Na última década observou-se grande interesse pra o desenvolvimento de técnicas para Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo devido à explosão na quantidade de imagens capturadas e à necessidade de armazenamento e recuperação dessas imagens. A área médica especificamente é um exemplo que gera um grande fluxo de informações, principalmente imagens digitais para a realização de diagnósticos. Porém um problema ainda permanecia sem solução que tratava-se de como atingir a similaridade baseada na percepção do usuário, uma vez que para que se consiga uma recuperação eficaz, deve-se caracterizar e quantificar o melhor possível tal similaridade. Nesse contexto, o presente trabalho de Doutorado visou trazer novas contribuições para a área de recuperação de imagens por contúdo. Dessa forma, almejou ampliar o alcance de consultas por similaridade que atendam às expectativas do usuário. Tal abordagem deve permitir ao sistema CBIR a manutenção da semântica da consulta desejada pelo usuário. Assim, foram desenvolvidos três métodos principais. O primeiro método visou a seleção de características por demanda baseada na intenção do usuário, possibilitando dessa forma agregação de semântica ao processo de seleção de características. Já o segundo método culminou no desenvolvimento de abordagens para coleta e agragação de perfis de usuário, bem como novas formulações para quantificar a similaridade perceptual dos usuários, permitindo definir dinamicamente a função de distância que melhor se adapta à percepção de um determinado usuário. O terceiro método teve por objetivo a modificação dinâmica de funções de distância em diferentes ciclos de realimentação. Para tanto foram definidas políticas para realizar tal modificação as quais foram baseadas na junção de informações a priori da base de imagens, bem como, na percepção do usuário no processo das consultas por similaridade. Os experimentos realizados mostraram que os métodos propostos contribuíram de maneira efetiva para caracterizar e quantificar a similaridade baseada na percepção do usuário, melhorando consideravelmente a busca por conteúdo segundo as expectativas dos usuários / In the last decade techniques for content-based image retrieval (CBIR) have been intensively explored due to the increase in the amount of capttured images and the need of fast retrieval of them. The medical field is a specific example that generates a large flow of information, especially digital images employed for diagnosing. One issue that still remains unsolved deals with how to reach the perceptual similarity. That is, to achieve an effectivs retrieval, one must characterize and quantify the perceptual similarity regarding the specialist in the field. Therefore, the present thesis was conceived tofill in this gap creating a consistent support to perform similarity queries over images, maintaining the semantics of a given query desired by tyhe user, bringing new contribuitions to the content-based retrieval area. To do so, three main methods were developed. The first methods applies a novel retrieval approach that integrates techniques of feature selection and relevance feedback to preform demand-driven feature selection guided by perceptual similarity, tuning the mining process on the fly, according to the user´s intention. The second method culminated in the development of approaches for harvesting and surveillance of user profiles, as well as new formulations to quantify the perceptual similarity of users , allowing to dynamically set the distance function that best fits the perception of a given user. The third method introduces a novel approach to enhance the retrieval process through user feedback and profiling, modifying the distance function in each feedback cycle choosing the best one for each cycle according to the user expectation. The experiments showed that the proposed metods effectively contributed to capture the perceptual similarity, improving in a great extent the image retrieval according to users´expectations

Os sistemas de recuperação de imagens por conteúdo (CBIR -Content-based Image Retrieval) possuem a habilidade de retornar imagens utilizando como chave de busca outras imagens. Considerando uma imagem de consulta, o foco de um sistema CBIR é pesquisar no banco de dados as "n" imagens mais similares à imagem de consulta de acordo com um critério dado. Este trabalho de pesquisa foi direcionado na geração de vetores de características para um sistema CBIR considerando bancos de imagens médicas, para propiciar tal tipo de consulta. Um vetor de características é uma representação numérica sucinta de uma imagem ou parte dela, descrevendo seus detalhes mais representativos. O vetor de características é um vetor "n"-dimensional contendo esses valores. Essa nova representação da imagem pode ser armazenada em uma base de dados, e assim, agilizar o processo de recuperação de imagens. Uma abordagem alternativa para caracterizar imagens para um sistema CBIR é a transformação do domínio. A principal vantagem de uma transformação é sua efetiva caracterização das propriedades locais da imagem. Recentemente, pesquisadores das áreas de matemática aplicada e de processamento de sinais desenvolveram técnicas práticas de "wavelet" para a representação multiescala e análise de sinais. Estas novas ferramentas diferenciam-se das tradicionais técnicas de Fourier pela forma de localizar a informação no plano tempo-freqüência; basicamente, elas têm a capacidade de mudar de uma resolução para outra, o que faz delas especialmente adequadas para a análise de sinais não estacionários. A transformada "wavelet" consiste de um conjunto de funções base que representa o sinal em diferentes bandas de freqüência, cada uma com resoluções distintas correspondentes a cada escala. Estas foram aplicadas com sucesso na compressão, melhoria, análise, classificação, caracterização e recuperação de imagens. Uma das áreas beneficiadas, onde essas propriedades têm encontrado grande relevância, é a área médica, através da representação e descrição de imagens médicas. Este trabalho descreve uma abordagem para um banco de imagens médicas, que é orientada à extração de características para um sistema CBIR baseada na decomposição multiresolução de "wavelets" utilizando os filtros de Daubechies e Gabor. Essas novas características de imagens foram também testadas utilizando uma estrutura de indexação métrica "Slim-tree". Assim, pode-se aumentar o alcance semântico do sistema cbPACS (Content-Based Picture Archiving and Comunication Systems), atualmente em desenvolvimento conjunto entre o Grupo de Bases de Dados e Imagens do ICMC--USP e o Centro de Ciências de Imagens e Física Médica do Hospital das Clínicas de Riberão Preto-USP. / Content-based image retrieval (CBIR) refers to the ability to retrieve images on the basis of the image content. Given a query image, the goal of a CBIR system is to search the database and return the "n" most similar (close) ones to the query image according to a given criteria. Our research addresses the generation of feature vectors of a CBIR system for medical image databases. A feature vector is a numeric representation of an image or part of it over its representative aspects. The feature vector is a "n"-dimensional vector organizing such values. This new image representation can be stored into a database and allow a fast image retrieval. An alternative for image characterization for a CBIR system is the domain transform. The principal advantage of a transform is its effective characterization for their local image properties. In the past few years, researches in applied mathematics and signal processing have developed practical "wavelet" methods for the multiscale representation and analysis of signals. These new tools differ from the traditional Fourier techniques by the way in which they localize the information in the time-frequency plane; in particular, they are capable of trading one type of resolution for the other, which makes them especially suitable for the analysis of non-stationary signals. The "wavelet" transform is a set of basis functions that represents signals in different frequency bands, each one with a resolution matching its scale. They have been successfully applied to image compression, enhancements, analysis, classifications, characterization and retrieval. One privileged area of application where these properties have been found to be relevant is medical imaging. In this work we describe an approach to CBIR for medical image databases focused on feature extraction based on multiresolution "wavelets" decomposition, taking advantage of the Daubechies and Gabor. Fundamental to our approach is how images are characterized, such that the retrieval procedure can bring similar images within the domain of interest, using a metric structure indexing, like the "Slim-tree". Thus, it increased the semantic capability of the cbPACS(Content-Based Picture Archiving and Comunication Systems), currently in joined developing between the Database and Image Group of the ICMC--USP and the Science Center for Images and Physical Medic of the Clinics Hospital of Riberão Preto--USP.

A possibilidade de armazenamento de imagens no formato digital favoreceu a evolução de diversos ramos de atividades, especialmente as áreas de pesquisa e clínica médica. Ao mesmo tempo, o volume crescente de imagens armazenadas deu origem a um problema de relevância e complexidade consideráveis: a Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo, que, em outras palavras, diz respeito à capacidade de um sistema de armazenamento processar operações de consulta de imagens a partir de características visuais, extraídas automaticamente por meio de métodos computacionais. Das principais questões que constituem este problema, amplamente conhecido pelo termo CBIR - Content-Based Image Retrieval, fazem parte as seguintes: Como interpretar ou representar matematicamente o conteúdo de uma imagem? Quais medidas que podem caracterizar adequadamente este conteúdo? Como recuperar imagens de um grande repositório utilizando o conteúdo extraído? Como estabelecer um critério matemático de similaridade entre estas imagens? O trabalho desenvolvido e apresentado nesta tese busca, exatamente, responder perguntas deste tipo, especialmente para os domínios de imagens médicas e da biologia genética, onde a demanda por sistemas computacionais que incorporam técnicas CBIR é consideravelmente alta por diversos motivos. Motivos que vão desde a necessidade de se buscar informação visual que estava até então inacessível pela falta de anotações textuais, até o interesse em poder contar com auxílio computacional confiável para a importante tarefa de diagnóstico clínico. Neste trabalho são propostos métodos e soluções inovadoras para o problema de segmentação e extração de características de imagens médicas e imagens de padrões espaciais de expressão genética. A segmentação é o processo de delimitação automático de regiões de interesse da imagem que possibilita uma caracterização bem mais coerente do conteúdo visual, comparado com as tradicionais técnicas de caracterização global e direta da imagem. Partindo desta idéia, as técnicas de extração de características desenvolvidas neste trabalho empregam métodos adaptativos de segmentação de imagens e alcançam resultados excelentes na tarefa de recuperação baseada em conteúdo / Storing images in digital format has supported the evolution of several branches of activities, specially the research area and medical clinic. At the same time, the increasing volume of stored images has originated a topic of considerable relevance and complexity: the Content- Based Imagem Retrieval, which, in other works, is related to the ability of a computational system in processing image queries based on visual features automatically extracted by computational methods. Among the main questions that constitute this issue, widely known as CBIR, are these: How to mathematically express image content? What measures can suitably characterize this content? How to retrieve images from a large dataset employing the extracted content? How to establish a mathematical criterion of similarity among the imagens? The work developed and presented in this thesis aims at answering questions like those, especially for the medical images domain and genetical biology, where the demand for computational systems that embody CBIR techniques is considerably high for several reasons. Reasons that range from the need for retrieving visual information that was until then inaccessible due to the lack of textual annotations, until the interest in having liable computational support for the important task of clinical diagnosis. In this work are proposed innovative methods and solutions for the problem of image segmentation and feature extraction of medical images and images of gene expression patterns. Segmentation is the process that enables a more coherent representation of image?s visual content than that provided by traditional methods of global and direct representation. Grounded in such idea, the feature extraction techniques developed in this work employ adaptive image segmentation methods, and achieve excellent results on the task of Content-Based Image Retrieval

O objetivo desse trabalho é apresentar as características de um Sistema de Apoio ao Diagnóstico em Sistema Hospitalar Suportando Busca por Imagens Similares, a ser desenvolvido e implantado no Hospital das Clínicas de Ribeirão Preto. A recuperação de imagens baseada no conteúdo é uma área de pesquisa que tem evoluído bastante nos últimos anos. Assim, um sistema de busca e obtenção de imagens, utilizando tal técnica, deve ser extensível aos novos algoritmos de extração de características e métodos de indexação. A extração de características de imagens, tais como informações de cor, textura, forma e o relacionamento entre elas são utilizadas para descrever o conteúdo das imagens. Essas características são então utilizadas para indexar e possibilitar a comparação de imagens no processo de recuperação. O sistema proposto utilizará um método de indexação de dados recém-desenvolvido – a Slim-tree – para indexar as características extraídas das imagens. Através desse método o Sistema de Apoio ao Diagnóstico possibilitará a consulta por conteúdo em imagens médicas. / This works presents the main characteristics of a diagnosis support system based on image similarity search for medical applications. This system was developed to be used in the Clinical Hospital of Ribeirao Preto of the University of Sao Paulo. The content-based image retrieval (CBIR) researching area has evolved greatly in the last years. Thus, a CBIR system should be able to incorporate the new techniques developed, such as, new feature extraction algorithms and indexing methods among others. Traditionally, the main features extracted from images to get the image essence are color, texture, shape and the relationship among them. Therefore, such features describe the images under analysis, and are used to index and to compare images during the content-based retrieval process. The proposed system takes advantage of a new metric access method - the Slim-tree, which allows the indexing and the retrieval of the images through their extracted features.

The principal objective of an image retrieval system is to obtain images which are as similar as possible to the user´s requirements, from all the images in the reference collection. Such an objective is difficult to reach due principally to the subjectivity of the image similarities. This is due to the fact the images can be interpreted in different ways by different people. With the aim of resolving this problem the content-based image retrieval systems explore the features of color, shape and texture. These are nearly always associated to the regions and use relevance feedback mechanisms to adjust a search to the user s criterions. Various approaches have been used in relevance feedback from those genetic algorithms have become quite popular due to their adaptive abilities. In this work we presented an image retrieval system based on the similarity of local patterns, working with the features of color, shape and texture as well as relevance feedback via a genetic algorithm. The task of this algorithm is infer weights to the features of color, shape, texture and regions which better adjust to the similarity found between images through the user s search criterions, thus producing a final ranking which is in accordance with the criterions expressed in the relevance feedback. The genetic algorithms theory states that the fitness measure applies an essential role upon the performance of these algorithms, once the fitness measure directs the search path for the evaluation of each individuals aptitude. Due to the lack of consensus about the best fitness measure in the ranking evaluation problem we present a performance analysis of ten fitness functions. The fitness functions are classified in two groups: order-based and non-order based. Some of these functions are adapted from textbased information retrieval systems and others are proposed in this work. The experimental results show that the order based fitness functions are more compatible to the user s interests, once they present superior rankings in terms of precision for low recall rates and conduct the quickest genetic algorithm in the search for an optimal heuristic solution. The results obtained are superior to those of the works of Stejic et al., which served as our inspiration. / O principal objetivo de um sistema de recuperação de imagens é obter imagens que são o mais similar possível à requisição do usuário, de todas as imagens de uma coleção de referência. Tal objetivo é difícil de ser alcançado devido principalmente à subjetividade do conceito de similaridade entre imagens, visto que uma mesma imagem poder ser interpretada de diferentes maneiras por diferentes pessoas. Na tentativa de resolver este problema os sistemas de recuperação de imagens por conteúdo exploram as características de cor, forma e textura, quase sempre associadas à regiões e usam de mecanismos de realimentação de relevantes para ajustar uma busca aos critérios do usuário. Várias abordagens têm sido usadas em realimentação de relevância entre as quais os algoritmos genéticos têm se tornado bastante populares devido às suas habilidades adaptativas. Neste trabalho apresentamos um sistema de recuperação de imagens com base na similaridade de padrões locais, empregando as características de cor, forma e textura e com realimentação de relevância via algoritmo genético. A tarefa do algoritmo genético é inferir pesos para as características de cor, forma, textura e regiões que melhor ajustam a medida de similaridade entre imagens aos critérios de busca do usuário, fazendo com que o ranking final esteja de acordo com os critérios expressos na realimentação. Da teoria dos algoritmos genéticos é conhecido que a medida de aptidão exerce um papel essencial na performance destes algoritmos, uma vez que ela direciona o caminho da busca, por avaliar a aptidão dos indivíduos. Devido à falta de consenso acerca da medida de aptidão ideal na avaliação de rankings apresentamos uma análise de performance de dez medidas de aptidão. As funções de aptidão são classificadas em dois grupos: baseadas em ordem e não baseadas em ordem. Algumas destas funções são adaptadas do contexto de sistemas de recuperação de informação e outras são propostas neste trabalho. Os resultados experimentais mostram que as funções de aptidão baseadas em ordem são mais compatíveis aos interesses dos usuários uma vez que elas apresentam rankings superiores em precisão para baixos níveis de revocação e, conduzem mais rapidamente o AG na busca por uma solução heurísticamente ótima. Os resultados obtidos são superiores aos dos trabalhos de Stejic et al. que nos serviram de inspiração. / Mestre em Ciência da Computação

Na última década observou-se grande interesse pra o desenvolvimento de técnicas para Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo devido à explosão na quantidade de imagens capturadas e à necessidade de armazenamento e recuperação dessas imagens. A área médica especificamente é um exemplo que gera um grande fluxo de informações, principalmente imagens digitais para a realização de diagnósticos. Porém um problema ainda permanecia sem solução que tratava-se de como atingir a similaridade baseada na percepção do usuário, uma vez que para que se consiga uma recuperação eficaz, deve-se caracterizar e quantificar o melhor possível tal similaridade. Nesse contexto, o presente trabalho de Doutorado visou trazer novas contribuições para a área de recuperação de imagens por contúdo. Dessa forma, almejou ampliar o alcance de consultas por similaridade que atendam às expectativas do usuário. Tal abordagem deve permitir ao sistema CBIR a manutenção da semântica da consulta desejada pelo usuário. Assim, foram desenvolvidos três métodos principais. O primeiro método visou a seleção de características por demanda baseada na intenção do usuário, possibilitando dessa forma agregação de semântica ao processo de seleção de características. Já o segundo método culminou no desenvolvimento de abordagens para coleta e agragação de perfis de usuário, bem como novas formulações para quantificar a similaridade perceptual dos usuários, permitindo definir dinamicamente a função de distância que melhor se adapta à percepção de um determinado usuário. O terceiro método teve por objetivo a modificação dinâmica de funções de distância em diferentes ciclos de realimentação. Para tanto foram definidas políticas para realizar tal modificação as quais foram baseadas na junção de informações a priori da base de imagens, bem como, na percepção do usuário no processo das consultas por similaridade. Os experimentos realizados mostraram que os métodos propostos contribuíram de maneira efetiva para caracterizar e quantificar a similaridade baseada na percepção do usuário, melhorando consideravelmente a busca por conteúdo segundo as expectativas dos usuários / In the last decade techniques for content-based image retrieval (CBIR) have been intensively explored due to the increase in the amount of capttured images and the need of fast retrieval of them. The medical field is a specific example that generates a large flow of information, especially digital images employed for diagnosing. One issue that still remains unsolved deals with how to reach the perceptual similarity. That is, to achieve an effectivs retrieval, one must characterize and quantify the perceptual similarity regarding the specialist in the field. Therefore, the present thesis was conceived tofill in this gap creating a consistent support to perform similarity queries over images, maintaining the semantics of a given query desired by tyhe user, bringing new contribuitions to the content-based retrieval area. To do so, three main methods were developed. The first methods applies a novel retrieval approach that integrates techniques of feature selection and relevance feedback to preform demand-driven feature selection guided by perceptual similarity, tuning the mining process on the fly, according to the user´s intention. The second method culminated in the development of approaches for harvesting and surveillance of user profiles, as well as new formulations to quantify the perceptual similarity of users , allowing to dynamically set the distance function that best fits the perception of a given user. The third method introduces a novel approach to enhance the retrieval process through user feedback and profiling, modifying the distance function in each feedback cycle choosing the best one for each cycle according to the user expectation. The experiments showed that the proposed metods effectively contributed to capture the perceptual similarity, improving in a great extent the image retrieval according to users´expectations

Os sistemas de recuperação de imagens por conteúdo (CBIR -Content-based Image Retrieval) possuem a habilidade de retornar imagens utilizando como chave de busca outras imagens. Considerando uma imagem de consulta, o foco de um sistema CBIR é pesquisar no banco de dados as "n" imagens mais similares à imagem de consulta de acordo com um critério dado. Este trabalho de pesquisa foi direcionado na geração de vetores de características para um sistema CBIR considerando bancos de imagens médicas, para propiciar tal tipo de consulta. Um vetor de características é uma representação numérica sucinta de uma imagem ou parte dela, descrevendo seus detalhes mais representativos. O vetor de características é um vetor "n"-dimensional contendo esses valores. Essa nova representação da imagem pode ser armazenada em uma base de dados, e assim, agilizar o processo de recuperação de imagens. Uma abordagem alternativa para caracterizar imagens para um sistema CBIR é a transformação do domínio. A principal vantagem de uma transformação é sua efetiva caracterização das propriedades locais da imagem. Recentemente, pesquisadores das áreas de matemática aplicada e de processamento de sinais desenvolveram técnicas práticas de "wavelet" para a representação multiescala e análise de sinais. Estas novas ferramentas diferenciam-se das tradicionais técnicas de Fourier pela forma de localizar a informação no plano tempo-freqüência; basicamente, elas têm a capacidade de mudar de uma resolução para outra, o que faz delas especialmente adequadas para a análise de sinais não estacionários. A transformada "wavelet" consiste de um conjunto de funções base que representa o sinal em diferentes bandas de freqüência, cada uma com resoluções distintas correspondentes a cada escala. Estas foram aplicadas com sucesso na compressão, melhoria, análise, classificação, caracterização e recuperação de imagens. Uma das áreas beneficiadas, onde essas propriedades têm encontrado grande relevância, é a área médica, através da representação e descrição de imagens médicas. Este trabalho descreve uma abordagem para um banco de imagens médicas, que é orientada à extração de características para um sistema CBIR baseada na decomposição multiresolução de "wavelets" utilizando os filtros de Daubechies e Gabor. Essas novas características de imagens foram também testadas utilizando uma estrutura de indexação métrica "Slim-tree". Assim, pode-se aumentar o alcance semântico do sistema cbPACS (Content-Based Picture Archiving and Comunication Systems), atualmente em desenvolvimento conjunto entre o Grupo de Bases de Dados e Imagens do ICMC--USP e o Centro de Ciências de Imagens e Física Médica do Hospital das Clínicas de Riberão Preto-USP. / Content-based image retrieval (CBIR) refers to the ability to retrieve images on the basis of the image content. Given a query image, the goal of a CBIR system is to search the database and return the "n" most similar (close) ones to the query image according to a given criteria. Our research addresses the generation of feature vectors of a CBIR system for medical image databases. A feature vector is a numeric representation of an image or part of it over its representative aspects. The feature vector is a "n"-dimensional vector organizing such values. This new image representation can be stored into a database and allow a fast image retrieval. An alternative for image characterization for a CBIR system is the domain transform. The principal advantage of a transform is its effective characterization for their local image properties. In the past few years, researches in applied mathematics and signal processing have developed practical "wavelet" methods for the multiscale representation and analysis of signals. These new tools differ from the traditional Fourier techniques by the way in which they localize the information in the time-frequency plane; in particular, they are capable of trading one type of resolution for the other, which makes them especially suitable for the analysis of non-stationary signals. The "wavelet" transform is a set of basis functions that represents signals in different frequency bands, each one with a resolution matching its scale. They have been successfully applied to image compression, enhancements, analysis, classifications, characterization and retrieval. One privileged area of application where these properties have been found to be relevant is medical imaging. In this work we describe an approach to CBIR for medical image databases focused on feature extraction based on multiresolution "wavelets" decomposition, taking advantage of the Daubechies and Gabor. Fundamental to our approach is how images are characterized, such that the retrieval procedure can bring similar images within the domain of interest, using a metric structure indexing, like the "Slim-tree". Thus, it increased the semantic capability of the cbPACS(Content-Based Picture Archiving and Comunication Systems), currently in joined developing between the Database and Image Group of the ICMC--USP and the Science Center for Images and Physical Medic of the Clinics Hospital of Riberão Preto--USP.

O objetivo desse trabalho é apresentar as características de um Sistema de Apoio ao Diagnóstico em Sistema Hospitalar Suportando Busca por Imagens Similares, a ser desenvolvido e implantado no Hospital das Clínicas de Ribeirão Preto. A recuperação de imagens baseada no conteúdo é uma área de pesquisa que tem evoluído bastante nos últimos anos. Assim, um sistema de busca e obtenção de imagens, utilizando tal técnica, deve ser extensível aos novos algoritmos de extração de características e métodos de indexação. A extração de características de imagens, tais como informações de cor, textura, forma e o relacionamento entre elas são utilizadas para descrever o conteúdo das imagens. Essas características são então utilizadas para indexar e possibilitar a comparação de imagens no processo de recuperação. O sistema proposto utilizará um método de indexação de dados recém-desenvolvido – a Slim-tree – para indexar as características extraídas das imagens. Através desse método o Sistema de Apoio ao Diagnóstico possibilitará a consulta por conteúdo em imagens médicas. / This works presents the main characteristics of a diagnosis support system based on image similarity search for medical applications. This system was developed to be used in the Clinical Hospital of Ribeirao Preto of the University of Sao Paulo. The content-based image retrieval (CBIR) researching area has evolved greatly in the last years. Thus, a CBIR system should be able to incorporate the new techniques developed, such as, new feature extraction algorithms and indexing methods among others. Traditionally, the main features extracted from images to get the image essence are color, texture, shape and the relationship among them. Therefore, such features describe the images under analysis, and are used to index and to compare images during the content-based retrieval process. The proposed system takes advantage of a new metric access method - the Slim-tree, which allows the indexing and the retrieval of the images through their extracted features.

A possibilidade de armazenamento de imagens no formato digital favoreceu a evolução de diversos ramos de atividades, especialmente as áreas de pesquisa e clínica médica. Ao mesmo tempo, o volume crescente de imagens armazenadas deu origem a um problema de relevância e complexidade consideráveis: a Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo, que, em outras palavras, diz respeito à capacidade de um sistema de armazenamento processar operações de consulta de imagens a partir de características visuais, extraídas automaticamente por meio de métodos computacionais. Das principais questões que constituem este problema, amplamente conhecido pelo termo CBIR - Content-Based Image Retrieval, fazem parte as seguintes: Como interpretar ou representar matematicamente o conteúdo de uma imagem? Quais medidas que podem caracterizar adequadamente este conteúdo? Como recuperar imagens de um grande repositório utilizando o conteúdo extraído? Como estabelecer um critério matemático de similaridade entre estas imagens? O trabalho desenvolvido e apresentado nesta tese busca, exatamente, responder perguntas deste tipo, especialmente para os domínios de imagens médicas e da biologia genética, onde a demanda por sistemas computacionais que incorporam técnicas CBIR é consideravelmente alta por diversos motivos. Motivos que vão desde a necessidade de se buscar informação visual que estava até então inacessível pela falta de anotações textuais, até o interesse em poder contar com auxílio computacional confiável para a importante tarefa de diagnóstico clínico. Neste trabalho são propostos métodos e soluções inovadoras para o problema de segmentação e extração de características de imagens médicas e imagens de padrões espaciais de expressão genética. A segmentação é o processo de delimitação automático de regiões de interesse da imagem que possibilita uma caracterização bem mais coerente do conteúdo visual, comparado com as tradicionais técnicas de caracterização global e direta da imagem. Partindo desta idéia, as técnicas de extração de características desenvolvidas neste trabalho empregam métodos adaptativos de segmentação de imagens e alcançam resultados excelentes na tarefa de recuperação baseada em conteúdo / Storing images in digital format has supported the evolution of several branches of activities, specially the research area and medical clinic. At the same time, the increasing volume of stored images has originated a topic of considerable relevance and complexity: the Content- Based Imagem Retrieval, which, in other works, is related to the ability of a computational system in processing image queries based on visual features automatically extracted by computational methods. Among the main questions that constitute this issue, widely known as CBIR, are these: How to mathematically express image content? What measures can suitably characterize this content? How to retrieve images from a large dataset employing the extracted content? How to establish a mathematical criterion of similarity among the imagens? The work developed and presented in this thesis aims at answering questions like those, especially for the medical images domain and genetical biology, where the demand for computational systems that embody CBIR techniques is considerably high for several reasons. Reasons that range from the need for retrieving visual information that was until then inaccessible due to the lack of textual annotations, until the interest in having liable computational support for the important task of clinical diagnosis. In this work are proposed innovative methods and solutions for the problem of image segmentation and feature extraction of medical images and images of gene expression patterns. Segmentation is the process that enables a more coherent representation of image?s visual content than that provided by traditional methods of global and direct representation. Grounded in such idea, the feature extraction techniques developed in this work employ adaptive image segmentation methods, and achieve excellent results on the task of Content-Based Image Retrieval

Com o crescente aumento no número de imagens geradas em mídias digitais surgiu a necessidade do desenvolvimento de novas técnicas de recuperação desses dados. Um critério de busca que pode ser utilizado na recuperação das imagens é o da dissimilaridade, no qual o usuário deseja recuperar as imagens semelhantes à uma imagem de consulta. Para a realização das consultas são empregados vetores de características extraídos das imagens e funções de distância para medir a dissimilaridade entre pares desses vetores. Infelizmente, a busca por conteúdo de imagens em consultas simples tende a gerar resultados que não correspondem ao interesse do usuário misturados aos resultados significativos encontrados, pois em geral há uma descontinuidade semântica entre as características extraídas automaticamente e a subjetividade da interpretação humana. Com o intuito de tratar esse problema, diversos métodos foram propostos para a diminuição da descontinuidade semântica. O foco principal desta tese é o desenvolvimento de métodos escaláveis para a redução da descontinuidade semântica em sistemas recuperação de imagens por conteúdo em tempo real. Nesta sentido, são apresentados: a formalização de consultas por similaridade que permitem a utilização de múltiplos centros de consulta em espaços métricos como base para métodos de realimentação de relevância; um método exato para otimização dessas consultas nesses espaços; e um modelo para tratamento da diversidade em consultas por similaridade e heurísticas para sua otimização / The increasing number of images captured in digital media fostered the developmet of new methods for the recovery of these images. Dissimilarity is a criteria that can be used for image retrieval, where the results are images that are similar to a given reference. The queries are based on feature vectors automatically extracted from the images and on distance functions to measure the dissimilarity between pair of vectors. Unfortunately, the search for images in simple queries may result in images that do not fulfill the user interest together with meaningful images, due to the semantic gap between the image features and to the subjectivity of the human interpretation. This problem leaded to the development of many methods to deal with the semantic gap. The focus of this thesis is the development of scalable methods aiming the semantic gap reduction in real time for content-based image retrieval systems. For this purpose, we present the formal definition of similarity queries based on multiple query centers in metric spaces to be used in relevance feedback methods, an exact method to optimize these queries and a model to deal with diversity in nearest neighbor queries including heuristics for its optimization