O estudo das propriedades de transporte do meio poroso é um tema importante para muitas áreas como a Ciência do Solo, onde o conhecimento dos processos que envolvem o movimento da água é de fundamental importância para o manejo e a conservação do mesmo. Nas últimas décadas, as técnicas não-invasivas e o processamento de imagens têm ajudado muito na modelagem e visualização da estrutura do meio, e têm sido aplicadas no estudo da distribuição dos fluidos com diferentes abordagens. Nesse trabalho é apresentado um novo método para análise do movimento da água, baseado na descrição da estrutura tridimensional da frente de molhamento no processo de infiltração vertical na região não-saturada do solo, considerando que a frente de molhamento tem informação relevante sobre os primeiros estágios da infiltração na interface líquido-sólido. O método proposto para a descrição da estrutura tridimensional da frente de molhamento compõe-se de dois principais módulos. O primeiro é responsável pela segmentação de imagens tomográficas para a detecção da frente de molhamento e cujo resultado é crucial para a análise da superfície resultante. O segundo módulo efetua a determinação de descritores da superfície obtida baseada na computação da variabilidade morfológica e a identificação de zonas de máxima adsorção através da análise da curvatura. As imagens usadas nos experimentos foram obtidas usando um tomógrafo de campo específico para estudos de solos, permitindo o processamento sem alterar a estrutura do solo. Os resultados preliminares são encorajadores e indicam que a abordagem utilizada consegue descrever o movimento da água usando informação da frente de molhamento no espaço tridimensional e no tempo. / The study of the transport properties in porous media is an important issue for many areas such as soil science, where knowledge about processes that involve the movement of water in the soil has fundamental importance to soil management and soil conservation. In recent decades noninvasive techniques and image processing algorithms have been very helpful in modeling and visualization of the structure medium and have been applied to study of the distribution of fluid with different approaches. This work present a new method to analysis of the movement of water based on the description of the three-dimensional wetting front structure in vertical infiltration process in unsaturated soil, whereas the wetting front structure has relevant information in the earliest stages of infiltration in liquid-solid interface. The proposed method for the description of the three-dimensional wetting front structure is comprised of two main modules. The first module is responsible of the three-dimensional image segmentation for the wetting front detection and its result is a very crucial step to analysis of the surface obtained. The second module compute features of the surface obtained to analysis based on morphological variability and maximal adsorption zones identification through the curvature. The image used in the experimental test were obtained using a tomograph of field specific to soil study, allowing the processing without changing of the soil structure. Our preliminary results are encouraging and indicate that our approach can describe the movement of water using information from the wetting front in three-dimensional space and time.

Ecocardiografia fetal é uma importante ferramenta para diagnóstico. Esta tese apresenta um método que provê localização automática de cavidades cardíacas em imagens ecocardiografias fetais, onde o diagnóstico de problemas congênitos do coração pode melhorar os resultados do tratamento. As estruturas de interesse são as quatro cavidades cardíacas (átrio direito, átrio esquerdo, ventrículo direito e ventrículo esquerdo). O método é baseado na busca por cavidades cardíacas através de uma molde de busca (template) para encontrar padrões de interesse. Este molde é calculado usando uma função densidade probabilidade que recebe como parâmetro os níveis de cinza de uma região representativa da cavidade, na imagem. Além disso, em alguns testes também foram utilizadas características espaciais da imagem para cálculo do molde de busca. Nesse sentido a busca é implementada de uma forma hierárquica: (i) primeiro, é localizada a região do coração; e (ii) em seguida, baseando na região do coração a cavidade de interesse á buscada. A comparação do molde de busca e as regiões de interesse na imagem é feita utilizando o Coeficiente de Bhattacharyya, o qual é analisado ao longo dos testes para justificar sua escolha. Uma das principais características do método é a invariância a rotação apresentada pelas estruturas. / Fetal echocardiography is an important tool for diagnosing. This thesis presents a method to provide automatic localization of cardiac cavities in fetal echocardiography images, where the early diagnostics of heart congenital diseases can greatly improve results from medical treatment. The structures of interest are the four cardiac cavities (left and right atrium, left and right ventricle). The method is based in the search of cardiac structures with a mold to find the pattern of interest. This mold is calculated using a probability density function that receives as parameter the gray level of a representative image and also uses spatial features of the images to calculate the mold. A hierarchical search is performed: (i) first, the region of interest is covered to locate the heart; and (ii) based on the position of the heart, the desired structure is found in the image. The comparison of the mold and the candidate image is made using the Bhattacharyya coefficient, which our experimental tests have shown good results. One of the main characteristics of the method is its rotation invariance.

O estudo das propriedades de transporte do meio poroso é um tema importante para muitas áreas como a Ciência do Solo, onde o conhecimento dos processos que envolvem o movimento da água é de fundamental importância para o manejo e a conservação do mesmo. Nas últimas décadas, as técnicas não-invasivas e o processamento de imagens têm ajudado muito na modelagem e visualização da estrutura do meio, e têm sido aplicadas no estudo da distribuição dos fluidos com diferentes abordagens. Nesse trabalho é apresentado um novo método para análise do movimento da água, baseado na descrição da estrutura tridimensional da frente de molhamento no processo de infiltração vertical na região não-saturada do solo, considerando que a frente de molhamento tem informação relevante sobre os primeiros estágios da infiltração na interface líquido-sólido. O método proposto para a descrição da estrutura tridimensional da frente de molhamento compõe-se de dois principais módulos. O primeiro é responsável pela segmentação de imagens tomográficas para a detecção da frente de molhamento e cujo resultado é crucial para a análise da superfície resultante. O segundo módulo efetua a determinação de descritores da superfície obtida baseada na computação da variabilidade morfológica e a identificação de zonas de máxima adsorção através da análise da curvatura. As imagens usadas nos experimentos foram obtidas usando um tomógrafo de campo específico para estudos de solos, permitindo o processamento sem alterar a estrutura do solo. Os resultados preliminares são encorajadores e indicam que a abordagem utilizada consegue descrever o movimento da água usando informação da frente de molhamento no espaço tridimensional e no tempo. / The study of the transport properties in porous media is an important issue for many areas such as soil science, where knowledge about processes that involve the movement of water in the soil has fundamental importance to soil management and soil conservation. In recent decades noninvasive techniques and image processing algorithms have been very helpful in modeling and visualization of the structure medium and have been applied to study of the distribution of fluid with different approaches. This work present a new method to analysis of the movement of water based on the description of the three-dimensional wetting front structure in vertical infiltration process in unsaturated soil, whereas the wetting front structure has relevant information in the earliest stages of infiltration in liquid-solid interface. The proposed method for the description of the three-dimensional wetting front structure is comprised of two main modules. The first module is responsible of the three-dimensional image segmentation for the wetting front detection and its result is a very crucial step to analysis of the surface obtained. The second module compute features of the surface obtained to analysis based on morphological variability and maximal adsorption zones identification through the curvature. The image used in the experimental test were obtained using a tomograph of field specific to soil study, allowing the processing without changing of the soil structure. Our preliminary results are encouraging and indicate that our approach can describe the movement of water using information from the wetting front in three-dimensional space and time.

Ecocardiografia fetal é uma importante ferramenta para diagnóstico. Esta tese apresenta um método que provê localização automática de cavidades cardíacas em imagens ecocardiografias fetais, onde o diagnóstico de problemas congênitos do coração pode melhorar os resultados do tratamento. As estruturas de interesse são as quatro cavidades cardíacas (átrio direito, átrio esquerdo, ventrículo direito e ventrículo esquerdo). O método é baseado na busca por cavidades cardíacas através de uma molde de busca (template) para encontrar padrões de interesse. Este molde é calculado usando uma função densidade probabilidade que recebe como parâmetro os níveis de cinza de uma região representativa da cavidade, na imagem. Além disso, em alguns testes também foram utilizadas características espaciais da imagem para cálculo do molde de busca. Nesse sentido a busca é implementada de uma forma hierárquica: (i) primeiro, é localizada a região do coração; e (ii) em seguida, baseando na região do coração a cavidade de interesse á buscada. A comparação do molde de busca e as regiões de interesse na imagem é feita utilizando o Coeficiente de Bhattacharyya, o qual é analisado ao longo dos testes para justificar sua escolha. Uma das principais características do método é a invariância a rotação apresentada pelas estruturas. / Fetal echocardiography is an important tool for diagnosing. This thesis presents a method to provide automatic localization of cardiac cavities in fetal echocardiography images, where the early diagnostics of heart congenital diseases can greatly improve results from medical treatment. The structures of interest are the four cardiac cavities (left and right atrium, left and right ventricle). The method is based in the search of cardiac structures with a mold to find the pattern of interest. This mold is calculated using a probability density function that receives as parameter the gray level of a representative image and also uses spatial features of the images to calculate the mold. A hierarchical search is performed: (i) first, the region of interest is covered to locate the heart; and (ii) based on the position of the heart, the desired structure is found in the image. The comparison of the mold and the candidate image is made using the Bhattacharyya coefficient, which our experimental tests have shown good results. One of the main characteristics of the method is its rotation invariance.

O estudo das propriedades de transporte do meio poroso é um tema importante para muitas áreas como a Ciência do Solo, onde o conhecimento dos processos que envolvem o movimento da água é de fundamental importância para o manejo e a conservação do mesmo. Nas últimas décadas, as técnicas não-invasivas e o processamento de imagens têm ajudado muito na modelagem e visualização da estrutura do meio, e têm sido aplicadas no estudo da distribuição dos fluidos com diferentes abordagens. Nesse trabalho é apresentado um novo método para análise do movimento da água, baseado na descrição da estrutura tridimensional da frente de molhamento no processo de infiltração vertical na região não-saturada do solo, considerando que a frente de molhamento tem informação relevante sobre os primeiros estágios da infiltração na interface líquido-sólido. O método proposto para a descrição da estrutura tridimensional da frente de molhamento compõe-se de dois principais módulos. O primeiro é responsável pela segmentação de imagens tomográficas para a detecção da frente de molhamento e cujo resultado é crucial para a análise da superfície resultante. O segundo módulo efetua a determinação de descritores da superfície obtida baseada na computação da variabilidade morfológica e a identificação de zonas de máxima adsorção através da análise da curvatura. As imagens usadas nos experimentos foram obtidas usando um tomógrafo de campo específico para estudos de solos, permitindo o processamento sem alterar a estrutura do solo. Os resultados preliminares são encorajadores e indicam que a abordagem utilizada consegue descrever o movimento da água usando informação da frente de molhamento no espaço tridimensional e no tempo. / The study of the transport properties in porous media is an important issue for many areas such as soil science, where knowledge about processes that involve the movement of water in the soil has fundamental importance to soil management and soil conservation. In recent decades noninvasive techniques and image processing algorithms have been very helpful in modeling and visualization of the structure medium and have been applied to study of the distribution of fluid with different approaches. This work present a new method to analysis of the movement of water based on the description of the three-dimensional wetting front structure in vertical infiltration process in unsaturated soil, whereas the wetting front structure has relevant information in the earliest stages of infiltration in liquid-solid interface. The proposed method for the description of the three-dimensional wetting front structure is comprised of two main modules. The first module is responsible of the three-dimensional image segmentation for the wetting front detection and its result is a very crucial step to analysis of the surface obtained. The second module compute features of the surface obtained to analysis based on morphological variability and maximal adsorption zones identification through the curvature. The image used in the experimental test were obtained using a tomograph of field specific to soil study, allowing the processing without changing of the soil structure. Our preliminary results are encouraging and indicate that our approach can describe the movement of water using information from the wetting front in three-dimensional space and time.

Nosso trabalho apresenta um modelo de simulação de transtornos de pigmentação humana. Nosso modelo é formado por um conjunto de equações diferenciais que definem um sistema reação-difusão. Nosso sistema simula algumas características do sistema pigmentar humano. Alterações nesse sistema podem levar a desequilíbrios na distribuição de melanina na pele resultando em artefatos conhecidos como lesões de pigmentação. Nosso modelo tem como objetivo reproduzir essas alterações e assim sintetizar lesões de pigmentação humanas. Nosso sistema reação-difusão foi elaborado tomando como base dados biológicos a respeito da pele humana, do sistema pigmentar e do ciclo de vida dos melanócitos, que são as principais células envolvidas nesse tipo de transtorno. A simulação desse tipo de transtorno apresenta diversas aplicações em dermatologia como, por exemplo, suporte para o treinamento de dermatologistas e auxílio no diagnóstico de transtornos de pigmentação. No entanto, nosso trabalho se concentra em aplicações relacionadas com computação gráfica. Assim, nós também apresentamos um método para transferir os resultados do nosso modelo de simulação para texturas e imagens de pele humana. Nesse contexto, o nosso modelo contribui para a geração de texturas de pele mais realistas e consequentemente para a geração de modelos de serem humanos mais realistas. Além disso, nós também comparamos os resultados da nossa simulação com lesões de pigmentações reais objetivando avaliar a qualidade das lesões geradas pelo nosso modelo. Para realizar essa comparação nós extraímos métricas das lesões sintetizadas e das lesões reais e comparamos os valores dessas métricas. Com base nessa comparação, nós observamos que as lesões sintetizadas apresentam as mesmas características das lesões reais. Ainda, para efeito de comparações visuais, nós também apresentamos imagens de lesões reais lado a lado com imagens sintetizadas e podemos observar que o método utilizado para produzir imagens de lesões a partir do resultado do nosso modelo de simulação produz resultados que são indistinguíveis das imagens reais. / Our work presents a simulation model of human pigmentation disorders. Our model is formed by a set of differential equations that defines a reaction-diffusion system. Our system simulates some features of the human pigmentary system. Changes in this system can lead to imbalances in the distribution of melanin in the skin resulting in artifacts known as pigmented lesions. Our model aims to reproduce these changes and consequently synthesize human pigmented lesions. Our reaction-diffusion system was developed based on biological data regarding human skin, pigmentary system and melanocytes life cycle. The melanocytes are the main cells involved in this type of human skin disorders. The simulation of such disorders has many applications in dermatology, for example, to assist dermatologists in diagnosis and training related to pigmentation disorders. However, our study focuses on applications related to computer graphics. Thus, we also present a method to transfer the results of our simulation model for textures and images of human skin. In this context, our model contributes to the generation of more realistic skin textures and consequently for the generation of more realistic human models. Moreover, we also compared the results of our simulation with real pigmented lesions to evaluate the quality of the lesions generated by our model. To perform this comparison we measured some features of real and synthesized pigmented lesions and we compared the results of these measurements. Based on this comparison, we observed that synthesized lesions exhibit the same characteristics of real lesions. Still, for the purpose of visual comparisons, we also present images of real lesions along with images of synthesized lesions. In this visual comparison, we can note that the method used to produce lesions images from the results of our simulation generates images that are indistinguishable from real images.

Nosso trabalho apresenta um modelo de simulação de transtornos de pigmentação humana. Nosso modelo é formado por um conjunto de equações diferenciais que definem um sistema reação-difusão. Nosso sistema simula algumas características do sistema pigmentar humano. Alterações nesse sistema podem levar a desequilíbrios na distribuição de melanina na pele resultando em artefatos conhecidos como lesões de pigmentação. Nosso modelo tem como objetivo reproduzir essas alterações e assim sintetizar lesões de pigmentação humanas. Nosso sistema reação-difusão foi elaborado tomando como base dados biológicos a respeito da pele humana, do sistema pigmentar e do ciclo de vida dos melanócitos, que são as principais células envolvidas nesse tipo de transtorno. A simulação desse tipo de transtorno apresenta diversas aplicações em dermatologia como, por exemplo, suporte para o treinamento de dermatologistas e auxílio no diagnóstico de transtornos de pigmentação. No entanto, nosso trabalho se concentra em aplicações relacionadas com computação gráfica. Assim, nós também apresentamos um método para transferir os resultados do nosso modelo de simulação para texturas e imagens de pele humana. Nesse contexto, o nosso modelo contribui para a geração de texturas de pele mais realistas e consequentemente para a geração de modelos de serem humanos mais realistas. Além disso, nós também comparamos os resultados da nossa simulação com lesões de pigmentações reais objetivando avaliar a qualidade das lesões geradas pelo nosso modelo. Para realizar essa comparação nós extraímos métricas das lesões sintetizadas e das lesões reais e comparamos os valores dessas métricas. Com base nessa comparação, nós observamos que as lesões sintetizadas apresentam as mesmas características das lesões reais. Ainda, para efeito de comparações visuais, nós também apresentamos imagens de lesões reais lado a lado com imagens sintetizadas e podemos observar que o método utilizado para produzir imagens de lesões a partir do resultado do nosso modelo de simulação produz resultados que são indistinguíveis das imagens reais. / Our work presents a simulation model of human pigmentation disorders. Our model is formed by a set of differential equations that defines a reaction-diffusion system. Our system simulates some features of the human pigmentary system. Changes in this system can lead to imbalances in the distribution of melanin in the skin resulting in artifacts known as pigmented lesions. Our model aims to reproduce these changes and consequently synthesize human pigmented lesions. Our reaction-diffusion system was developed based on biological data regarding human skin, pigmentary system and melanocytes life cycle. The melanocytes are the main cells involved in this type of human skin disorders. The simulation of such disorders has many applications in dermatology, for example, to assist dermatologists in diagnosis and training related to pigmentation disorders. However, our study focuses on applications related to computer graphics. Thus, we also present a method to transfer the results of our simulation model for textures and images of human skin. In this context, our model contributes to the generation of more realistic skin textures and consequently for the generation of more realistic human models. Moreover, we also compared the results of our simulation with real pigmented lesions to evaluate the quality of the lesions generated by our model. To perform this comparison we measured some features of real and synthesized pigmented lesions and we compared the results of these measurements. Based on this comparison, we observed that synthesized lesions exhibit the same characteristics of real lesions. Still, for the purpose of visual comparisons, we also present images of real lesions along with images of synthesized lesions. In this visual comparison, we can note that the method used to produce lesions images from the results of our simulation generates images that are indistinguishable from real images.

Nosso trabalho apresenta um modelo de simulação de transtornos de pigmentação humana. Nosso modelo é formado por um conjunto de equações diferenciais que definem um sistema reação-difusão. Nosso sistema simula algumas características do sistema pigmentar humano. Alterações nesse sistema podem levar a desequilíbrios na distribuição de melanina na pele resultando em artefatos conhecidos como lesões de pigmentação. Nosso modelo tem como objetivo reproduzir essas alterações e assim sintetizar lesões de pigmentação humanas. Nosso sistema reação-difusão foi elaborado tomando como base dados biológicos a respeito da pele humana, do sistema pigmentar e do ciclo de vida dos melanócitos, que são as principais células envolvidas nesse tipo de transtorno. A simulação desse tipo de transtorno apresenta diversas aplicações em dermatologia como, por exemplo, suporte para o treinamento de dermatologistas e auxílio no diagnóstico de transtornos de pigmentação. No entanto, nosso trabalho se concentra em aplicações relacionadas com computação gráfica. Assim, nós também apresentamos um método para transferir os resultados do nosso modelo de simulação para texturas e imagens de pele humana. Nesse contexto, o nosso modelo contribui para a geração de texturas de pele mais realistas e consequentemente para a geração de modelos de serem humanos mais realistas. Além disso, nós também comparamos os resultados da nossa simulação com lesões de pigmentações reais objetivando avaliar a qualidade das lesões geradas pelo nosso modelo. Para realizar essa comparação nós extraímos métricas das lesões sintetizadas e das lesões reais e comparamos os valores dessas métricas. Com base nessa comparação, nós observamos que as lesões sintetizadas apresentam as mesmas características das lesões reais. Ainda, para efeito de comparações visuais, nós também apresentamos imagens de lesões reais lado a lado com imagens sintetizadas e podemos observar que o método utilizado para produzir imagens de lesões a partir do resultado do nosso modelo de simulação produz resultados que são indistinguíveis das imagens reais. / Our work presents a simulation model of human pigmentation disorders. Our model is formed by a set of differential equations that defines a reaction-diffusion system. Our system simulates some features of the human pigmentary system. Changes in this system can lead to imbalances in the distribution of melanin in the skin resulting in artifacts known as pigmented lesions. Our model aims to reproduce these changes and consequently synthesize human pigmented lesions. Our reaction-diffusion system was developed based on biological data regarding human skin, pigmentary system and melanocytes life cycle. The melanocytes are the main cells involved in this type of human skin disorders. The simulation of such disorders has many applications in dermatology, for example, to assist dermatologists in diagnosis and training related to pigmentation disorders. However, our study focuses on applications related to computer graphics. Thus, we also present a method to transfer the results of our simulation model for textures and images of human skin. In this context, our model contributes to the generation of more realistic skin textures and consequently for the generation of more realistic human models. Moreover, we also compared the results of our simulation with real pigmented lesions to evaluate the quality of the lesions generated by our model. To perform this comparison we measured some features of real and synthesized pigmented lesions and we compared the results of these measurements. Based on this comparison, we observed that synthesized lesions exhibit the same characteristics of real lesions. Still, for the purpose of visual comparisons, we also present images of real lesions along with images of synthesized lesions. In this visual comparison, we can note that the method used to produce lesions images from the results of our simulation generates images that are indistinguishable from real images.