Submitted by PIETRO CARELLI REIS DE OLIVEIRA CALTABIANO null (pietrocarelli@hotmail.com) on 2017-01-10T01:33:15Z No. of bitstreams: 1 Caltabiano_Pietro_Tese_2016.pdf: 23652706 bytes, checksum: 3e2ad76601dc03b6f3704911772a5005 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-01-12T19:31:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 caltabiano_pcro_dr_guara.pdf: 23652706 bytes, checksum: 3e2ad76601dc03b6f3704911772a5005 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-12T19:31:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 caltabiano_pcro_dr_guara.pdf: 23652706 bytes, checksum: 3e2ad76601dc03b6f3704911772a5005 (MD5) Previous issue date: 2016-11-25 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Ferramentas de processamento e análise digital de imagens foram desenvolvidas com a finalidade de avaliar a evolução da textura morfológica e cristalográfica da microestrutura da liga de alumínio 7075 sob diferentes níveis de deformação plástica por compressão uniaxial. Amostras da liga de alumínio 7075-T6 passaram por um processo de recozimento pleno seguido de um estágio de compressão uniaxial, obtendo níveis de deformações entre 25 e 65%. As microestruturas das amostras foram avaliadas em função dos parâmetros morfológicos dos precipitados, da reorientação dos planos cristalográficos dos grãos e da orientação das subestruturas formadas durante o processo de deformação. Para a caracterização foram utilizadas técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica, microscopia óptica utilizando técnicas de polarização linear e circular, microscopia correlativa e processamento digital de imagens. Os resultados de difração de raios-X indicaram uma reorientação do plano cristalográficos (200) para o (220) após a deformação, e as técnicas de microscopia eletrônica identificaram precipitados de Mg2Si, Al7Cu2Fe e Al6(FeCu) na liga. A análise morfológica dos precipitados indicou uma maior fragmentação dos precipitados devido à maior ativação do plano (331) a partir de 39% de deformação. Por meio do processamento de imagens foi encontrada uma tendência de correlação entre os planos cristalográficos e a fração de área das fases, enquanto que os parâmetros morfológicos das subestruturas formadas durante o processo de deformação permitiram avaliar apenas qualitativamente o nível de encruamento das amostras. / Digital image processing and analysis tools were developed to perform the AA 7075 crystallographic and morphologic texture evaluation under different level of plastic deformation by uniaxial compression. Samples of AA 7075-T6 were submitted to full annealing process followed by uniaxial compression, thus obtaining deformations between 25 and 65% of thickness. The samples microstructure evaluation was performed considering: precipitates morphological parameters, crystallographic lattices reorientation and deformation substructure orientation. The characterization technics were: X-ray diffraction, electron microscopy, optical microscopy with polarization light, correlative microscopy and digital images processing. Xray diffraction results showed that the crystallographic plane (200) was reoriented to (220) after compression. The EDS analysis identified precipitates of Mg2Si, Al7Cu2Fe e Al6(FeCu). The precipitates morphological analysis showed an increase in fragmentation due to plane (331) at 39% of deformation. The digital image process of the samples etched with Barker reagents indicated a correlation between area fraction and the diffraction peaks, and the deformation substructures analysis made viable a qualitative characterization of the hardening process. / FAPESP: 2011/00403-2

Cette thèse est basée sur une étude des problèmes de reproductibilité rencontrés dans la recherche en traitement d'image. Nous avons conçu, créé et développé un journal scientifique, Image Processing On Line (IPOL), dans lequel les articles sont publiés avec une implémentation complète des algorithmes décrits, validée par les rapporteurs. Un service web de démonstration des algorithmes est joint aux articles, permettant de les tester sur données libres et de consulter l'historique des expériences précédentes. Nous proposons également une politique de droits d'auteur et licences, adaptée aux manuscrits et aux logiciels issus de la recherche, et des règles visant à guider les rapporteurs dans leur évaluation du logiciel. Le projet scientifique que constitue IPOL nous apparaît très bénéfique à la recherche en traitement d'image. L'examen détaillé des implémentations et les tests intensifs via le service web de démonstration ont permis de publier des articles de meilleure qualité. La fréquentation d'IPOL montre que ce journal est utile au-delà de la communauté de ses auteurs, qui sont globalement satisfaits de leur expérience et apprécient les avantages en terme de compréhension des algorithmes, de qualité des logiciels produits, de diffusion des travaux et d'opportunités de collaboration. Disposant de définitions claires des objets et méthodes, et d'implémentations validées, il devient possible de construire des chaînes complexes et fiables de traitement des images. / This thesis is based on a study of reproducibility issues in image processing research. We designed, created and developed a scientific journal, Image Processing On Line (IPOL), in which articles are published with a complete implementation of the algorithms described, validated by the rapporteurs. A demonstration web service is attached, allowing testing of the algorithms with freely submitted data and an archive of previous experiments. We also propose copyrights and license policy, suitable for manuscripts and research software software, and guidelines for the evaluation of software. The IPOL scientific project seems very beneficial to research in image processing. With the detailed examination of the implementations and extensive testing via the demonstration web service, we publish articles of better quality. IPOL usage shows that this journal is useful beyond the community of its authors, who are generally satisfied with their experience and appreciate the benefits in terms of understanding of the algorithms, quality of the software produced, and exposure of their works and opportunities for collaboration. With clear definitions of objects and methods, and validated implementations, complex image processing chains become possible.

Este trabalho trata, inicialmente, de uma extensa investigação acerca do efeito que o processo de digitalização da imagem exerce num esquema de processamento de imagens em mamografia. Como todas as etapas de processamento tomam por base a imagem original digitalizada, os diferentes equipamentos, tecnologias, softwares de aquisição e características do processo contribuem para produzir diferentes aspectos na digitalização de um mesmo filme mamográfico. Por conseguinte, as etapas envolvidas do pré-processamento à classificação, passando principalmente pela segmentação dessas imagens, poderão produzir diferentes resultados dependendo da fidelidade da imagem digital em relação à mamografia original. Assim, essa pesquisa focaliza uma avaliação comparativa das características das imagens mamográficas adquiridas em diferentes sistemas de digitalização, tomando por base o efeito que esse processo exerce na sensibilidade de módulos de um esquema CAD (de Computer-Aided Diagnosis) previamente desenvolvido em nosso grupo. Com base nisso, propõe-se um modelo computacional que permite compensar as eventuais degradações introduzidas no processo de digitalização, em busca de uma maior uniformidade das imagens mamográficas digitais, independentemente do equipamento utilizado na digitalização. Testes conduzidos com as imagens digitais geradas em vários sistemas diferentes - desde equipamentos mais comuns, com adaptadores de transparência, até os mais sofisticados, com varredura a laser, e de alto custo - utilizando o driver de digitalização aqui proposto mostraram que houve um aumento da sensibilidade na detecção de microcalcificações para todos os casos em relação à utilização das imagens originalmente digitalizadas sem a aplicação do modelo. Além disso, foi significativa também a redução na taxa de falsos-positivos (entre 70 e 90%) nas mesmas condições. Como efeito, a presente proposta torna acessível a qualquer instituição radiológica a possibilidade de aplicação de esquemas de processamento para auxiliar a detecção e/ou diagnóstico de estruturas suspeitas em mamografia, mesmo que utilizando digitalizadores menos sofisticados - e, portanto, de menor custo - para a produção das imagens mamográficas digitais e sem perda de qualidade do desempenho. / This work corresponds to an extensive investigation on the effect of the image digitization process on an image processing scheme in mammography. As all the processing steps are based on a digitized image, different equipment, technologies, acquisition softwares and characteristics regarding such a procedure contribute to yield different features during the digitization of a same mammographic film. As a consequence, all the steps since the pre-processing up to the classification, mainly the images segmentation, could give different results depending on the digital image fidelity relatively to the original mammogram. Therefore, this research concentrates on a comparative evaluation of mammographic images acquired from several digitization systems, concerning the effect of this procedure on the sensitivity of a CAD scheme sections previously developed in our research group. A computer model is proposed in order to compensate some flaws introduced in the digitization procedure. The purpose is assuring more uniformity to the digital mammography images, no matter the digitizer used. Tests with digital images from several different systems - since common equipment, with transparency adaptors, up to the most expensive and sophisticated, with laser scanning - by using the digitization driver proposed in this work have shown an increase in microcalcifications detection sensitivity for all cases relatively to the use of original digitized images without making use of the proposed model. Furthermore, the reduction in false positive rates was significant (from 70% up to 90%) in the same conditions. Therefore, the current application makes possible to any radiological institution the use of processing schemes to aid the detection and/or diagnosis of suspect structures in mammography, even using less sophisticated - and thus, with low cost - digitizers and keeping the performance quality.

No segmento criminal, uma ferramenta digital capaz de comparar informações sobre suspeitos criminais, restringindo a lista de potenciais criminosos, representa um grande avanço tecnológico. O desafio é conseguir recuperar imagens similares em banco de dados a partir do retrato falado de um suspeito, sendo assim possível localizar as imagens de criminosos no banco de faces da polícia. A importância desse desafio deve-se ao fato que na maioria dos casos, o retrato falado gerado, a partir da descrição verbal de testemunhas é o ponto de partida para o desfecho de muitas investigações. Em vista disto, este trabalho tem por objetivo apresentar um sistema computacional capaz de buscar imagens de faces humanas de um banco de faces através dos esboços das imagens de face, a partir de um retrato falado. Foram feitos retratos falados para comparar com os esboços das imagens das faces humanas presentes em banco de dados e foram recuperadas as mais semelhantes. Na metodologia proposta, as imagens de face passam por um processamento chamado Misturograma, que resulta no esboço da imagem de face, que é utilizado para se comparar com os retratos falados obtidos. O algoritmo proposto usa distância Euclidiana para comparação de semelhança e wavelets de Haar como descritor das imagens. Foram utilizadas as métricas estatísticas de avaliação de desempenho: Recall X Precision e Cumulative Match Score. A metodologia proposta obteve uma precisão de 95% de acertos nas buscas realizadas em Cross Validation, dessa forma mostra-se um método viável para recuperação de imagens a partir de retratos falados. / In the criminal segment, a digital tool able to compare information on criminal suspects, restricting the list of potential criminals, represents a major technological breakthrough. The challenge is to retrieve similar images in the database and thus from the sketch of a suspect you can find images of criminals in the police faces database. The importance of this challenge is due to the fact that in most cases, the sketch generated from the verbal description of witnesses is the starting point for the outcome of many investigations. In view of this, this paper aims to develop a computer system able to search for images of human faces from a database of faces using face images of outlines from a sketch. Sketches were made to compare with the outlines of the images of human faces present in the database and the most similar were retrieved. In the proposed methodology, the face images go through a process called Misturograma, resulting in the outlines of the face image, which is used to compare the obtained sketches. The proposed algorithm uses Euclidean distance to compare the similarity and Haar wavelets as a descriptor of the images. We used the statistical metrics for performance evaluation: Recall X Precision and Cumulative Match Score. The proposed method achieved an accuracy of 95% in carried out searches in Cross Validation thus proves to be a viable method for recovering images from sketches.

Nos últimos anos, a avaliação automática de mamogramas digitalizados tem sido muito estudada. Através da integração de pacotes de programas semi-automáticos de pré-processamento e processamento para auxílio ao diagnóstico precoce do câncer de mama, foi desenvolvido um esquema CAD (Computer-Aided Diagnosis) para mamografia, com o objetivo de otimizar o tempo de processamento da região de interesse e automatizar os processos sem a necessidade de intervenção do usuário durante a execução. Com a automatização criou-se uma interface de fácil operação. Os pacotes de processamento foram devidamente documentados, tornando-se um esquema estruturado / In the last years, the automatic evaluation of digitized mammograms has been a lot studied. Through the interconnection of packages of semiautomatic of pre-processing and processing for aid to the precocious diagnosis of the breast cancer, a Computer-Aided Diagnosis (CAD) schemes for mammography was developed, with the objective to optimize the time of processing of the interest region and to automate the processes without necessity of intervention of the user during the execution. With automation an interface of easy operation was created. The processing packages were documented becoming a structured scheme

Neste trabalho apresentamos o desenvolvimento e a realização de um experimento utilizando recursos modernos de processamento de imagens como câmeras CCD, placas de aquisição de imagens e linguagem de programação visual com interface multimídia para observação do fenômeno do Estol dinâmico que tem grande importância do estudo de estabilidade de aeronaves. O fenômeno de Estol ocorre nos aerofólios de aeronaves como nos rotores de helicópteros e asas de aeronaves acrobáticas. Nosso sistema e capaz de detectar dentro de um experimento de um aerofólio oscilando em baixas freqüências a Histerese de sustentação que ocorre neste. Utilizamos também na nossa abordagem redes neurais backpropagation para acomodação dos dados experimentais. Implementamos e descrevemos um hardware mecânico para obtenção de melhores imagens e as funções escritas em Visual Basic que foram utilizadas, com o objetivo de permitir a reprodução do experimento em outros centros de pesquisa. / In this work we present an experiment using modern imaging processing techniques such as CCD cameras, video acquisition boards and visual programming using multimedia interfacing for the observation of the Stall phenomena which has great importance in the airplane stability. The Stall phenomena occurs in arplaine (airfoils) such as in helicopter blades and acrobatic airplane wings. We demonstrated that the developed system is able to detect the lift histeresis in a low frequency oscillating bidimensional airfoil. We also used in our approach backpropagation neural network for the experimental data accomodation. In order to allow replication of the experiment by other institutions, we present a detailed description of the mechanical setup used to obtain the best possible images and of the Visual Basic functions.

O presente projeto de pesquisa trata de uma comparação no processamento de imagens mamográficas adquiridas no scanner a laser (Lumiscan50) e no scanner óptico convencional com adaptador para digitalização de filme (Umax mod. PowerLook 1120). Por meio de uma análise estatística, verificou-se que o scanner óptico produz um aumento acentuado na intensidade (nível de cinza) na imagem digitalizada em relação ao mamograma original. Em função dessas respostas, foi desenvolvido um procedimento para compensar o deslocamento da curva de cada digitalizador em relação à curva característica do filme. Em seguida, imagens selecionadas de exposições de phantom e de mamografias reais foram digitalizadas em ambos os scanners e processadas por uma técnica de segmentação para detecção de microcalcificações, desenvolvida previamente no nosso grupo de pesquisas, a fim de estabelecer uma comparação da sensibilidade de detecção do esquema para imagens digitalizadas pelos dois tipos de equipamentos. Baseada nestas comparações, a análise do comportamento de um esquema CAD em mamografia, considerando a utilização de imagens digitalizadas em ambos os tipos de scanners, mostrou equivalência na sensibilidade e na especificidade, mas somente quando foi aplicada a técnica de transformação com base na análise das respectivas curvas características. Embora a performance do esquema tenha sido cerca de 10% mais eficiente com as imagens digitalizadas pelo sistema laser, a redução no nível de intensidade das imagens do digitalizador óptico – que, na prática, significou aproximar a sua curva característica em relação a curva característica do laser – proporcionou resultados equivalentes da segmentação. Ao considerar também que a tecnologia a laser é bastante cara e a tecnologia CCD tem um custo absurdamente menor, verifica-se a possibilidade da utilização dessa última sem prejudicar a eficácia no processamento, desde que aplicado o software de correção apropriado baseado na análise das curvas características. / This work is intended in comparing the results from a mammographic images processing scheme considering images sets digitized by a laser and by an optical scanners (Lumiscan50 and Umax Powerlook 1120 units, respectively). By means of a statistical analysis, we could verify that the optical scanner yields a remarkable increase in the digitized image intensity (gray scale) relative to the original mammogram. A procedure was developed to compensate the shift each digitizers characteristic curves relative to the film one, as a function of such responses. Then, selected images from phantom exposures as well as from actual mammographic exams were digitized by both scanners and processed by a previously developed segmentation technique for detection of clustered microcalcifications in order to establish the comparisons. The results have shown that, considering the use of images digitized by both types of scanners, there was an equivalence between the two images sets as for sensibility as well as for specificity, but only when applied the transformation technique based on the analysis of the digitizers respective characteristic curves. Although the scheme performance was about 10% more efficient with the images set from the laser scanner, when an intensity level decrease procedure was introduced to the images from the optical digitizer – which means to approach its characteristic curve to the laser digitizer one – the segmentation results were equivalent. Therefore, taking into account that the laser technology is very expensive while the CCD one is notably smaller, the results show that extending the CCD technology use to CAD schemes in mammography is a real possibility, without prejudice the processing efficacy. But this is possible only when applied the appropriate correction by means of the characteristic curves study.

Visando a um melhor desempenho na avaliação de imagens mamográficas, diversos trabalhos utilizando técnicas de processamento de imagem vêm sendo desenvolvidos como parte de esquemas computacionais que auxiliam o diagnóstico, denominados de esquemas CAD. Entretanto, um dos maiores desafios no desenvolvimento destes sistemas está relacionado com a avaliação de seu desempenho, que pode apresentar inconsistências, como impossibilidade de comparação dos resultados devido à dificuldade de se obter bancos de imagens amplos, comuns e confiáveis, que apresentem características de aquisição variadas atendendo aos requisitos específicos da técnica. Este trabalho tem por objetivo auxiliar nesse campo, apresentando um protótipo de simulador radiográfico de mama que possibilite gerar imagens que se assemelhem às de uma mamografia real através ainda de uma distribuição aleatória das estruturas de interesse simuladas. Isso permite a aquisição de um grande conjunto de imagens, por diferentes formas e condições, tornando possível testar e avaliar com maior precisão o desempenho de esquemas CAD destinados à mamografia. Tem a virtude de dispensar a validação dos resultados apontados pelo esquema com base no laudo do especialista, visto que é possível saber previamente quais são e quantas são as estruturas presentes em cada imagem, bem como a localização exata de cada uma delas. Portanto, torna-se possível assegurar com confiança a eficácia e viabilidade do esquema CAD testado, tanto em relação ao resultado apresentado pelo sistema quanto em relação à minimização de erros sistemáticos, dada a aleatoriedade da distribuição das estruturas-alvo da avaliação, como ocorre no exame real. / In order to obtain a better performance in the evaluation of mammographic images, several studies using image processing techniques have been developed as part of computer aided diagnosis, known as CAD systems. However, one of the main challenges in the development of such schemes is the performance evaluation, which may present problems, as such as difficulty in comparing results due to the inability to obtain large and common databases with wide-ranging characteristics of image acquisition. This work has the purpose of helping in this field, by presenting a breast phantom to allow obtaining images closer to those from actual mammography due to a random distribution of simulated interest structures. This provides to get a large images set, obtained from different conditions, and it allows to evaluate more accurately the performance of mammography CAD schemes. The use of this phantom has also the advantage of validating the scheme results without using the radiological report, since it provides the exact knowledge of the number and characteristics of the structures present in the image, as well as their positioning. Therefore, the efficacy and feasibility of a CAD scheme under test can be assured, regarding the results and also by the minimization of systematic errors due to the random distribution of the structures of clinical interest, similarly to the actual exam.

O presente projeto de pesquisa trata de uma comparação no processamento de imagens mamográficas adquiridas no scanner a laser (Lumiscan50) e no scanner óptico convencional com adaptador para digitalização de filme (Umax mod. PowerLook 1120). Por meio de uma análise estatística, verificou-se que o scanner óptico produz um aumento acentuado na intensidade (nível de cinza) na imagem digitalizada em relação ao mamograma original. Em função dessas respostas, foi desenvolvido um procedimento para compensar o deslocamento da curva de cada digitalizador em relação à curva característica do filme. Em seguida, imagens selecionadas de exposições de phantom e de mamografias reais foram digitalizadas em ambos os scanners e processadas por uma técnica de segmentação para detecção de microcalcificações, desenvolvida previamente no nosso grupo de pesquisas, a fim de estabelecer uma comparação da sensibilidade de detecção do esquema para imagens digitalizadas pelos dois tipos de equipamentos. Baseada nestas comparações, a análise do comportamento de um esquema CAD em mamografia, considerando a utilização de imagens digitalizadas em ambos os tipos de scanners, mostrou equivalência na sensibilidade e na especificidade, mas somente quando foi aplicada a técnica de transformação com base na análise das respectivas curvas características. Embora a performance do esquema tenha sido cerca de 10% mais eficiente com as imagens digitalizadas pelo sistema laser, a redução no nível de intensidade das imagens do digitalizador óptico – que, na prática, significou aproximar a sua curva característica em relação a curva característica do laser – proporcionou resultados equivalentes da segmentação. Ao considerar também que a tecnologia a laser é bastante cara e a tecnologia CCD tem um custo absurdamente menor, verifica-se a possibilidade da utilização dessa última sem prejudicar a eficácia no processamento, desde que aplicado o software de correção apropriado baseado na análise das curvas características. / This work is intended in comparing the results from a mammographic images processing scheme considering images sets digitized by a laser and by an optical scanners (Lumiscan50 and Umax Powerlook 1120 units, respectively). By means of a statistical analysis, we could verify that the optical scanner yields a remarkable increase in the digitized image intensity (gray scale) relative to the original mammogram. A procedure was developed to compensate the shift each digitizers characteristic curves relative to the film one, as a function of such responses. Then, selected images from phantom exposures as well as from actual mammographic exams were digitized by both scanners and processed by a previously developed segmentation technique for detection of clustered microcalcifications in order to establish the comparisons. The results have shown that, considering the use of images digitized by both types of scanners, there was an equivalence between the two images sets as for sensibility as well as for specificity, but only when applied the transformation technique based on the analysis of the digitizers respective characteristic curves. Although the scheme performance was about 10% more efficient with the images set from the laser scanner, when an intensity level decrease procedure was introduced to the images from the optical digitizer – which means to approach its characteristic curve to the laser digitizer one – the segmentation results were equivalent. Therefore, taking into account that the laser technology is very expensive while the CCD one is notably smaller, the results show that extending the CCD technology use to CAD schemes in mammography is a real possibility, without prejudice the processing efficacy. But this is possible only when applied the appropriate correction by means of the characteristic curves study.

Visando a um melhor desempenho na avaliação de imagens mamográficas, diversos trabalhos utilizando técnicas de processamento de imagem vêm sendo desenvolvidos como parte de esquemas computacionais que auxiliam o diagnóstico, denominados de esquemas CAD. Entretanto, um dos maiores desafios no desenvolvimento destes sistemas está relacionado com a avaliação de seu desempenho, que pode apresentar inconsistências, como impossibilidade de comparação dos resultados devido à dificuldade de se obter bancos de imagens amplos, comuns e confiáveis, que apresentem características de aquisição variadas atendendo aos requisitos específicos da técnica. Este trabalho tem por objetivo auxiliar nesse campo, apresentando um protótipo de simulador radiográfico de mama que possibilite gerar imagens que se assemelhem às de uma mamografia real através ainda de uma distribuição aleatória das estruturas de interesse simuladas. Isso permite a aquisição de um grande conjunto de imagens, por diferentes formas e condições, tornando possível testar e avaliar com maior precisão o desempenho de esquemas CAD destinados à mamografia. Tem a virtude de dispensar a validação dos resultados apontados pelo esquema com base no laudo do especialista, visto que é possível saber previamente quais são e quantas são as estruturas presentes em cada imagem, bem como a localização exata de cada uma delas. Portanto, torna-se possível assegurar com confiança a eficácia e viabilidade do esquema CAD testado, tanto em relação ao resultado apresentado pelo sistema quanto em relação à minimização de erros sistemáticos, dada a aleatoriedade da distribuição das estruturas-alvo da avaliação, como ocorre no exame real. / In order to obtain a better performance in the evaluation of mammographic images, several studies using image processing techniques have been developed as part of computer aided diagnosis, known as CAD systems. However, one of the main challenges in the development of such schemes is the performance evaluation, which may present problems, as such as difficulty in comparing results due to the inability to obtain large and common databases with wide-ranging characteristics of image acquisition. This work has the purpose of helping in this field, by presenting a breast phantom to allow obtaining images closer to those from actual mammography due to a random distribution of simulated interest structures. This provides to get a large images set, obtained from different conditions, and it allows to evaluate more accurately the performance of mammography CAD schemes. The use of this phantom has also the advantage of validating the scheme results without using the radiological report, since it provides the exact knowledge of the number and characteristics of the structures present in the image, as well as their positioning. Therefore, the efficacy and feasibility of a CAD scheme under test can be assured, regarding the results and also by the minimization of systematic errors due to the random distribution of the structures of clinical interest, similarly to the actual exam.