[pt] A reconstrução de curvas e superfícies a partir de pontos esparsos é um problema que tem recebido bastante atenção ultimamente. A não-estruturação dos pontos (ou seja, desconhecimento das relações de vizinhança e proximidade) e a presença de ruído são dois fatores que tornam este problema complexo. Para resolver este problema, várias técnicas podem ser utilizadas, como triangulação de Delaunay, reconstrução de iso-superfícies através de Marching Cubes e algoritmos baseados em avanço de fronteira. O algoritmo proposto consiste de quatro etapas principais: a primeira etapa é a clusterização dos pontos de amostragem de acordo com sua localização espacial. A clusterização fornece uma estrutura espacial para os pontos, e consiste em dividir o espaço em células retangulares de mesma dimensão, classificando as células em cheias (caso possuam pontos de amostragem em seu interior) ou vazias (caso não possuam pontos de amostragem em seu interior). A estrutura de dados gerada nesta etapa permite também obter o conjunto dos pontos de amostragem de cada uma das células. A segunda etapa é o processamento dos pontos através de projeções MLS. A etapa de pré- processameno visa reduzir ruído dos pontos de amostragem, bem como adequar a densidade de pontos ao nível de detalhe esperado, adicionando ou removendo pontos do conjunto inicial. A terceira etapa parte do conjunto das células que possuem pontos de amostragem em seu interior (células cheias) e faz a esqueletonização deste conjunto de células, obtendo, assim, uma aproximação digital para a curva a ser reconstruída. Este esqueleto é encontrado através do afinamento topológico das células que possuem pontos. A implementação do algoritmo de afinamento é feita de modo que o número de pontos em cada célula seja levado em consideração, removendo primeiro sempre as células com menor número de pontos. Na quarta etapa, a reconstrução da curva é finalmente realizada. Para tal, parte-se do esqueleto obtido na terceira etapa e constrói-se uma curva linear por partes, onde cada vértice é obtido a partir da projeção MLS do ponto médio de cada célula do esqueleto. / [en] Curve and surface reconstruction from sparse data has been recognized as an important problem in computer graphics. Non structured data points (i.e., a set of points with no knowledge of connectivity and proximity) together with the existence of noise make this problem quite difficult. In order to solve it, several techniques have been proposed, such as, some of them are based on Delaunay triangulation, other are based on implicit surface reconstruction or on the advancing front techniques. Our algorithm consists basically in four steps. In the first step, a clustering procedure is performed in order to group the sample points according to their spatial location. This procedure obtains an spatial structure for the points by subdividing uniformly the plane in rectangular cells, and classifying them into two categories: empty (when the cell contains no point inside) or not empty (otherwise). At this stage, a data structure is built in such way that it is possible to query the set of sample points that belong to a given rectangular cell. The second step processes the point through the Moving Least Squares method. Its objective is not only to reduce the noise on the data, but also to adapt the number of point to the desired level, by adding or removing points from the initial set. The third step builds the skeleton of the set of cells that have sample point on its interior. Such skeleton is in fact a digital approximation for the curve that will be reconstructed. It is obtained by the use of a topological thinning algorithm, and its implementation is done in such a way that the number of points in each cell is considered, for example, the cells with less number of points are not considered for the thinning. In the last step, the curve is finally reconstructed To do so, the skeleton obtained in the third step is used to construct a piecewise-linear approximation for the curve, where each vertex is obtained from the MLS projection on the middle point of the skeleton rectangular cell.

The fingerprints are lines present on fingers of each human and they are unique, in other words, there are not two people with the same distribution of lines on their fingers. For this reason, it has been used for identification of people for many purposes, such as to check the entrancy and exit of workers in a company, the identify criminals and to restrict the access of people to restrict areas of extreme security. The proposal of this work is to improve the characteristic extraction algorithm of fingerprint developed by Jain and others. The goal of this work is to accelerate the processing time in orientation field estimation, in order to get a better quality of images, resulting of binarization process and to decrease the number of spurious minutiae on the images. The time processing of orientation field estimation improved in these work uses the commutative propriety is smaller than the same estimation wich does not use this propriety in 90%. The method of ridges extration developed in this work uses the DDA algorithm, and results in better quality images. Due to this improviment got in binarization process and the ridges break removing, the detection minutiae algorithm implemented in this work find a small quantity of spurious minutae present in the fingerprint images. / As impressões digitais são as linhas presentes nos dedos de cada ser humano e essas são únicas para cada um, ou seja, não existem duas pessoas que possuem a mesma forma com que as linhas da impressão se dispõem em seus dedos. Por esse motivo é que ela vem sendo utilizada para a identificação de pessoas para várias finalidades, como por exemplo, o controle de ponto dos funcionários de uma empresa, a identificação de um criminoso e o acesso de pessoas a áreas restritas de extrema segurança. A proposta deste trabalho é obter melhoramentos no algoritmo de extração de características de impressões digitais desenvolvido por Jain e outros [1]. Os objetivos desta dissertação são: melhorar o tempo de processamento no cálculo da orientação de campo, obter uma melhor qualidade das imagens resultantes no processo de binarização e diminuir o número de minúcias espúrias nessas imagens. O cálculo da orientação de campo aperfeiçoado neste trabalho utiliza a propriedade da comutação e resultou em uma redução no tempo de processamento em torno de 90% em relação ao mesmo cálculo que não utiliza essa propriedade. O método de extração das saliências desenvolvido nesta dissertação utiliza o algoritmo DDA, e resulta em imagens de melhor qualidade. Devido a esse melhoramento obtido no processo de binarização e a remoção de falhas nas saliências, o algoritmo de detecção de minúcias implementado neste trabalho encontra uma menor quantidade de minúcias espúrias presentes nas imagens de impressão digital. / Mestre em Ciências

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-04-24T14:27:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE__DIOGO_CAVALCANTI_COSTA.pdf: 8696014 bytes, checksum: 6ecb7de16968f61db789940caeae149e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T14:27:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE__DIOGO_CAVALCANTI_COSTA.pdf: 8696014 bytes, checksum: 6ecb7de16968f61db789940caeae149e (MD5) Previous issue date: 2015-03-02 / CNPQ / Desde os anos 1960, foram criadas inúmeras técnicas para segmentação de imagens, contudo poucas se aproximam do nível de desempenho humano, sendo essas computacionalmente custosas e inadequadas para aplicação em tempo real. Portanto, nesta tese é apresentada uma técnica de segmentação de baixo custo computacional, baseada em descontinuidades e em multirresolução, voltada à detecção de contornos de objetos em imagens naturais – fotografias do mundo real. A estrutura da técnica proposta é dividida em cinco etapas. Na primeira, atributos de cor e foco são realçados na imagem de entrada. O mapeamento de cor realça as diferenças de cor entre os canais RGB e propicia a detecção de bordas entre os canais de cor por operadores de gradiente. Dois modelos de cor de diferença cromática, RhGhBh e LgC, são propostos para esse fim. Também é proposta a transformada de decomposição de cor que segmenta a escala de cor RGB em canais independentes, isolando as cores aditivas e subtrativas, e os tons de cinza. Assim, é possível mensurar a variação local de cada cor para criar um mapeamento das regiões em foco. Na segunda etapa, uma filtragem morfológica para supressão de texturas suaviza as mudanças abruptas de cor no interior das mesmas, possibilitando a identificação de seus contornos e diminuindo a falsa identificação de bordas internas. Na terceira etapa, oito máscaras orientadas, batizadas de máscaras de detecção de contornos, são usadas para calcular o gradiente local, realçando os contornos dos objetos em detrimento de suas bordas internas. Na quarta etapa, um afinamento em tons de cinza é realizado por meio de um empilhamento topológico das bordas erodidas e suavizadas, no qual os pixels de bordas maximamente centralizados são isolados e afinados morfologicamente. Por fim, na quinta etapa, a intensidade das bordas é corrigida função do gradiente local e da densidade local das bordas, realçando os contornos dos objetos. Comparações com técnicas de segmentação recentes e clássicas são conduzidas com auxílio do Berkeley Segmentation Dataset and Benchmark. Os resultados obtidos posicionam a técnica proposta em quinto lugar no Benchmark, com tempo de processamento inferior a 0,5% do tempo das técnicas melhor classificadas, sendo adequada para uso em tempo real. / Since the 1960’s, numerous image segmentation techniques were developed, however only a few approach human level segmentation, being computationally costly and inadequate to real time applications. Therefore, this Thesis presents a low computational cost multi-resolution and edge-based image segmentation technique for objects’ contour detection in natural images – real world scenes photographs. The proposed technique’s framework is divided into five steps. First, color and focus features are mapped from the input image. The color mapping enhances the color differences between RGB channels, allowing the inter-channel colors edge detection by gradient operators. Two chromatic difference color models are proposed, RhGhBh and LgC. The color decomposition transform is also proposed, which is able to segment the RGB color scale in independent channels, isolating the additive and subtractive colors, and the shades of gray. The transform allows the measurement of the local variation within each color, thus, producing the image´s focus map. In the second step, a morphological texture suppression filtering smoothes abrupt color changes inside textures, allowing textures’ outer edges detection and decreasing the false identification of texture inner edges as objects’ contours. In the third step, eight oriented masks, called contour detection masks, are used to calculate the local gradient, enhancing the objects’ contours over their inner edges. In the fourth step, a grayscale thinning is performed through a topological stacking of eroded and smoothed edges, where the maximally centered edge pixels are isolated and morphologically thinned. Finally, in the fifth step, the edges’ intensities are corrected to reflect the local gradient and the local edges’ density, allowing better identification of objects’ contours. Comparisons with recent and classic segmentation techniques are conducted by the Berkeley Segmentation Dataset and Benchmark. The results rank the proposed segmentation in fith position in the Benchmark, with a processing time below 0.5% of the better ranked techniques, being suitable for real-time applications.

Nós usamos tomografia sísmica de tempo de percurso para estudar o manto superior sob as regiões Sudeste e Centro-Oeste do Brasil. Este método baseia-se na inversão de resíduos relativos de tempo para as ondas P e S (VanDecar, 1991), que foram obtidos para mais de 80 estações em uma área de 20 x 20 graus. Mais de 11000 e 8000 resíduos de tempo foram obtidos para as ondas P (P direta e PKPdf) e S (S direta, ScS, SKS e SKKS), respectivamente, utilizando correlação cruzada de forma de ondas para até 12 estações operando simultaneamente. Para avaliar a robustez dos resultados com respeito aos dados, nós utilizamos o método estatístico de re-amostragem Jackknife, o qual inerentemente leva em conta a altamente variável cobertura dos raios e os erros das medidas, e pode fornecer limites de confiança para as anomalias. Inversões regionais foram realizadas para estudar a influência da parametrização nas anomalias sísmicas. Nossos resultados mostraram boa correlação das anomalias sísmicas com as principais estruturas tectônicas e revelaram novas anomalias que ainda não haviam sido observadas nos trabalhos anteriores. Anomalias de alta velocidade na porção oeste do Cráton do São Francisco apóiam a hipótese de que este cráton foi parte de uma placa Neoproterozóica maior. Anomalias de baixa velocidade sob a Província Tocantins (principalmente nas faixas móveis entre os Crátons Amazônico e do São Francisco) foram interpretadas como causadas por afinamento litosférico, consistente com a boa correlação entre a sismicidade intraplaca e as anomalias de baixa velocidade nesta região (Assumpção et al., 2004b). A melhora na resolução da anomalia de alta velocidade sob a Bacia do Paraná (~200 km) permitiu uma discussão sobre a geometria do núcleo cratônico desta Bacia. A subducção da Placa de Nazca foi observada como uma anomalia de alta velocidade sob a Bacia do Paraná (profundidades entre 700 e 1200 km). Nestas profundidades, uma grande anomalia de baixa velocidade aparece próxima da Placa de Nazca. Testes sintéticos mostraram que esta anomalia é um artefato da inversão gerado pela presença da Placa de Nazca. / We used travel time seismic tomography to study the upper mantle beneath SE and Central Brazil. This method is based on the inversion of P- and S-wave relative travel time residuals (VanDecar, 1991) obtained from more than 80 stations in an area of 20 x 20 degrees. More than 11000 P and PKP residuals, and more than 8000 S, ScS, SKS, and SKKS residuals were obtained from waveform cross-correlations for up to 12 simultaneous stations. To evaluate the robustness of the tomographic results with respect to the data, we use the Jackknife re-sampling method, which inherently take into account the highly variable ray coverage and measurement errors, and can provide confidence limits for the anomalies. Regional inversions were carried out to study influence of the parameterization on the seismic anomalies. Our results show correlations of seismic anomalies with the main tectonic structures and reveal new anomalies not yet observed in previous works. High velocity anomalies in the western portion of the São Francisco Craton support the hypothesis that this craton was part of a major Neoproterozoic plate. Low velocity anomalies beneath the Tocantins Province (mainly fold belts between the Amazon and São Francisco cratons) are interpreted as due to lithospheric thinning, consistent with a good correlation between intraplate seismicity and low velocity anomalies in this region (Assumpção et al., 2004b). The resolution improvement of the high velocity anomalies beneath the Parana Basin (at ~200 km) allows a discussion about the geometry of the cratonic nucleous of this Basin. The slab of the Nazca Plate is observed as a high velocity anomaly beneath the Parana basin (at 700-1200 km depth). At these depths, large low velocity anomaly appears next to the slab. Synthetic tests show that these anomalies are an artifact of the inversion generated by the presence of the slab.

Nós usamos tomografia sísmica de tempo de percurso para estudar o manto superior sob as regiões Sudeste e Centro-Oeste do Brasil. Este método baseia-se na inversão de resíduos relativos de tempo para as ondas P e S (VanDecar, 1991), que foram obtidos para mais de 80 estações em uma área de 20 x 20 graus. Mais de 11000 e 8000 resíduos de tempo foram obtidos para as ondas P (P direta e PKPdf) e S (S direta, ScS, SKS e SKKS), respectivamente, utilizando correlação cruzada de forma de ondas para até 12 estações operando simultaneamente. Para avaliar a robustez dos resultados com respeito aos dados, nós utilizamos o método estatístico de re-amostragem Jackknife, o qual inerentemente leva em conta a altamente variável cobertura dos raios e os erros das medidas, e pode fornecer limites de confiança para as anomalias. Inversões regionais foram realizadas para estudar a influência da parametrização nas anomalias sísmicas. Nossos resultados mostraram boa correlação das anomalias sísmicas com as principais estruturas tectônicas e revelaram novas anomalias que ainda não haviam sido observadas nos trabalhos anteriores. Anomalias de alta velocidade na porção oeste do Cráton do São Francisco apóiam a hipótese de que este cráton foi parte de uma placa Neoproterozóica maior. Anomalias de baixa velocidade sob a Província Tocantins (principalmente nas faixas móveis entre os Crátons Amazônico e do São Francisco) foram interpretadas como causadas por afinamento litosférico, consistente com a boa correlação entre a sismicidade intraplaca e as anomalias de baixa velocidade nesta região (Assumpção et al., 2004b). A melhora na resolução da anomalia de alta velocidade sob a Bacia do Paraná (~200 km) permitiu uma discussão sobre a geometria do núcleo cratônico desta Bacia. A subducção da Placa de Nazca foi observada como uma anomalia de alta velocidade sob a Bacia do Paraná (profundidades entre 700 e 1200 km). Nestas profundidades, uma grande anomalia de baixa velocidade aparece próxima da Placa de Nazca. Testes sintéticos mostraram que esta anomalia é um artefato da inversão gerado pela presença da Placa de Nazca. / We used travel time seismic tomography to study the upper mantle beneath SE and Central Brazil. This method is based on the inversion of P- and S-wave relative travel time residuals (VanDecar, 1991) obtained from more than 80 stations in an area of 20 x 20 degrees. More than 11000 P and PKP residuals, and more than 8000 S, ScS, SKS, and SKKS residuals were obtained from waveform cross-correlations for up to 12 simultaneous stations. To evaluate the robustness of the tomographic results with respect to the data, we use the Jackknife re-sampling method, which inherently take into account the highly variable ray coverage and measurement errors, and can provide confidence limits for the anomalies. Regional inversions were carried out to study influence of the parameterization on the seismic anomalies. Our results show correlations of seismic anomalies with the main tectonic structures and reveal new anomalies not yet observed in previous works. High velocity anomalies in the western portion of the São Francisco Craton support the hypothesis that this craton was part of a major Neoproterozoic plate. Low velocity anomalies beneath the Tocantins Province (mainly fold belts between the Amazon and São Francisco cratons) are interpreted as due to lithospheric thinning, consistent with a good correlation between intraplate seismicity and low velocity anomalies in this region (Assumpção et al., 2004b). The resolution improvement of the high velocity anomalies beneath the Parana Basin (at ~200 km) allows a discussion about the geometry of the cratonic nucleous of this Basin. The slab of the Nazca Plate is observed as a high velocity anomaly beneath the Parana basin (at 700-1200 km depth). At these depths, large low velocity anomaly appears next to the slab. Synthetic tests show that these anomalies are an artifact of the inversion generated by the presence of the slab.