complex problems is the 2D/3D object composition in a panorama. The use of IBR in limited platforms, like cell phones, faces a number of problems and the literature is scarse. This work analizes the possibility of implementing IBR with active objects in cell phones. A prototype is presented and results are analyzed.

As técnicas para síntese de textura em Computação Gráfica constituem um grupo bem específico cujo objetivo principal é a inclusão, na imagem, de alguma informação visual que aumente a percepção de realismo. São identificadas técnicas para síntese de textura com características favoráveis a implementação num ambiente limitado cujo aspecto central é a placa de vídeo VGA, a saber: mapeamento de textura, "bump mapping" e textura sólida. Um sistema para visualização de objetos simples com aplicação das técnicas selecionadas é descrito e implementado. Várias imagens são sintetizadas e os resultados analisados considerando-se o nível de realismo atingido. É explorado o uso de padrões para incremento da resolução visual das imagens em conjunto com a técnica de mapeamento de textura. Apresenta-se uma série de definições para textura das áreas de Computação Gráfica, Psicologia e Processamento de Imagens. Estas definições se integram e possibilitam a formação de um conceito genérico sobre o assunto. Os modelos e técnicas para descrição e síntese de texturas são apresentados, identificando-se as tendências nesta área. / The Computer Graphics texture synthesis techniques are a well defined group which main goal is to add visual information to the image. This visual information will increase the realism. Texture synthesis techniques for implementation in a limited environment are identified, namely texture mapping, bump mapping and solid texture. The main aspect of the environment is the VGA video card. A system is described and implemented to visualize simple objects where the selected texture synthesis techniques were applied . Some images are synthesized and the results are analysed. It is explored the use of patterns to increase images visual resolution in conection with texture mapping technique. It is presented a set of texture definitions from Computer Graphics, Psychology and Image Processing studies. These definitions are integrated and make possible to form a generic concept about the subject. Models and techniques for texture description and synthesis are presented. This survey identified trends in this area.

[pt] Um dos principais objetivos da computação gráfica é a geração de imagens fotorrealistas, ou seja, imagens indistinguíveis das de uma capturada por uma câmera real ou, mais ambiciosamente, imagens que provocam a mesma sensação no sistema visual de um observador quando olhando diretamente para uma cena. Aplicações incluem o projeto de iluminação, a arquitetura, a realidade virtual e a indústria do cinema. Esse trabalho apresenta a arquitetura de um sistema capaz de resolver, por técnicas de Monte Carlo, a equação do transporte da luz, essencialmente uma aproximação das equações de Maxwell para ótica geométrica. Além de ser um renderer funcional, o sistema é implementado na forma de um framework em cima do qual pode-se facilmente experimentar idéas na área de síntese de imagens fotorrealistas, como, por exemplo, diferentes materiais, geometrias, estruturas de aceleração e estratégias de integração. / [en] One of the main goals in computer graphics is to create photorealistic images, that is, images indistinguishable from the ones captured by a real camera, or, more ambitiously, images that cause the same sensation on the visual system of an observer looking directly at a scene. Applications include illumination design, architecture, virtual reality and the movie industry. This work presents the architecture of a renderer that solves by Monte Carlo techniques the light transport equation, essentially a geometric optics approximation of Maxwell´s equations. The system is not only a functional renderer but also a framework where we can easily experiment new ideas in photorealistic image synthesis, such as new materials, geometries, acceleration structures and integration techniques.

O mapeamento de texturas é uma técnica bastante importante para adicionar detalhamento a modelos geométricos. O mapeamento de texturas baseadas em imagens costuma ser a abordagem preferida, mas faz uso de imagens pré-computadas que são mais adequadas à representação de padrões estáticos. Por outro lado, texturas procedurais oferecem uma alternativa que depende de funções para descrever os padrões das texturas. Elas garantem mais flexibilidade na definição dos padrões em cenas dinâmicas, tendo ainda uma representação mais compacta e dando um maior controle da aparência da textura através do ajuste de parâmetros. Quando mapeadas por coordenadas 3D, as texturas procedurais não consideram a forma da superfície domodelo, e com coordenadas 2D torna-se necessária a definição dessas coordenadas de forma coerente, que, em modelos complexos ,não é uma tarefa simples. Neste trabalho nós introduzimos o leitor às texturas procedurais e ao mapeamento de texturas, então apresentamos GeoTextures, uma nova abordagem que faz uso de distâncias geodésicas definidas com base em múltiplos pontos de origem sobre a superfície do modelo. As distâncias geodésicas são passadas como parâmetros que permitem que a textura procedural se adeqüe ao relevo do modelo texturizado. Nós validamos a proposta ao usar alguns exemplos de texturas procedurais aplicadas em tempo real na texturização de superfícies complexas, mudando tanto a textura do modelo como a forma, através do uso de tesselagem em hardware. / Texture mapping is an important technique to add detail to geometric models. Imagebased texture mapping is the preferred approach but employs pre-computed images, which are better suited for static patterns. On the other hand, procedural-based texture mapping offers an alternative that rely on functions to describe texturing patterns. This allows more flexibility to define patterns in dynamic scenes, while also having a more compact representation and more control for parametric adjustments on the texture visual appearance. When mapped with 3D coordinates, the procedural textures do not consider the model surface, and with 2D mapping the coordinates must be defined in a coherent way, which for complex models is not an easy task. In this work we give a introduction to procedural texturing and texture mapping, and introduce GeoTextures, an original approach that uses geodesic distance defined from multiple sources at different locations over the surface of the model. The geodesic distance is passed as a parameter that allows the shape of the model to be considered in the definition of the procedural texture. We validate the proposal using procedural textures that are applied in real-time to complex surfaces, and show examples that change both the shading of the models, as well as their shape using hardware-based tessellation.

Considerações de informação perceptual têm ganhado espaço rapidamente em pesquisas referentes a representação, análise e exibição de malhas. Estudos com usuários, eye tracking e outras técnicas são capazes de fornecer informações cada vez mais úteis para sistemas voltados a usuário, que formam a maioria das aplicações em computação gráfica. Neste trabalho nós expandimos sobre o conceito de Saliência de Malhas — uma medida automática de importância visual para malhas de triângulos baseada em modelos de atenção humana em baixo nível — melhorando, extendendo e realizando integração com diferentes aplicações. Nós extendemos o conceito de Saliência de Malhas para englobar objetos deformáveis, mostrando como um mapa de saliência em nível de vértice pode ser construído capturando corretamente regiões de alta importância perceptual através de um conjunto de poses ou deformações. Nós definimos saliência multi-pose como um agregado multi-escala de valores de curvatura sobre uma vizinhança localmente estável, em conjunto com deformações desta vizinhança em múltiplas poses. Nós substituímos distância Euclideana por geodésica, assim fornecendo melhores estimativas de vizinhança local. Resultados mostram que saliência multi-pose gera resultados visualmente mais interessantes em simplificações quando comparado à saliência em uma única pose. Nós também aplicamos saliência de malhas ao problema de segmentação e rendering dependente de ponto de vista, introduzindo uma técnica para segmentação que particiona um objeto em um conjunto de clusters, cada um englobando um grupo de características localmente interessantes. Saliência de malhas é incorporada em um framework para clustering propagativo, guiando seleção de pontos de partida para clusters e custos de propagação de faces, levando a uma convergência de clusters ao redor de características perceptualmente importantes. Nós comparamos nossa técnica com diferentes métodos automáticos para segmentação, mostrando que ela fornece segmentação melhor ou comparável sem necessidade de intervenção do usuário. Uma vez que o algoritmo de segmentação proposto é especialmente aplicável a rendering multi-resolução, nós ilustramos uma aplicação do mesmo através de um sistema de rendering baseado em ponto de vista guiado por saliência, alcançando melhorias consideráveis em framerate com muito pouca perda de qualidade visual. / Considerations on perceptual information are quickly gaining importance in mesh representation, analysis and display research. User studies, eye tracking and other techniques are able to provide ever more useful insights for many user-centric systems, which form the bulk of computer graphics applications. In this work we build upon the concept of Mesh Saliency — an automatic measure of visual importance for triangle meshes based on models of low-level human visual attention—improving, extending and integrating it with different applications. We extend the concept of Mesh Saliency to encompass deformable objects, showing how a vertex-level saliency map can be constructed that accurately captures the regions of high perceptual importance over a range of mesh poses or deformations. We define multipose saliency as a multi-scale aggregate of curvature values over a locally stable vertex neighborhood together with deformations over multiple poses. We replace the use of the Euclidean distance by geodesic distance thereby providing superior estimates of the local neighborhood. Results show that multi-pose saliency generates more visually appealing mesh simplifications when compared to a single-pose mesh saliency. We also apply Mesh Saliency to the problem of mesh segmentation and view-dependent rendering, introducing a technique for segmentation that partitions an object into a set of face clusters, each encompassing a group of locally interesting features. Mesh Saliency is incorporated in a propagative mesh clustering framework, guiding cluster seed selection and triangle propagation costs and leading to a convergence of face clusters around perceptually important features. We compare our technique with different fully automatic segmentation algorithms, showing that it provides similar or better segmentation without the need for user input. Since the proposed clustering algorithm is specially suitable for multi-resolution rendering, we illustrate application of our clustering results through a saliency-guided view-dependent rendering system, achieving significant framerate increases with little loss of visual detail.

Esta tese apresenta dois métodos diferentes de estimativa de desfocagem usando uma única imagem. Ambos os métodos assumem uma função de espalhamento de ponto (Point Spread Function - PSF) Gaussiana e exploram a razão de magnitudes de gradientes de versões re-borradas da imagem original com escalas diferentes nas bordas da imagem, o que fornece uma expressão matemática fechada para borramento local. A primeira abordagem calcula perfis 1D ao longo de pontos de borda ortogonais ao contorno local, e avalia a localização da borda (máximo da derivada primeira) para selecionar adaptativamente o número de escalas no re-borramento. Considerando o consumo de tempo de explorar perfis de aresta orientados 1D, um segundo método foi proposto com base em gradientes de imagem diretamente no domínio 2D, e os parâmetros de re-borramento locais foram selecionados com base na concordância de um detector de bordas calculado em várias escalas. Dada uma estimativa inicial da escala de desfocagem nas posições de borda proporcionada por qualquer um destes dois métodos, é também proposto um passo de correção que atenua os erros introduzidos pela discretização da formulação contínua. Um novo método de filtragem local que suaviza as estimativas refinadas ao longo dos contornos de imagem também é proposto, e um filtro de domínio conjunto (jointdomain filter) rápido é explorado para propagar informações de desfocagem para toda a imagem, gerando o mapa de desfocagem completo. Os resultados experimentais em imagens sintéticas e reais mostram que os métodos propostos apresentam resultados promissores para a estimativa de borramento por desfoco, com um bom compromisso entre qualidade e tempo de execução quando comparados a técnicas estado-da-arte. Para lidar com sequências de vídeo desfocadas, a consistência temporal também foi incluída no modelo proposto. Mais precisamente, Filtros de Kalman foram aplicados para gerar estimativas temporais suaves para cada pixel quando a aparência local da sequência de vídeo não varia muito, permitindo transições durante mudanças drásticas da aparência local, que podem se relacionar com oclusões/desoclusões. Finalmente, esta tese também mostra aplicações dos métodos propostos para a estimativa de desfocagem de imagem e vídeo. Um novo método de redimensionamento (retargeting) de imagens é proposto para fotos tiradas por câmera com baixa profundidade de campo. O método inclui informação de desfocamento local no contexto do método seam carving, visando preservar objetos em foco com melhor qualidade visual. Assumindo que os pixels em foco estejam relacionados às regiões de interesse de uma imagem com desfocamento, o método de redimensionamento proposto começa com um método de corte (cropping), o qual remove as partes sem importância (borradas) da imagem, e então o método seam carving é aplicado com uma nova função de energia que prioriza as regiões em foco. Os resultados experimentais mostram que o método proposto funciona melhor na preservação de objetos em foco do que outras técnicas de redimensionamento de imagens. A tese também explora o método de estimação de desfocagem proposto no contexto de des-borramento de imagens e sequências de vídeo, e os resultados foram comparados com vários outros métodos de estimação de desfocagem. Os resultados obtidos mostram que as métricas tipicamente usadas para avaliar métodos de estimação de desfocagem (por exemplo, erro absoluto médio) podem não estar correlacionadas com a qualidade das métricas de imagem desfocada, como a Relação Sinal-Ruído de Pico. / This dissertation presents two different defocus blur estimation methods for still images. Both methods assume a Gaussian Point Spread Function (PSF) and explore the ratio of gradient magnitudes of reblurred images computed at edge location with different scales, which provides a closed form mathematical formulation for the local blur assuming continuous-time signals. The first approach computes 1D profiles along edge points orthogonal to the local contour, and evaluate the location of the edge (maximum of the derivative) to adaptively select the number of reblurring scales. Considering the time consumption of exploring 1D oriented edge profiles, a second method was proposed based on 2D multiscale image gradients, and local reblurring parameters were selected based on the agreement of an edge detector computed at several scales. Given an initial estimate of the blur scale at edge locations provided by either of these two methods, a correction step that accounts for the discretization of the continuous formulation is also proposed. A novel local filtering method that smooths the refined estimates along the image contours is also proposed, and a fast joint domain filter is explored to propagate blur information to the whole image to generate the full blur map. Experimental results on synthetic and real images show that the proposed methods have promising results for defocus blur estimation, with a good trade off between running time and accuracy when compared to state-of-the art defocus blur estimation methods. To deal with blurry video sequences, temporal consistency was also included in the proposed model. More precisely, Kalman Filters were applied to generate smooth temporal estimates for each pixel when the local appearance of the video sequence does not vary much, and allowing sharp transitions during drastic local appearance changes, which might relate to occlusions/disocclusions. Finally, this dissertation also shows applications of the proposed methods for image and video blur estimation. A new image retargeting method is proposed for photos taken by a shallow Depth of Field (DoF) camera. The method includes defocus blur information with the seam carving framework aiming to preserve in-focus objects with better visual quality. Assuming the in-focus pixels related to regions of interest of a blurry image, the proposed retargeting method starts with a cropping method, which removes the unimportant parts (blurry) of the image, then the seam carving method is applied with a novel energy function that prioritizes in-focus regions. Experimental results show that the proposed blur aware retargeting method works better at preserving in-focus objects than other well known competitive retargeting methods. The dissertation also explores the proposed blur estimation method in the context of image and video deblurring, and results were compared with several other blur estimation methods. The obtained results show that metrics typically used to evaluate blur estimation methods (e.g. Mean Absolute Error) might not be correlated with the quality of deblurred image metrics, such as Peak Signal to Noise Ratio.

Imagens da anatomia interna são essenciais para as práticas médicas. Estabelecer correlação entre elas, é um importante procedimento para diagnóstico e tratamento. Nessa dissertação, é proposta uma abordagem para correlacionar dados multidimensionais de mesma modalidade de aquisição baseando-se somente nas informações de intensidade de pixels e voxels. O trabalho foi dividido em duas fases de implementação. Na primeira, foi explorado o problema de similaridade entre imagens médicas usando a perspectiva de análise de qualidade de imagem. Isso levou ao desenvolvimento de uma técnica de dois passos que estabelece um equilíbrio entre a velocidade de processamento e precisão de duas abordagens conhecidas. Avaliou-se a qualidade e aplicabilidade do algoritmo e, na segunda fase, o método foi estendido para analisar similaridade e encontrar a localização de uma imagem arbitrária (2D) em um volume (3D). A solução minimiza o número virtualmente infinito de possíveis orientações transversais e usa otimizações para reduzir a carga de trabalho e entregar resultados precisos. Uma visualização tridimensional volumétrica funde o volume (3D) com a imagem (2D) estabelecendo uma correspondência entre os dados. Uma análise experimental demonstrou que, apesar da complexidade computacional do algoritmo, o uso de amostragem, tanto na imagem quanto no volume, permite alcançar um bom equilíbrio entre desempenho e precisão, mesmo quando realizada com conjuntos de dados de baixa intensidade de gradiente. / Images of the inner anatomy are essential for clinical practice. To establish a correlation between them is an important procedure for diagnosis and treatment. In this thesis, we propose an approach to correlate within-modality 2D and 3D data from ordinary acquisition protocols based solely on the pixel/voxel information. The work was divided into two development phases. First, we explored the similarity problem between medical images using the perspective of image quality assessment. It led to the development of a 2-step technique that settles the compromise between processing speed and precision of two known approaches. We evaluated the quality and applicability of the 2-step and, in the second phase, we extended the method to use similarity analysis to, given an arbitrary slice image (2D), find the location of this slice within the volume data (3D). The solution minimizes the virtually infinite number of possible cross section orientations and uses optimizations to reduce the computational workload and output accurate results. The matching is displayed in a volumetric three-dimensional visualization fusing the 3D with the 2D. An experimental analysis demonstrated that despite the computational complexity of the algorithm, the use of severe data sampling allows achieving a great compromise between performance and accuracy even when performed with low gradient intensity datasets.