Os músculos extraoculares (EOM), responsáveis pelas rotações oculares, apresentam-se aumentados em suas dimensões na orbitopatia de Graves, o que pode levar o paciente à cegueira (neuropatia óptica). Na prática clínica normalmente mede-se manualmente, em cada imagem coronal de tomografia computadorizada por raios-X (CT), o diâmetro desses músculos para avaliar se estes estão aumentados. A subjetividade e o tempo consumido na aquisição destas medidas são as principais deficiências desses métodos manuais. Dessa forma, apresentamos um método de segmentação dos EOM (MSEG) que supera as falhas, acima citadas. O MSEG proposto é baseado no detector de bordas Laplaciano da Gaussiana (LoG) associado à morfologia matemática. Para determinação do tamanho da máscara LoG levou-se em consideração os efeitos devido ao truncamento e a amostragem. A acurácia das medidas em modelos tridimensionais (3D) é afetada pelo efeito de volume parcial (PVE). Em CT, por exemplo, falsas estruturas de tecidos moles aparecem nas interfaces do osso-para-gordura e do osso-para-ar. Além disso, a pele, que tem número CT (ou escala de Hounsfield) idêntico ao tecido mole, obscurece a renderização deste. A fim de produzir imagens 3D do osso e dos tecidos moles, mais confiáveis para medidas e com melhora de qualidade, foram desenvolvidos dois métodos de classificação dos voxels com PVE (MCLA) baseados num novo modelo de mistura. A remoção da pele é realizada por meio da morfologia matemática. Renderizações volumétricas foram criadas, antes e depois de aplicar os MCLA. Experimentos qualitativo e quantitativo foram conduzidos utilizando fantons matemáticos que simularam diferentes níveis de PVE por adição de ruído e borramento e em dados clínicos de CT. O resultado em 218 pares de medidas de áreas dos EOM realizadas em imagens coronais de CT (3 normais e 2 Graves) revelou uma boa correlação (R=0,92) entre o MSEG e o traçado manual. A medida de taxa de ocupação dos EOM na órbita (TO) feita em 33 pacientes (5 normais e 28 Graves) apresentou o maior valor no grupo Graves com neuropatia óptica, TO=34,3%. Este valor é quase cinco vezes maior que o grupo normal, TO=7,3%. Todos os resultados demonstraram uma melhora de qualidade das imagens 3D depois da aplicação dos MCLA. A análise quantitativa indica que mais de 98% dos voxels com PVE foram removidos por ambos MCLA, e o segundo MCLA têm um desempenho um pouco melhor que o primeiro. Além disso, a remoção da pele torna vívidos os finos detalhes nas estruturas musculares. Medidas em modelos 3D devem ser tomadas com cuidado na radiologia em vista dos artefatos demonstrados neste trabalho, artefatos vindos, principalmente, do PVE. Em nossos experimentos, os erros nas medidas de volume dos EOM foram acima de 25% do valor estimado como "verdadeiro". Imagens volumétricas com PVE resolvidos são apresentadas, e assim medidas mais acuradas são asseguradas. / The extraocular muscles (EOM), which are responsible for the eyes movements, are presented enlarged in their dimensions in Graves’ orbitopathy. These deformations can lead patients to blindness. In clinical routine, physicians normally evaluate, in computer tomography (CT) images, the diameter of the EOM by manual tracing to check if they are enlarged. However, the accuracy of the EOM measurements is impaired by the subjectivity of these manual methods. Further, the time consuming is also one of the main drawbacks on these methods. This way we present an EOM segmentation method (MSEG) that overcomes the difficulties pointed above. The MSEG method is based on the Laplacian-of-Gaussian operator (LOG) combined with the mathematical morphology theory. We have taken into account the effect of discretization and numerical truncation during the LOG implementation. In CT, partial volume effects (PVE) cause several artifacts in volume rendering. In order to create 3D rendition more reliable to carry out anatomical measures and also to pursue superior quality of display of both soft-tissue and bone, we introduce two methods for detecting and classifying voxels with PVE (MCLA) based on a new approach. A method is described to automatically peel skin so that PVE-resolved renditions of bone and soft-tissue reveal considerably more details. We have conducted experiments to evaluate quantitatively and qualitatively all methods proposed here. The MSEG method is well correlated with manual tracing in our experiments (R=0,92). Surface renditions are created from EOM CT dataset segmented using the MSEG method. We have also conducted a quantitative evaluation in patients with Graves’ orbitopathy wherein the EOM volume ratio in the orbit (TO) was T=34,3%, which is about five times higher than in normal patient (TO=7,3%). Volume renditions have been created before and after applying the methods for several patient CT datasets. A mathematical phantom experiment involving different levels of PVE has been conducted by adding different degrees of noise and blurring. A quantitative evaluation was performed using the mathematical phantom and clinical CT data wherein an operator carefully masked out voxels with PVE in the segmented images. All results have demonstrated the enhanced quality of display of bone and soft tissue after applying the proposed methods. The quantitative evaluations indicate that more than 98% of the voxels with PVE are removed by the two methods and the second method performs slightly better than the first. Further, skin peeling vividly reveals fine details in the soft tissue structures. 3D renditions should be used with care in radiology in view of artifacts demonstrated in this work coming from PVE. Finally, we have estimated volume errors in the EOM models higher than 25% if PVE is not properly handled.

Orientador: Peter Sussner / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-07T23:05:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mesquita_MarcosEduardoRibeirodoValle_D.pdf: 1277085 bytes, checksum: 70e93671eb62f360b430f7b81b3c71e3 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Uma Memória Associativa (AM, Associative Memory) é um modelo projetado para armazenar pares de entrada e saída. Sobretudo, uma AM deve ser capaz de recordar uma sida desejada ao mesmo após a apresentação de uma versão incompleta ou destorcida de um padrão de entrada. Essa tese de doutorado discute as Memórias Associativas Morfológicas Nebulosas (FMAMs, Fuzzi Morphological Associative Memories), uma classe de memórias associativas elaboradas para armazenar padrões nebulosas cujos neurÔnios realizam operações elementares da morfologia matemática, i.e., dilatação, erosão, anti-dilatação e anti-erosão. É verificado que os principais modelos de Memória Associativa Nebulosa (FAM, Fuzzy Associative Memory) pertencem à classe das FMAMs. Essa tese introduz as Memórias Associativas Nebulosas Implicativas (IFAMs, Implicative Fuzzy Associative Memories) e suas versões duas com respeito à negação e adjunção. Uma IFAM é uma FMAM onde os pares de entrada e saída são armazenados usando o armazenamento nebuloso implicativo. No armazenamento nebuloso implicativo, os pesos sinápticos. Resultados sobre a fase de armazenamento faz IFAMs e das IFAMs duas são apresentados. Em particular, são demonstrados teoremas sobre a convergência, capacidade de armazenamento, tolerância à ruído e pontos fixos das IFAMs e das IFAMs duais para o caso autoassoplos e resultados teóricos. Finalmente, são apresentadas duas aplicações das FMAMs em problemas de previsão de séries temporais. O primeiro problema trata da previsão da mão-de-obra requerida em industrias metalúrgicas enquanto que a segunda aplicação refere-se a previsão da vazão média mensal da usina hidrelétrica de Furnas / Abstract: Associative memories (AMs) are models that allow for the storage of pattern associations and the retrieval of the desired output pattern upon presentation of a possibly noisy or incomplete version of an input pattern. This thesis discusses fuzzy morphological associative memories (FMAMs), a general class of AMs designed to store fuzzy patterns and described by fuzzy neural networks. Each neuron of a FMAM model performs an elementary operation of mathematical morphology such as dilation, erosion, anti-dilation, and anti-erosion. We show that the most widely known models of fuzzy associative memories (FAMs) belong to the FMAM class. This thesis introduces the implicative fuzzy associative memories (IFAMs) and their dual versions with respect to negation and adjunction. An IFAM is a FMAM model where the patterns are stored by means of implicative fuzzy learning. Specifically, in implicative fuzzy learning, the synaptic weights are given by the minimum of the implication of pre- and postsynaptic activations. We present results concerning the recall and storing phase of IFAM and the dual IFAM models. In particular, we present theorems concerning the convergence, the storage capacity, the noise tolerance, and the fixed points of the IFAM and dual IFAM models in the auto-associative case. We compare the IFAMs with several others FAM models by means of theoretical results and examples. Finally, we present two applications of FMAM models in problems of time-series prediction. The first problem concerns the engineering manpower requirement in steel manufacturing industry while the second refers to the stream flow prediction of a large hydroelectric plant, namely Furnas / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada

Orientador: Peter Sussner / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:06:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_FelipeRoberto_M.pdf: 1499339 bytes, checksum: 85b58d8b856fafa47974349e80c1729e (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Perceptrons morfológicos (MPs) pertencem à classe de redes neurais morfológicas (MNNs). Estas redes representam uma classe de redes neurais artificiais que executam operações de morfologia matemática (MM) em cada nó, possivelmente seguido pela aplicação de uma função de ativação. Vale ressaltar que a morfologia matemática foi concebida como uma teoria para processamento e análise de objetos (imagens ou sinais), por meio de outros objetos chamados elementos estruturantes. Embora inicialmente desenvolvida para o processamento de imagens binárias e posteriormente estendida para o processamento de imagens em tons de cinza, a morfologia matemática pode ser conduzida de modo mais geral em uma estrutura de reticulados completos. Originalmente, as redes neurais morfológicas empregavam somente determinadas operações da morfologia matemática em tons de cinza, denominadas de erosão e dilatação em tons de cinza, segundo a abordagem umbra. Estas operações podem ser expressas em termos de produtos máximo aditivo e mínimo aditivo, definidos por meio de operações entre vetores ou matrizes, da álgebra minimax. Recentemente, as operações da morfologia matemática fuzzy surgiram como funções de agregação das redes neurais morfológicas. Neste caso, falamos em redes neurais morfológicas fuzzy. Perceptrons híbridos lineares/morfológicos fuzzy foram inicialmente projetados como uma generalização dos perceptrons lineares/morfológicos existentes, ou seja, os perceptrons lineares/morfológicos fuzzy podem ser definidos por uma combinação convexa de uma parte morfológica fuzzy e uma parte linear. Nesta dissertação de mestrado, introduzimos uma rede neural artificial alimentada adiante, representando um perceptron híbrido linear/morfológico fuzzy chamado F-DELP (do inglês fuzzy dilation/erosion/linear perceptron), que ainda não foi considerado na literatura de redes neurais. Seguindo as ideias de Pessoa e Maragos, aplicamos uma suavização adequada para superar a não-diferenciabilidade dos operadores de dilatação e erosão fuzzy utilizados no modelo F-DELP. Em seguida, o treinamento é realizado por intermédio de um algoritmo de retropropagação de erro tradicional. Desta forma, aplicamos o modelo F-DELP em alguns problemas de classificação conhecidos e comparamos seus resultados com os produzidos por outros classificadores / Abstract: Morphological perceptrons (MPs) belong to the class of morphological neural networks (MNNs). These MNNs represent a class of artificial neural networks that perform operations of mathematical morphology (MM) at every node, possibly followed by the application of an activation function. Recall that mathematical morphology was conceived as a theory for processing and analyzing objects (images or signals), by means of other objects called structuring elements. Although initially developed for binary image processing and later extended to gray-scale image processing, mathematical morphology can be conducted very generally in a complete lattice setting. Originally, morphological neural networks only employed certain operations of gray-scale mathematical morphology, namely gray-scale erosion and dilation according to the umbra approach. These operations can be expressed in terms of (additive maximum and additive minimum) matrix-vector products in minimax algebra. It was not until recently that operations of fuzzy mathematical morphology emerged as aggregation functions of morphological neural networks. In this case, we speak of fuzzy morphological neural networks. Hybrid fuzzy morphological/linear perceptrons was initially designed by generalizing existing morphological/linear perceptrons, in other words, fuzzy morphological/linear perceptrons can be defined by a convex combination of a fuzzy morphological part and a linear part. In this master's thesis, we introduce a feedforward artificial neural network representing a hybrid fuzzy morphological/linear perceptron called fuzzy dilation/erosion/linear perceptron (F-DELP), which has not yet been considered in the literature. Following Pessoa's and Maragos' ideas, we apply an appropriate smoothing to overcome the non-differentiability of the fuzzy dilation and erosion operators employed in the proposed F-DELP models. Then, training is achieved using a traditional backpropagation algorithm. Finally, we apply the F-DELP model to some well-known classification problems and compare the results with the ones produced by other classifiers / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Peter Sussner / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-26T17:27:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Schuster_Tiago_M.pdf: 2910336 bytes, checksum: 1f5147831dd6410a0fdb0c0fa53d94c8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: As últimas décadas têm testemunhado a emergência de uma variedade de abordagens à resolução de problemas com base na computação em reticulados como, por exemplo, as redes neurais morfológicas e os modelos neurocomputação e de raciocínio fuzzy em reticulados. Usamos aqui o termo "reticulado'' no sentido dado no trabalho seminal de Birkhoff. A teoria dos reticulados nasceu da álgebra booleana e tem um grande leque de aplicações como a análise de conceitos formais, a inteligência computacional, a teoria dos conjuntos fuzzy e a morfologia matemática (MM). A MM em reticulados completos representa a base teórica para uma série de modelos de inteligência computacional conhecidos como redes neurais morfológicas (MNNs), que incluem as memórias associativas morfológicas em tons de cinza e as memórias associativas morfológicas fuzzy (FMAMs). As últimas décadas têm testemunhado a emergência de uma variedade de abordagens à resolução de problemas com base na computação em reticulados como, por exemplo, as redes neurais morfológicas e os modelos neurocomputação e de raciocínio fuzzy em reticulados. Usamos aqui o termo "reticulado'' no sentido dado no trabalho seminal de Birkhoff. A teoria dos reticulados nasceu da álgebra booleana e tem um grande leque de aplicações como a análise de conceitos formais, a inteligência computacional, a teoria dos conjuntos fuzzy e a morfologia matemática (MM). A MM em reticulados completos representa a base teórica para uma série de modelos de inteligência computacional conhecidos como redes neurais morfológicas (MNNs), que incluem as memórias associativas morfológicas em tons de cinza e as memórias associativas morfológicas fuzzy (FMAMs). O advento de sistemas fuzzy tipo-2 sugere o desenvolvimento das FMAMs tipo-2 e em particular FMAMs tipo-2 intervalar, ou FMAMs intervalar (IV-FMAMs). Observemos aqui que a classe dos conjuntos fuzzy, assim como a dos conjuntos fuzzy tipo-2, fuzzy tipo-2 intervalar e fuzzy intervalar sobre um universo arbitrário em conjunção com diferentes escolhas de ordens parciais formam classes de conjuntos L-fuzzy, em que L denota um reticulado completo. Nessa dissertação de mestrado, introduzimos as memórias associativas L-fuzzy (L-FMAMs) com base na morfologia matemática L-fuzzy (L-FMM). Nosso foco está nas FMAMs fuzzy intervalar, uma vez que sistemas fuzzy intervalar têm sido aplicados com sucesso em problemas de engenharia, computação com palavras e raciocínio aproximado. Nós aplicamos os modelos de IV-FMAMs em conjunção com a técnica de clusterização fuzzy c-means intervalar a um problema de predição de série temporal, especificamente o prognóstico da vazão mensal de uma usina hidroelétrica localizada no sudeste brasileiro. Por fim, comparamos as predições produzidas pela abordagem das IV-FMAMs com aquelas produzidas por modelos competitivos da literatura / Abstract: The last decade has witnessed the emergence of a variety of lattice computing approaches towards computational intelligence such as morphological neural networks and fuzzy lattice reasoning / neuro-computing models. Here, the technical term "lattice" refers to a lattice in the mathematical sense of Birkhoff's seminal work. Lattice theory grew out of Boolean algebra and has found a wide range of applications such as mathematical morphology, formal concept analysis, computational intelligence, and fuzzy set theory. Mathematical morphology on complete lattices represents the theoretical basis for a range of computational intelligence models known as morphological neural networks (MNNs) including gray-scale and fuzzy morphological associative memories (FMAMs). The advent of type-2 fuzzy systems suggests the development of type-2 FMAMs and in particular interval type-2 FMAMs or interval-valued FMAMs. Recall that the class of fuzzy sets as well as the classes of type-2, interval type-2, and interval-valued fuzzy sets over an arbitrary universe together with different choices of partial orderings form classes of L-fuzzy sets, where L denotes a complete lattice. In this master's thesis, we introduce L-fuzzy morphological associative memories (L-FMAMs) on the basis of L-FMM. Our focus is on interval-valued FMAMs since interval type-2 fuzzy systems, have found various applications in engineering, computing with words, and approximate reasoning. We applied the aforementioned interval-valued FMAM models in conjunction with the interval-valued fuzzy c-means clustering technique to a time-series prediction problem in industry, namely the problem of forecasting the average monthly streamflow of a hydroelectric plant located in southeastern Brazil, and compared the predictions produced by the IV-FMAM approach with the ones produced by a number of competitive models from the literature / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

Resolver um problema de processamento de imagens pode ser uma tarefa bastante complexa. Em geral, isto depende de diversos fatores, como o conhecimento, experiência e intuição de um especialista, e o conhecimento do domínio da aplicação em questão. Motivados por tal complexidade, alguns grupos de pesquisa têm trabalhado na criação de técnicas para projetar operadores de imagens automaticamente, a partir de uma coleção de exemplos de entrada e saída do operador desejado. A abordagem multirresolução tem sido empregada com sucesso no projeto estatístico de W-operadores de janelas grandes. Esta metodologia usa uma estrutura piramidal de janelas para auxiliar na estimação das distribuições de probabilidade condicional para padrões não observados no conjunto de treinamento. No entanto, a qualidade do operador projetado depende diretamente da pirâmide escolhida. Tal escolha é feita pelo projetista a partir de sua intuição e de seu conhecimento prévio sobre o problema. Neste trabalho, investigamos o uso da entropia condicional como um critério para determinar automaticamente uma boa pirâmide a ser usada no projeto do W-operador. Para isto, desenvolvemos uma técnica que utiliza o arcabouço piramidal multirresolução como um modelo na estimação da distribuição conjunta de probabilidades. Experimentos com o problema de reconhecimento de dígitos manuscritos foram realizados para avaliar o desempenho do método. Utilizamos duas bases de dados diferentes, com bons resultados. Além disso, outra contribuição deste trabalho foi a experimentação com mapeamentos de resolução da teoria de pirâmides de imagens no contexto do projeto de W-operadores multirresolução. / The task of finding a good solution for an image processing problem is often very complex. It usually depends on the knowledge, experience and intuition of an image processing specialist. This complexity has served as a motivation for some research groups to create techniques for automatically designing image operators based on a collection of input and output examples of a desired operator. The multiresolution approach has been successfully used to statistically design W-operators for large windows. However, the success of this method directly depends on the adequate choice of a pyramidal window structure, which is used to aid in the estimation of the conditional probability distributions for patterns that do not appear in the training set. The choice is made by the designer, based on his intuition and previous knowledge of the problem domain. In this work, we investigate the use of the conditional entropy criterion for automatically determining a good pyramid. In order to compute the entropy, we have developed a technique that uses the multiresolution pyramidal framework as a model in the estimation of the joint probability distribution. The performance of the method is evaluated on the problem of handwritten digits recognition. Two different databases are used, with good practical results. Another important contribution of this work is the experimentation with resolution mappings from image pyramids theory in the context of multiresolution W-operator design.

Os W-operadores são operadores invariantes por translação e localmente definidos dentro de uma janela W. Devido a sua grande utilidade em análise de imagens, estes operadores foram extensamente pesquisados, sendo que uma abordagem para o seu estudo é a partir da Morfologia Matemática. Uma propriedade interessante de W-operadores é que eles possuem uma sup-decomposição, ou seja, um W-operador pode ser decomposto em termos de uma família de operadores sup-geradores que, por sua vez, são parametrizados por elementos da base desse $W$-operador. No entanto, a sup-decomposição tem uma estrutura intrinsecamente paralela que não permite uma implementação eficiente em máquinas de processamento sequencial. Em um trabalho publicado em 2001, Hashimoto e Barrera formalizaram o problema de transformar a sup-decomposição em decomposições puramente sequenciais como um problema de encontrar soluções discretas de uma equação. Neste texto, estendemos o trabalho desenvolvido por eles. Estudamos e exploramos as propriedades matemáticas do problema, e desenvolvemos estratégias heurísticas para encontrar uma decomposição sequencial de um $W$-operador a partir de sua base que seja eficiente ao ser executado. / W-operators are defined as operators which are translation invariant and locally defined within a finite window W. Due to their great contribution to image processing, these operators have been widely researched and used, specially in Mathematical Morphology. An interesting property of W-operators is that they have a sup-decomposition in terms of a family of sup-generating operators, that are parameterized by their basis. However, the sup-decomposition has a parallel structure that is not efficient in sequential machines. In a paper published in 2001, Hashimoto and Barrera formalized the problem of transforming sup-decompositions into purely sequential decompositions as a problem of finding discrete solutions of an equation. In this work, we extend Hashimoto and Barrera\'s approach. We study and explore mathematical properties of this problem and we elaborate heuristic strategies to find a sequential decomposition of a $W$-operator from its basis that can be executed efficiently.

Os músculos extraoculares (EOM), responsáveis pelas rotações oculares, apresentam-se aumentados em suas dimensões na orbitopatia de Graves, o que pode levar o paciente à cegueira (neuropatia óptica). Na prática clínica normalmente mede-se manualmente, em cada imagem coronal de tomografia computadorizada por raios-X (CT), o diâmetro desses músculos para avaliar se estes estão aumentados. A subjetividade e o tempo consumido na aquisição destas medidas são as principais deficiências desses métodos manuais. Dessa forma, apresentamos um método de segmentação dos EOM (MSEG) que supera as falhas, acima citadas. O MSEG proposto é baseado no detector de bordas Laplaciano da Gaussiana (LoG) associado à morfologia matemática. Para determinação do tamanho da máscara LoG levou-se em consideração os efeitos devido ao truncamento e a amostragem. A acurácia das medidas em modelos tridimensionais (3D) é afetada pelo efeito de volume parcial (PVE). Em CT, por exemplo, falsas estruturas de tecidos moles aparecem nas interfaces do osso-para-gordura e do osso-para-ar. Além disso, a pele, que tem número CT (ou escala de Hounsfield) idêntico ao tecido mole, obscurece a renderização deste. A fim de produzir imagens 3D do osso e dos tecidos moles, mais confiáveis para medidas e com melhora de qualidade, foram desenvolvidos dois métodos de classificação dos voxels com PVE (MCLA) baseados num novo modelo de mistura. A remoção da pele é realizada por meio da morfologia matemática. Renderizações volumétricas foram criadas, antes e depois de aplicar os MCLA. Experimentos qualitativo e quantitativo foram conduzidos utilizando fantons matemáticos que simularam diferentes níveis de PVE por adição de ruído e borramento e em dados clínicos de CT. O resultado em 218 pares de medidas de áreas dos EOM realizadas em imagens coronais de CT (3 normais e 2 Graves) revelou uma boa correlação (R=0,92) entre o MSEG e o traçado manual. A medida de taxa de ocupação dos EOM na órbita (TO) feita em 33 pacientes (5 normais e 28 Graves) apresentou o maior valor no grupo Graves com neuropatia óptica, TO=34,3%. Este valor é quase cinco vezes maior que o grupo normal, TO=7,3%. Todos os resultados demonstraram uma melhora de qualidade das imagens 3D depois da aplicação dos MCLA. A análise quantitativa indica que mais de 98% dos voxels com PVE foram removidos por ambos MCLA, e o segundo MCLA têm um desempenho um pouco melhor que o primeiro. Além disso, a remoção da pele torna vívidos os finos detalhes nas estruturas musculares. Medidas em modelos 3D devem ser tomadas com cuidado na radiologia em vista dos artefatos demonstrados neste trabalho, artefatos vindos, principalmente, do PVE. Em nossos experimentos, os erros nas medidas de volume dos EOM foram acima de 25% do valor estimado como "verdadeiro". Imagens volumétricas com PVE resolvidos são apresentadas, e assim medidas mais acuradas são asseguradas. / The extraocular muscles (EOM), which are responsible for the eyes movements, are presented enlarged in their dimensions in Graves’ orbitopathy. These deformations can lead patients to blindness. In clinical routine, physicians normally evaluate, in computer tomography (CT) images, the diameter of the EOM by manual tracing to check if they are enlarged. However, the accuracy of the EOM measurements is impaired by the subjectivity of these manual methods. Further, the time consuming is also one of the main drawbacks on these methods. This way we present an EOM segmentation method (MSEG) that overcomes the difficulties pointed above. The MSEG method is based on the Laplacian-of-Gaussian operator (LOG) combined with the mathematical morphology theory. We have taken into account the effect of discretization and numerical truncation during the LOG implementation. In CT, partial volume effects (PVE) cause several artifacts in volume rendering. In order to create 3D rendition more reliable to carry out anatomical measures and also to pursue superior quality of display of both soft-tissue and bone, we introduce two methods for detecting and classifying voxels with PVE (MCLA) based on a new approach. A method is described to automatically peel skin so that PVE-resolved renditions of bone and soft-tissue reveal considerably more details. We have conducted experiments to evaluate quantitatively and qualitatively all methods proposed here. The MSEG method is well correlated with manual tracing in our experiments (R=0,92). Surface renditions are created from EOM CT dataset segmented using the MSEG method. We have also conducted a quantitative evaluation in patients with Graves’ orbitopathy wherein the EOM volume ratio in the orbit (TO) was T=34,3%, which is about five times higher than in normal patient (TO=7,3%). Volume renditions have been created before and after applying the methods for several patient CT datasets. A mathematical phantom experiment involving different levels of PVE has been conducted by adding different degrees of noise and blurring. A quantitative evaluation was performed using the mathematical phantom and clinical CT data wherein an operator carefully masked out voxels with PVE in the segmented images. All results have demonstrated the enhanced quality of display of bone and soft tissue after applying the proposed methods. The quantitative evaluations indicate that more than 98% of the voxels with PVE are removed by the two methods and the second method performs slightly better than the first. Further, skin peeling vividly reveals fine details in the soft tissue structures. 3D renditions should be used with care in radiology in view of artifacts demonstrated in this work coming from PVE. Finally, we have estimated volume errors in the EOM models higher than 25% if PVE is not properly handled.

Submitted by FERNANDO PEREIRA DOS SANTOS null (fernando_persan@hotmail.com) on 2016-06-30T21:35:05Z No. of bitstreams: 1 EstudoComparativo_FernandoPereiraSantos.pdf: 17823712 bytes, checksum: fd7d1643bbacb3313ced8e742fda123f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-07-04T12:57:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_fp_me_sjrp.pdf: 17823712 bytes, checksum: fd7d1643bbacb3313ced8e742fda123f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-04T12:57:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santos_fp_me_sjrp.pdf: 17823712 bytes, checksum: fd7d1643bbacb3313ced8e742fda123f (MD5) Previous issue date: 2016-06-16 / Neste trabalho é apresentada uma nova metodologia para a análise e classificação de lesões de pele. O modelo proposto foi dividido em quatro etapas que compreende o pré-processamento das imagens, a segmentação do objeto desejado, a extração de características e a classificação das lesões. Na etapa de pré-processamento, aplica-se o modelo de cor RGB, a quantização de cores e o filtro de difusão anisotrópica. Na segmentação, a imagem suavizada é submetida à operação de fechamento da morfologia matemática, estimativa de peso nos arcos do grafo e à transformada imagem-floresta com apenas duas sementes. A extração de características foi baseada na aplicação da regra ABCD. Na assimetria foi aplicado o conceito de razão de perpendiculares sobre a maior diagonal obtida e, para a borda, o produto vetorial e o ponto de inflexão foram implementados para fornecer o porcentual de curvatura do contorno. Para a cor, valores de média, variância, desvio padrão, homogeneidade e contraste foram calculados. Para a estrutura diferencial foi desenvolvido a dimensão fractal e a energia. Na última etapa, classificação, a floresta de caminhos ótimos foi utilizada. Os resultados da classificação são apresentados por malignidade, quando todos os tipos de lesões estão juntos, e por categorias, quando os tipos de lesão são agrupados dois a dois. Para obter o modelo proposto foram efetuados diversos testes com modelos de cor diferentes, forma de aplicação da quantização, diferenciação no cálculo da quantidade de iterações do filtro de difusão anisotrópica e possibilidade de não aplicar a morfologia matemática. / In this paper a new methodology for the analysis and classification of skin lesions is presented. The suggested model is divided into four steps which comprise the pre processing of images, segmentation of the desired object, feature extraction and lesions classification. In the pre processing step, it is applied the RGB color model, color quantization and anisotropic diffusion filter. In segmentation, the smoothed image is submitted to the closing operation of mathematical morphology, arc-weight estimation in the graph and the image-foresting transform with only two seeds. The feature extraction is based on the application of ABCD rule. In asymmetry was applied the perpendicular ratio concept on the greater diagonal obtained and, to the border, the vector product and the inflection point were implemented to provide the contour curvature percentage. For color, average values, variance, standard deviation, homogeneity and contrast were calculated. For differential structure was developed fractal dimension and energy. In the last stage, classification, optimum-path forest was used. The classification results are presented by malignancy, when all types of lesions are together, and by categories, when the types of lesions are grouped two by two. For the model were performed several tests with different color models, the form of application the quantization, differentiation in the calculation of the quantity of filter iterations of anisotropic diffusion and the possibility of not applying the mathematical morphology.

Orientador: Roberto de Alencar Lotufo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T08:32:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Audigier_RomaricMatthiasMichel_D.pdf: 1753584 bytes, checksum: 1d31eb6f095099ffb5c3ec8d0a96a9cf (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta tese introduz o novo conceito de transformada de zona de empate que unifica as múltiplas soluções de uma transformada de watershed, conservando apenas as partes comuns em todas estas, tal que as partes que diferem constituem a zona de empate. A zona de empate aplicada ao watershed via transformada imagem-floresta (TZ-IFT-WT) se revela um elo inédito entre transformadas de watershed baseadas em paradigmas muito diferentes: gota d'água, inundação, caminhos ótimos e floresta de peso mínimo. Para todos esses paradigmas e os algoritmos derivados, é um desafio se ter uma solução única, fina, e que seja consistente com uma definição. Por isso, propõe-se um afinamento da zona de empate, único e consistente. Além disso, demonstra-se que a TZ-IFT-WT também é o dual de métodos de segmentação baseados em conexidade nebulosa. Assim, a ponte criada entre as abordagens morfológica e nebulosa permite aproveitar avanços de ambas. Em conseqüência disso, o conceito de núcleo de robustez para as sementes é explorado no caso do watershed. / Abstract: This thesis introduces the new concept of tie-zone transform that unifies the multiple solutions of a watershed transform, by conserving only the common parts among them such that the differing parts constitute the tie zone. The tie zone applied to the watershed via image-foresting transform (TZ-IFTWT) proves to be a link between watershed transforms based on very different paradigms: drop of water, flooding, optimal paths and forest of minimum weight. For all these paradigms and the derived algorithms, it is a challenge to get a unique and thin solution which is consistent with a definition. That is why we propose a unique and consistent thinning of the tie zone. In addition, we demonstrate that the TZ-IFT-WT is also the dual of segmentation methods based on fuzzy connectedness. Thus, the bridge between the morphological and the fuzzy approaches allows to take benefit from the advance of both. As a consequence, the concept of cores of robustness for the seeds is exploited in the case of watersheds. / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Doctoral Thesis proposes a new methodology for transmission line protection tolerant to power swings. The algorithm developed has the ability to detect, classify and locate all fault types with and without power swings, including those that produce high values of fault resistance. In a first step, it is proposed a fault distance estimator based on the leastsquare curve fitting. The fault locator, for protection proposes, was modeled by a series R-L circuit and differential equations. In a second step, the main causes and consequences of power swings in transmission lines distance relays are introduced. Also in this context, techniques to minimize these effects are presented. Besides, computer simulations of power swings, with different fault scenarios, were carried out to realize comparative analyses between the methods. The results show that none of the methods is efficient in all scenarios. Hence, there is still some concern about the performance of the protection methods against power swings. In a third step, it was developed an algorithm for numerical protection in transmission lines immune to power swings. The detection and classification steps are based on Mathematical Morphology. In order to obtain a safer operation of the relay, especially in the boundaries of threshold set, a counting strategy was developed. The main innovation of the work is based on difference of behavior of the exponentially decaying component (dc component) during a fault and during a power swing. The dc component, obtained by means of morphological filter, is used as a tripping criterion. Finally, in order to evaluate the algorithm performance, tests with different fault and power swings scenarios were performed. The results show that the technique has the speed and safety required even during power swings due to the simplicity of the algorithm used in mathematical operations. / Neste trabalho propõe-se uma nova metodologia de proteção de linhas de transmissão, tolerante as oscilações de potência. O algoritmo desenvolvido tem a capacidade de detectar, classificar e localizar todos os tipos de faltas, com e sem a presença de oscilações de potência, inclusive aquelas que produzem altos valores de resistência de falta. Em uma primeira etapa com o emprego do método de ajuste de curvas por mínimos quadrados desenvolve-se um estimador para localizar a posição das faltas. Para fins de proteção, este é modelado por meio de um circuito R-L série representado por suas equações diferenciais. Em uma segunda etapa são apresentadas as principais causas das oscilações de potência, bem como suas consequências para os relés de distância de linhas de transmissão. Ainda neste contexto, são apresentadas, analisadas e comparadas algumas técnicas destinadas a minimizar estes efeitos. Essas técnicas foram testadas por meio de simulações computacionais, sob condições de oscilação de potência com e sem a presença de curtos-circuitos, considerando-se diversos valores de carregamento e frequências de oscilação. Os resultados mostraram que nenhum método é totalmente eficiente para todos os cenários. Desse modo, ainda há algumas incertezas sobre o desempenho das técnicas de proteção contra as oscilações de potência existentes. Em uma terceira etapa, foi desenvolvido um algoritmo para proteção numérica de linhas de transmissão imune as oscilações de potência. A metodologia faz uso da Morfologia Matemática nas etapas de detecção e classificação das faltas. De modo a se obter uma maior segurança na operação do relé, especialmente na região próxima ao limiar de operação, incorporou-se uma estratégia de contagem diferente das tradicionais. A principal contribuição do trabalho relaciona-se com a análise da diferença comportamental da componente exponencial decrescente (componente dc) para uma situação de falta e de oscilação de potência. Ou seja, a componente dc, obtida por meio de um filtro morfológico, é utilizada como critério de disparo do relé de distância. Para avaliar o desempenho do algoritmo desenvolvido, uma série de testes com diferentes cenários de faltas com e sem a presença de oscilações de potência foram realizadas. Devido à simplicidade das operações matemáticas utilizadas no algoritmo, a técnica apresenta segurança e velocidade na sua operação, mesmo durante oscilações de potência.