Orientador: Lee Luan Ling / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-21T07:10:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Breda_GeanDavis_M.pdf: 12522100 bytes, checksum: 701d0c3722b880eb418ca3031c87dadb (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Neste trabalho desenvolvemos um sistema automático de reconhecimento de impressões digitais. Este sistema inclui aquisição da imagem, processamento, extração de características e classificação dos padrões. Na aquisição da imagem de impressão digital procuramos estudar os métodos que estão disponíveis e escolher o mais adequado ao nosso propósito. Introduzimos melhoras no método escolhido, o que levou a obtenção de bons resultados. A cadeia de processamento de imagem de impressões digitais é uma contribuição significativa deste trabalho, baseada em morfologia matemática, é desenvolvida especificamente com o objetivo de ser empregada na obtenção do esqueleto de uma imagem de impressão digital. Na extração de características selecionamos atributos para o sistema de classificação. Estes atributos são escolhidos de forma a serem os mais adequados para a tarefa de reconhecimento. Foram extraídos três tipos de características, denominadas: vetor histograma, vetor distância e quadrados concêntricos. Na classificação utilizamos dois tipos de classificadores: redes neurais Back-Propagation e um classificador por correlação. Os melhores resultados na classificação são obtidos utilizando-se o atributo, denominado vetor histograma, conjuntamente com uma rede neural Back-propagation / Abstract: In this work we develope an automatic system of fingerprint recognition. This system includes image acquisition, processing, extraction of features and pattern classification. In the image acquisition of fingerprint, we study the methods already available and choose the more adequate for our application. We improve the method chosen, that improvement leads to obtain good results. The image processing network, which is based on Mathematical Morphology, is a main contribution of this work. It is developed with the objective of obtaining the eskeleton of a fingerprint. In the feature extraction it is chosen the characteristics for the c1assification system. These characteristics are chosen to fit the task of recognition. The following three kinds of features are utilized: histogram vector, length vector and concentric squares. In the classification we utilize two kinds of classifiers:Back-Propagation neural network and correlation classifier.The best result in the classificationis obtained when we utilize the histogram vector with Back-Propagation neural network / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

A assimetria é uma característica que pode indicar uma anomalia na formação das mamas e pode ser relacionada também com câncer da mama. Ocorre quando as mamas direita e esquerda são bem desiguais em sua forma e/ou volume e sua análise consiste na comparação bilateral de regiões correspondentes entre os mamogramas de uma mesma projeção. Um esquema de medição computadorizado foi desenvolvido aqui para a detecção de assimetrias envolvendo quatro etapas: digitalização dos mamogramas, alinhamento das imagens, subtração e análise da densidade. Após eliminação do fundo dos mamogramas e alinhamento das imagens, foi feita a segmentação e verificada a diferença de área entre as duas imagens. Além disso, também foram analisadas as diferenças internas entre os mamogramas direito e esquerdo para a detecção de densidades assimétricas. A comparação bilateral foi feita em 243 pares de imagens mamográficas. Foi obtida uma taxa de classificação correta de 90,84% para imagens crânio-caudais e de 86,6% para imagens médio-laterais. A medição de assimetria em densidade foi feita em 688 pares de mamogramas de mamas normais (não densas) e 711 pares de imagens de mamas densas. Os resultados obtidos comparando-se a quantidade de casos VP (verdadeiro-positivo) e FN (falso-negativo) resultantes. Para imagens de mamas normais foi obtida uma taxa de 100% VP utilizando um determinado conjunto de parâmetros no processamento. Para as imagens de mamas densas foi obtida uma taxa de 99,02% VP e 0,98% FN também com parâmetros adequados determinados através de testes prévios. / Asymmetry is a characteristic which can indicate a disturb in breasts formation and also can be related to the breast cancer. It occurs when right and left breast are quite different in shape and/or volume a its analysis consists in a bilateral comparison of corresponding regions between both mammograms in a same projection. A computer-based measure scheme was developed here interded to detect asymmetries in four steps: mammograms digitization, images alignment, subtraction and density analysis. After mammograms background supression and images alignment, the segmentation was performed as well as the area difference between the two images was checked. In addition, the inside differences between the right and left mammograms were evaluated in order to detect asymmetric densities. The bilateral comparison was performed in 243 pairs of mammographic images. A right classification rate of 90,84% was obtained for cranio-caudal incidences and of 86,6% for medio-lateral ones. The asymmetry measurement was made using 688 pairs of normal (non-dense) breast mammograms and 711 pairs of dense breast images. The results were obtained by comparing the quantify of true-positive and false-negative cases. It was obtained 100% of true-positive rate for normal breast images by using a determined parameters set in the processing. For dense breast images it was obtained 99,02% of true-positive rate and 0,98% of false-negative rate considering suitable parameters determined by previous testing.

Com a crescente veiculação de sinais de informação visual nos meios de comunicação, métodos de inpainting de imagens passaram a ser cada vez mais importantes. Esses métodos, usualmente propostos para minimizar os efeitos de perda de blocos de dados, analisam prioritariamente a correlação espacial entre porções de uma imagem, sem explorar intensivamente a informação no domínio da frequência. Em outra vertente, técnicas que buscam avaliar perdas de blocos em imagens não descrevem localmente uma figura de mérito consistente para aferição da correlação espacial entre os pixels de cada bloco corrompido. No contexto de se explorar o sinal de informação visual em múltiplas resoluções, este trabalho apresenta uma técnica de inpainting de imagens digitais, extensível a aplicações que manipulem sinais de vídeo, a partir da análise da propriedade de regularidade das wavelets na decomposição multi-resolução de imagens, descrita localmente no sentido do espaço vetorial de Besov, um espaço com suavidade generalizada que comporta razoavelmente modificações nos coeficientes wavelet dos quadros visando à correção de informação. O trabalho descreve uma técnica de estimação de curvas de decaimento dos coeficientes wavelet dos pixels, baseada na observação da propriedade de regularidade, objetivando a correção de blocos de pixels contaminados por ruído. A partir da observação de tais características, o trabalho propõe um algoritmo de inpainting, no domínio da transformada wavelet, aplicado a imagens, perfazendo tanto a detecção, baseada em um critério de limiarização de correlação cruzada dos coeficientes wavelet, como a correção dos blocos de pixels danificados, fundamentada na reconstrução de informação a partir de uma função de decaimento projetada para tais coeficientes. Resultados de simulações obtidos para a aplicação do método em imagens corrompidas por diferentes padrões de ruído mostram seu bom desempenho comparativamente a outros recentes métodos. Ao final, são apresentados tópicos que serão explorados no prosseguimento da investigação. / With the growing visual information signals transmission, methods of image inpainting acquired noticeable importance in signal processing area. These methods, usually proposed to minimize the effects of loss of data blocks, analyze primarily the spatial correlation between portions of an image, without intensively exploring the information in the frequency domain. In another aspect, techniques that seek to evaluate losses of blocks in images do not describe locally a figure of merit for consistent measurement of spatial correlation between pixels of each corrupted block. In the context of exploring the visual information signal in multiple resolutions, this work presents a technique of digital image inpainting, extensible to video applications, from the analysis of property of regularity of wavelets in multiresolution analysis of images, described locally in the sense of Besov vectorial spaces, whose generalized smoothness allows widespread changes in wavelet coefficients of image data, aiming to conceal visual information. The study describes a technique for estimation of decay curves of the wavelet coefficients from pixels, based on observation of the property of regularity, aiming to correct blocks of pixels contaminated by noise. From the observation of such characteristics, the study proposes an algorithm for inpainting, in the wavelet transform domain, applied to images, performing as the detection task, based in a criterion of threshold of cross-correlation between wavelet coefficients, as the correction of damaged pixel blocks, stated in the reconstruction of information from a designed decay function for those coefficients. Simulation results obtained for the implementation of the method in images corrupted by different patterns of noise show its good performance compared to other recent methods. At the end of this work, topics to be explored in further research are presented.

As abelhas são importantes polinizadores, mas a diversidade de espécies está ameaçada, razão pela qual é ainda mais urgente aumentar o conhecimento sobre elas. Visando auxiliar o estudo do comportamento das abelhas neste trabalho foi desenvolvido um sistema de vídeo e rede de alta velocidade para monitoração em tempo real de abelhas sem ferrão. Ele permite a monitoração da área de recrutamento de uma colônia automatizando o registro do número de abelhas presente e fornecendo um índice de agitação das abelhas através da captura, do processamento e análise de imagens digitais. Foram utilizada técnicas de subtração e limiarização para obter uma imagem binária que permitisse fazer a contagem, através da detecção de regiões fechadas na imagem. A agitação das abelhas é calculada através da análise de imagens seqüenciais que permitem identificar o deslocamento de cada abelha. O sistema foi testado em uma colônia de Melipona quadrifasciata anthidioides (mandaçaia) e mostrou bom potencial para uso em estudos de comportamento em abelhas. O sistema pode ser acessado pela internet convencional, mas também se destina a ser usado pela rede de alta velocidade KyaTera (FAPESP) como parte de um weblab em polinizadores. / Bees are important pollinators, but the diversity of species is threatened, which makes it even more urgent to increase the knowledge about them. Aiming to help study the behavior of bees, this project was conducted using a video system and high-speed network for real-time monitoring of stingless bees. It allows monitoring the recruitment area of a colony by automating the count of bees present and providing an agitation index of the bees through the capture, processing and analysis of digital images. Subtraction and thresholding techniques were used to obtain a binary image that allows the count of bees by detecting closed regions in the image. The agitation of the bees is performed through the analysis of sequential images that allow identifying each bee displacement. The system was tested in a colony of Melipona quadrifasciata anthidioides (mandaçaia) and presents good potential for use in studies of bees´ behavior. The system can be accessed through the Internet, but it is intended to be used by the high-speed network KyaTera (FAPESP) as part of a pollinators weblab.

Este trabalho trata do problema da construção de atributos para classificação quando atributos e rótulos são binários. A abordagem adotada visa reduzir efeitos de interação entre atributos, amenizando a necessidade dos classificadores lidarem com essas interações. Para tanto, é introduzida uma nova técnica que usa uma matriz de cálculo de paridade para transformar as coordenadas do vetor de atributos binários. Tal matriz permite a manipulação de diversas medidas derivadas da teoria da informação. A transformação resultante induz a formação de grupos de variáveis binárias. Baseando-se nessa técnica, um algoritmo inédito de análise de componentes independentes de variáveis binárias é apresentado, assim como um algoritmo que induz a independência condicional entre os atributos (dado o valor do rótulo). Um terceiro algoritmo apresentado reduz a Informação de Interação entre os atributos, uma medida associada ao grau de redundância ou colaboração entre atributos. Tal algoritmo é empregado no problema do projeto de operadores em dois níveis para imagens, em que múltiplos operadores são combinados para a obtenção de uma imagem final. Nesse caso, o algoritmo apresentado guia a estratégia de divisão de uma imagem em sub-regiões. É apresentado um arcabouço para o projeto de operadores de imagens em dois níveis, incorporando métodos de seleção de atributos e comparação de modelos. Os resultados mostram que o método proposto propicia melhor desempenho, em comparação com operadores de nível único. / This work addresses the task of feature extraction for classification when both labels and features are binary. Our approach aims to build features with reduced interaction effects, thus relieving the classifiers from dealing explicitly with interactions. We introduce a new technique for building binary features by means of a parity calculating matrix that changes the coordinates of a binary vector. That matrix can be built purposefully for manipulating specific information theoretic measures. The resulting transform gives rise to groups of binary variables. A new algorithm for independent component analysis of binary features is proposed, based on this technique. In the context of classification, a new algorithm is presented that reduces the conditional dependence of features, given the label. A third algorithm presented in this text reduces the Interaction Information between pairs of features, a measure associated with redundancy or collaboration among predictors. This algorithm is used in the context of designing two-level operators for binary images. This type of operator combines the responses of several first-level operators to create the output image. In this case, the interaction reducing algorithm handles the division of the image into subregions. A complete framework for designing these operators is provided, involving feature selection and model comparison techniques. Experimental results show that the proposed method generates more accurate operators, compared to the single-level ones.

Em muitas aplicações de processamento de imagens é desejável converter imagens que estão em escala de cinza para imagens binarias, ou seja, em apenas dois níveis de intensidade. Para realizar essa tarefa de separação entre dois níveis é necessário que se calcule um valor de limiar, pois a partir dele determinamos quais pixels irão pertencer a um nível, normalmente o objeto de interesse, e quais pertencerão ao outro nível, ou ao fundo da imagem. Algumas aplicações exigem que se calcule esse valor de limiar em um tempo muito curto em relação à aquisição de imagem, principalmente quando ocorre uma variação muito alta de luminosidade na aquisição de uma imagem. Para suprir essa dificuldade de velocidade nas aplicações de processamento de imagem, uma alternativa seria o desenvolvimento de uma arquitetura dedicada que realize o cálculo do valor de limiar e binarize a imagem adquirida. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma arquitetura que realiza estas tarefas, implementada em circuitos reconfiguráveis do tipo FPGA. A validação da arquitetura foi obtida por meio da comparação dos resultados obtidos com a simulação da mesma na ferramenta Matlab. A arquitetura permite uma frequência máxima de clock de 84,52 MHz, o que permite a utilização da arquitetura em sistemas de tempo real, utilizando como fonte de imagem um vídeo composto ou uma câmera comum. / In many imaging applications it is desirable that images are converted to grayscale images to binary, ie with only two intensity levels. To accomplish this task separation between two levels is necessary to calculate a threshold value as determined from it which pixels will belong to a level generally the object of interest, and which belong to another level, or to the background image . Some applications require you to calculate this threshold value in a very short time in relation to image acquisition, especially when a very high brightness variation in the acquisition of an image. To meet this difficulty in the speed image processing applications, an alternative would be to develop an architecture dedicated to perform the calculation of the value of threshold and binarize the image acquired. This paper proposes the development of an architecture that performs these tasks by implementing reconfigurable circuits like FPGA. Making a comparison of results obtained with algorithms developed in Matlab, thus performing a validation of the proposed architecture. The developed architecture has reached the maximum frequency of 84.52 MHz, and the architecture can be operated in real-time system, using an image as a source of composite video or a regular camera.

Este trabalho apresenta um sistema para a geração, captura e processamento de imagens de escoamentos hidrodinâmicos ao redor de corpos rígidos, visando a determinação quantitativa e qualitativa de suas propriedades. Para a geração das imagens, construiu-se um túnel hidrodinâmico vertical de baixa turbulência, operado pela ação da gravidade, no interior do qual escoamentos ao redor de diferentes modelos podem ser obtidos. Para a visualização dos escoamentos, optou-se pelo emprego da técnica de injeção de corantes líquidos, através de longas agulhas hipodérmicas instaladas a montante do modelo ensaiado. As imagens assim geradas foram capturadas em película química fotossensível ou em fita magnética, conforme o tipo de ensaio realizado. Informações qualitativas sobre diferentes tipos de escoamentos externos foram obtidas mediante a análise de imagens estáticas, permitindo identificar a estrutura do escoamento em função do número de Reynolds. Medidas do comprimento da região de recirculação e das distâncias entre vórtices em uma esteira turbilhonária a jusante de um cilindro circular foram, também, realizadas, por meio da interpretação de imagens estáticas processadas digitalmente. Dados quantitativos dos escoamentos estudados foram obtidos por contagem de fotogramas, cuja identificação é obtida por meio de uma nova técnica de geração do código de tempo por superposição de imagens - denominada SITC (Superimposed Image Time Coding) - desenvolvida no âmbito deste trabalho. Mais especificamente, este método foi utilizado na análise do escoamento ao redor de quatro diferentes geometrias - perfil cilíndrico (Re<590), quadrado (Re<1200), elíptico de razão de raios de 0,6 (Re<4000) e retangular de razão de aspecto de 1/16 (Re<1500), para os quais foram determinados os número de Strouhal em função do número de Reynolds. Este método foi empregado, ainda, na obtenção da velocidade de propagação de vórtices na esteira de von Kármán produzida por um cilindro circular. Sempre que possível, os resultados obtidos foram confrontados com dados de outros autores - obtidos numericamente ou por diferentes métodos experimentais - revelando boa concordância. Esta constatação, além de assegurar a validade dos resultados apresentados no contexto deste trabalho, comprova o valor da visualização como ferramenta de análise qualitativa e quantitativa de escoamentos.

Este trabalho tem por objetivo a localização e identificação das feições associadas aos solos lateríticos através da aplicação de técnicas de processamento de imagens de sensoriamento remoto. A área de estudo localiza-se no Estado de São Paulo, próxima à cidade de Campinas, abrengendo os municípios de Campinas, Sumaré, Nova Odessa, Monte-Mor e Nova Veneza. Trata-se de uma área cujos solos são ricos em ferro, de acordo com Oliveira et al. (1981), e da qual se dispunha de mapas pedológicos semidetalhados (1:50.000), bem como de imagens de um período bastante seco, onde os solos ficaram quase que descobertos, permitindo que uma grande quantidade de solos tivessem sua superfície exposta. O mapa semidetalhado de solos serviu de suporte para avaliação dos produtos gerados pelas técnicas de processamento digitais empregadas. foram utilizadas as imagens do sensor TM do Sistema Landsat para a localização, identificação das feições associadas aos solos lateríticos, utilizando-se as técnicas: restauração, realce linear de contraste, componentes principais e transformação IHS. Utilizou-se as bandas TM 1, TM 2, TM 3, TM 4, TM 5 e TM 7 do Sistema Landsat. A partir dessas bandas e das técnicas de processamento de imagens empregadas, verificou-se que as bandas TM 7, TM 5, TM 2 e TM 3, através das composições 7R/5G/2B, 7R/5G/3B e a transformação IHS da composição 7R/5G/2B, foram as que melhor identificaram as feições associadas a solos lateríticos.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema computacional baseado em microcomputadores ou estações de trabalho, para correções geométricas de imagens adquiridas pelo sensor Thematic Mapper a bordo dos satélites Landsat 4 e 5. Foi motivado pelo aumento da demanda de imagens em formato digital geometricamente corrigidas causado pela disponibilidade de novas aplicações de imagens de sensoriamento remoto possibilitadas pela utilização de sistemas computacionais de baixo custo pelo diversos setores que se utilizam desses dados. Atualmente, a geração de imagens de sensoriamento remoto é feita pela Divisão de Geração de Imagens do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, que utiliza um sistema de processamento desenvolvido pelos engenheiros do INPE em cooperação com a empresa francesa SEP. Esse sistema, desenvolvido com ênfase para a produção eficiente de imagens fotográficas, foi instalado em 1984 e é baseado num computador VAX-11/780 que não tem capacidade de processamento suficiente para suprir a demanda atual de imagens digitais corrigidas. A disponibilidade do sistema aqui desenvolvido torna possível o aumento da capacidade de processamento, sem necessidade de grandes investimentos em equipamentos. É apresentado o desenvolvimento dos conhecimentos necessários para a implementação do sistema, incluindo o cálculo do modelo geométrico, o desenvolvimento dos métodos de interpolação adequados e do algoritmo para a reamostragem das imagens de forma eficiente. A apresentação de forma organizada desses conhecimentos abre a oportunidade de novos trabalhos visando o desenvolvimento de métodos mais elaborados para a geração de produtos com melhor qualidade geométrica, através do refinamento do modelo, ou adaptados para necessidades específicas por meio de métodos de mosaicagem (geração de produtos pela composição de várias imagens com vistas a cobertura de áreas geográficas maiores que a coberta por um única cena) ou correção de trechos de imagens. Um sistema implementado recebe como entrada padrão gerado pelo INPE sem correções geométricas, que pode ser obtido com menor esforço computacional e a prazos de atendimento menores, e gera a imagem geometricamente corrigida que pode ser diretamente utilizada para aplicações em sistemas de informações geográficas, para aplicações cartográficas digitais ou para superposição com imagens obtidas de outras fontes de imageamento.

Este trabalho visa a avaliação de uma classe de algoritmos de visão computacional conhecida genericamente como Transformada de Hough em máquinas distribuídas baseadas em &quot;transputers&quot;. Esta técnica pode ser utilizada para detectar curvas e formas em imagens digitalizadas, demandando grande quantidade de memória e considerável esforço computacional. Optou-se por muItiprocessadores baseados em &quot;transputers&quot; pelo fato desta tecnologia ter se mostrado bastante promissora em aplicações envolvendo computação gráfica. Adicionalmente, há poucos trabalhos no Brasil abordando a utilização de &quot;transputers&quot; em processamento de imagem e visão computacional. Em primeiro lugar, esta pesquisa faz um levantamento dos aspectos teóricos envolvidos, tais como a caracterização dos problemas a serem tratados e dos tipos de máquinas usados em processamento de imagem. A seguir, são abordadas questões referentes à implementação da técnica em estudo e são discutidos os resultados obtidos com diversas topologias e organizações de dados e tarefas.