Este trabalho buscou apresentar uma experiência fotográfica vivenciada pelo autor desta dissertação que fosse conduzida pela teoria da cor. Foi assumido que a fotografia colorida é uma construção dupla, no sentido de que tanto a fotografia como a cor não são neutras. Para embasar esse pressuposto, introduzimos elementos da teoria da fotografia que refutam o automatismo do aparelho fotográfico e trouxemos conceitos da teoria da cor que definem a percepção cromática como um fenômeno que envolve o entendimento dos aspectos físicos, fisiológicos e culturais da cor. Ainda no capítulo da cor, apresentamos a harmonia cromática e sua principal ferramenta, os esquemas de combinações de cores. Tais esquemas conduziram a realização de um conjunto de fotografias do qual foram selecionadas quinze imagens para compor esta dissertação. Finalmente, tecemos comentários sobre a presença da cor em sete das quinze fotografias realizadas para esta pesquisa. / This study aimed to provide a photographic essay experienced by the author of this dissertation and driven by the theory of color. It was assumed that the color photograph is a double construction in the sense that both the photo and color are not neutral. To support this assumption, we introduced elements of the theory of photography that refute the automatic photographic apparatus and brought concepts of color theory that define the color perception as a phenomenon that involves understanding the physical, physiological and cultural features of color. In the chapter on color, we stil present the chromatic harmony, and its main tool, the schemes of color combinations. Such schemes have led to collect a set of photographs which were selected fifteen images to compose this dissertation. Finally, we comment on the presence of color in seven of fifteen photographs takenfor this research.

Dentre as várias abordagens consagradas para análise de desempenho de algoritmos em termos de tempo de execução, destacam-se, por exemplo, a análise assintótica, as técnicas de recorrências e a análise probabilística. Entretanto, há algoritmos que apresentam certas peculiaridades que tornam o uso dessas técnicas puramente matemáticas de avaliação de desempenho inadequadas ou excessivamente árduas. É o caso, por exemplo, de algoritmos cujo tempo de execução pode variar significativamente para um mesmo dado de entrada em função da dinâmica de execução. O mesmo acontece no caso de algoritmos distribuídos em que, dependendo da complexidade da política de distribuição utilizada, a avaliação por meio de métodos analíticos do efeito de um gradual incremento de processadores no seu tempo de execução pode tornar-se impraticável. Em situações como essas, a fim de evitar a alta complexidade matemática envolvida na análise de desempenho desses algoritmos, algumas alternativas baseadas em métodos empíricos ou em modelagem visual vêm sendo adotada pelos pesquisadores. Contudo, ambas alternativas apresentam inconvenientes: no caso dos métodos empíricos, eles requerem a implementação dos algoritmos analisados, o que tem um efeito perverso particularmente no caso dos algoritmos distribuídos, uma vez que eles demandam a aquisição prévia de recursos de hardware dispendiosos de multi-processamento antes mesmo de saber se a proposta de distribuição investigada, de fato, vale a pena. Já as abordagens baseadas em modelos visuais atualmente utilizadas (baseadas em grafos, autômatos e Unified Modeling Language - UML) não contam com os recursos dinâmicos necessários para lidar com a avaliação do tempo de execução dos algoritmos. Neste cenário, o presente trabalho propõe uma abordagem visual formal para avaliar o tempo de execução de algoritmos baseada em simulações automáticas de modelos de Redes de Petri Coloridas Hierárquicas (RdPCH) no ambiente gráfico CPN Tools. A abordagem proposta é validada por meio de cálculo dos seguintes parâmetros associados aos algoritmos usados como estudo de caso: a função de complexidade, o tempo de execução real e, no caso dos algoritmos distribuídos, o speedup e a eficiência. Foram usados como estudos de caso os seguintes três relevantes algoritmos de busca usados nos agentes da Inteligência Artificial com a finalidade de definir as ações mais apropriadas que tais agentes devem executar de modo a cumprir seu objetivo, com êxito, em um ambiente em que um oponente tenta minimizar suas chances de sucesso: os algoritmos seriais Minimax e Alpha-Beta; e o algoritmo distribuído PVS. Os resultados obtidos confirmam a correção da abordagem proposta. / Among the various approaches established for analyzing the performance of algorithms in terms of runtime, one can highlight as examples, the asymptotic analysis, recurrence techniques, and probabilistic analysis. However, there are algorithms that present certain peculiarities, which make the use of these purely mathematical performance evaluation techniques inadequate or excessively difficult. This is the case of algorithms for which the runtime varies significantly for the same input data, due to its execution dynamics. The same happens in the case of distributed algorithms, where depending on the complexity of the distribution policy being used, the evaluation by means of analytical methods concerning the effect of a gradual increase in processors on runtime can become impractical. In situations such as these, in order to avoid the high mathematical complexity involved in the performance analysis, researchers have adopted alternatives based on empirical methods or visual modeling. However, both alternatives have drawbacks: in the case of empirical methods, they require the implementation of analyzed algorithms, which has a perverse effect especially in the case of distributed algorithms. This occurs, as they demand the acquisition beforehand of expensive multiprocessing hardware resources before knowing if the distribution proposal under investigation is in fact viable. On the other hand, those approaches based on visual models currently under use (based on graphs, automata and Unified Modeling Language) one notes that does not contain the necessary dynamic resources for dealing with the runtime evaluation of algorithms. In this scenario, the present study proposes a formal visual approach, in order to evaluate the algorithm runtime based on automatic simulations of Hierarchical Colored Petri Net models in the CPN Tools graphic environment. The proposed approach is validated through the calculation of the following parameters associated with the algorithms being used as a case study: the complexity function, real runtime, and in the case of distributed algorithms, speedup and efficiency. The cases studies were based on three relevant search algorithms used in the agents of the Artificial Intelligence, with the aim of defining the most appropriate actions that these agents need to execute in order to fulfil their objective, in an environment where the opponent tries to minimize their chances of success. The algorithms under consideration were the serial algorithms Minimax and Alpha-Beta; and the PVS distributed algorithm. The obtained results confirm the correction of the proposed approach. / Tese (Doutorado)

A análise da retina permite o diagnostico de muitas patologias relacionadas ao olho humano. A qualidade da imagem e um fator importante já que o médico normalmente examina os pequenos vasos da retina e a sua coloração. O equipamento normalmente utilizado para a visualização da retina e o retinógrafo digital, que utiliza sensor colorido com filtro de Bayer e luz (flash) branca. No entanto, esse filtro causa perda na resolução espacial, uma vez que e necessário um processo de interpolação matemática para a formação da imagem. Com o objetivo de melhorar a qualidade da imagem da retina, um retinógrafo com câmera CCD monocromática de alta resolução foi desenvolvido. Nele, as imagens coloridas são geradas pela combinação dos canais monocromáticos R (vermelho), G (verde) e B (azul), adquiridos com o chaveamento da iluminação do olho com LED vermelho, verde e azul, respectivamente. Entretanto, o pequeno período entre os flashes pode causar desalinhamento entre os canais devido a pequenos movimentos do olho. Assim, este trabalho apresenta uma técnica de registro de imagens, baseado em correlação de fase no domínio da frequência, para realizar precisamente o alinhamento dos canais RGB no processo de geração de imagens coloridas da retina. A validação do método foi realizada com um olho mecânico (phantom) para a geração de 50 imagens desalinhadas que foram corrigidas pelo método proposto e comparadas com as imagens alinhadas obtidas como referência (ground-truth). Os resultados mostraram que retinógrafo com câmera monocromática e o método de registro proposto nesse trabalho podem produzir imagens coloridas da retina com alta resolução espacial, sem a perda de qualidade intrínseca às câmeras CCD coloridas que utilizam o filtro de Bayer. / The analysis of retina allows the diagnostics of several pathologies related to the human eye. Image quality is an important factor since the physician often examines the small vessels of the retina and its color. The device usually used to observe the retina is the fundus camera, which uses color sensor with Bayer filter and white light. However, this filter causes loss of spatial resolution, since it is necessary a mathematical interpolation process to create the final image. Aiming at improving the retina image quality, a fundus camera with monochromatic CCD camera was developed. In this device, color images are generated by combining the monochromatic channels R (red), G (green) and B (blue), which were acquired by switching the eye illumination with red, green and blue light, respectively. However, the short period between the flashes may cause misalignment among the channels because of the small movements of the eye. Thus, this work presents an image registration technique based on phase correlation in the frequency domain, for accurately aligning the RGB channels on the process of generating retina color images. Validation of the method was performed by using a mechanical eye (phantom) for generating 50 misaligned images, which were aligned by the proposed method and compared to the aligned images obtained as references (ground-truth). Results showed that the fundus camera with monochromatic camera and the method proposed in this work can produce high spatial resolution images without the loss of quality intrinsic to color CCD cameras that uses Bayer filter.

Este trabalho foi motivado pela necessidade de considerar comportamento estocástico durante o planejamento da produção de sistemas de manufatura, ou seja, o que produzir e em que ordem. Estes sistemas possuem um comportamento estocástico geralmente não considerado no planejamento da produção. O principal objetivo deste trabalho foi obter um método que modelasse sistemas de manufatura e representasse seu comportamento estocástico durante o planejamento de produção destes sistemas. Como os métodos que eram ideais para planejamento não forneciam a modelagem adequada dos sistemas, e os com modelagem adequada não forneciam a capacidade de planejamento necessária, decidiu-se combinar dois métodos para atingir o objetivo desejado. Decidiu-se modelar os sistemas em rede de Petri e convertê-los em processos de decisão markovianos, e então realizar o planejamento com o ultimo. Para que fosse possível modelar as probabilidades envolvidas nos processos, foi proposto um tipo especial de rede de Petri, nomeada rede de Petri fatorada. Utilizando este tipo de rede de Petri, foi desenvolvido o método de conversão em processos de decisão markovianos. A conversão ocorreu com sucesso, conforme testes que mostraram que planos podem ser produzidos utilizando-se algoritmos de ponta para processos de decisão markovianos. / The present work was motivated by the need to consider stochastic behavior when planning the production mix in a manufacturing system. These systems are exposed to stochastic behavior that is usually not considered during production planning. The main goal of this work was to obtain a method to model manufacturing systems and to represent their stochastic behavior when planning the production for these systems. Because the methods that were suitable for planning were not adequate for modeling the systems and vice-versa, two methods were combined to achieve the main goal. It was decided to model the systems in Petri nets and to convert them into Markov decision processes, to do the planning with the latter. In order to represent probabilities in the process, a special type of Petri nets, named Factored Petri nets, were proposed. Using this kind of Petri nets, a conversion method into Markov decision processes was developed. The conversion is successful as tests showed that plans can be produced within seconds using state-of-art algorithms for Markov decision processes.

Este trabalho foi motivado pela necessidade de considerar comportamento estocástico durante o planejamento da produção de sistemas de manufatura, ou seja, o que produzir e em que ordem. Estes sistemas possuem um comportamento estocástico geralmente não considerado no planejamento da produção. O principal objetivo deste trabalho foi obter um método que modelasse sistemas de manufatura e representasse seu comportamento estocástico durante o planejamento de produção destes sistemas. Como os métodos que eram ideais para planejamento não forneciam a modelagem adequada dos sistemas, e os com modelagem adequada não forneciam a capacidade de planejamento necessária, decidiu-se combinar dois métodos para atingir o objetivo desejado. Decidiu-se modelar os sistemas em rede de Petri e convertê-los em processos de decisão markovianos, e então realizar o planejamento com o ultimo. Para que fosse possível modelar as probabilidades envolvidas nos processos, foi proposto um tipo especial de rede de Petri, nomeada rede de Petri fatorada. Utilizando este tipo de rede de Petri, foi desenvolvido o método de conversão em processos de decisão markovianos. A conversão ocorreu com sucesso, conforme testes que mostraram que planos podem ser produzidos utilizando-se algoritmos de ponta para processos de decisão markovianos. / The present work was motivated by the need to consider stochastic behavior when planning the production mix in a manufacturing system. These systems are exposed to stochastic behavior that is usually not considered during production planning. The main goal of this work was to obtain a method to model manufacturing systems and to represent their stochastic behavior when planning the production for these systems. Because the methods that were suitable for planning were not adequate for modeling the systems and vice-versa, two methods were combined to achieve the main goal. It was decided to model the systems in Petri nets and to convert them into Markov decision processes, to do the planning with the latter. In order to represent probabilities in the process, a special type of Petri nets, named Factored Petri nets, were proposed. Using this kind of Petri nets, a conversion method into Markov decision processes was developed. The conversion is successful as tests showed that plans can be produced within seconds using state-of-art algorithms for Markov decision processes.

Submitted by SARAH CRISTINA ARAUJO MARTINS null (sarahca.martins@gmail.com) on 2017-08-27T12:54:53Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_MartinsSarah.pdf: 3974138 bytes, checksum: 73a1c2c28d4a0cbbde72b9e8a49211ce (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-08-29T17:18:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 martins_sca_me_prud.pdf: 3974138 bytes, checksum: 73a1c2c28d4a0cbbde72b9e8a49211ce (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T17:18:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 martins_sca_me_prud.pdf: 3974138 bytes, checksum: 73a1c2c28d4a0cbbde72b9e8a49211ce (MD5) Previous issue date: 2017-08-03 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A matéria orgânica dissolvida (DOM) é a componente da água que pode ser usada como indicativo de sua qualidade, pois possui duas fontes: uma alóctone, relacionada com descargas de material terrestre, estando vinculada aos ácidos húmicos, e outra autóctone, associada às descargas fluviais ou produção própria do corpo hídrico estudado, estando relacionada aos ácidos fúlvicos. A matéria orgânica dissolvida colorida (CDOM) é a fração colorida da DOM, que pode ser usada como proxy para a observação desta última em águas interiores. O reservatório hidrelétrico de Funil (FHR) foi o corpo hídrico escolhido como área de estudo deste trabalho. Neste contexto, o objetivo geral desta pesquisa foi identificar e avaliar as mudanças no coeficiente de absorção da CDOM (aCDOM) na superfície da água ao longo do tempo (1995 – 2010), bem como entender a sua relação com mudanças no uso e cobertura da terra (LULC) na bacia de contribuição do FHR. Para alcançar tal objetivo foram realizados: (i) o mapeamento histórico de LULC (1995 – 2010, com 5 anos de intervalo) para detecção de mudanças; (ii) o estudo de um conjunto de modelos bio-ópticos baseados na literatura, bem como de um novo modelo empírico desenvolvido para estimar aCDOM via reflectância simulada (Rrs_simulated) para o sensor Thematic Mapper (TM); (iii) a distribuição espaço-temporal do aCDOM por meio da aplicação de um modelo bio-óptico em imagens TM/Landsat-5 de 1995 a 2010, e (iv) a análise das fontes possíveis de CDOM/DOM , assim como do comportamento/distribuição do aCDOM no FHR ao longo do tempo. Assim, o primeiro estudo desenvolvido nesta pesquisa foi o da parametrização do algoritmo maquinas de vetores de suporte (SVM) de acordo com as características da área de estudo para classificação supervisionada de LULC na bacia de contribuição do FHR. A detecção de mudança da classificação obtida para LULC demonstrou que a parametrização proposta para o SVM tornou o algoritmo capaz de diferenciar classes grandes e contínuas, classes estreitas e alongadas, além de áreas não contínuas e pequenas localizadas dentro de outra classe maior. A classificação obtida para o SVM apresentou boa avaliação estatística, com acurácia geral entre 86% e 96% para toda a série temporal, acurácia do produtor de 90%, acurácia do usuário maior do que 86% e índice Kappa entre 86% e 91%. Ainda, foi observado que o LULC desenvolvido na área de estudo se manteve relativamente estável ao longo da série histórica analisada. O segundo estudo realizado proporcionou o desenvolvimento de um modelo empírico em um comprimento de onda (485 nm) e uma razão de bandas (B4/B1) alternativos para estimativa de aCDOM via Rra_simulated para o TM/Landsat-5 (RMSE = 7%, Nash = 0.91). Este modelo também pôde identificar mesmo pequenas variações nos valores de reflectância via dados orbitais, assim como pode diferenciar variações sutis no aCDOM. Ainda, foram identificados dois padrões de comportamento da CDOM para o FHR: um associado ao LULC e à ocorrência de chuva/lixiviação, bem como outro relacionado à Clorofila-a (Chl-a) em situações de floração de algas. Os referidos estudos que compõe esta pesquisa foram padronizados como artigos científicos para a confecção deste documento. O primeiro estudo, sobre a parametrização do SVM, foi publicado na revista Modelling Earth Systems Environment – Springer (DOI 10.1007/s40808-016-0190-y). O segundo estudo, sobre a distribuição histórica do aCDOM está na etapa de revisão para futura submissão. / The dissolved organic matter (DOM) is a water compound related to water quality, since it has two sources: one allochthonous, related to terrestrial discharges that can be linked to humic acids, and another autochthonous, associated with river input and itself production, so related to or fulvic acids. The colored dissolved organic carbon (CDOM) is the colored fraction of DOM that could be used as a proxy for its occurrence in inland waters. The Funil hydroelectric reservoir (FHR) was chosen as the study site for this work. In this context, the general aim of this research was to identify and to evaluate the changes in CDOM absorption coefficient (aCDOM) at the water surface over time (1995 – 2010), and to understand its relationship with land cover land use (LULC) changes in FHR watershed. For match this goal, (i) a LULC historical mapping (1995 – 2010, with 5 years of interval) was made to change detection, (ii) a bio-optical model set and a new model were studied in order to estimate aCDOM from simulated reflectance (Rrs_simulated) for Thematic Mapper (TM) sensor, (iii) a aCDOM spatial and temporal distribution was obtained by applying a bio-optical model in TM/Landsat-5 imagery from 1995 to 2010, and (iv) the possible CDOM/DOM sources in FHR were found, as well aCDOM historical behavior/distribution over time was analysed. Thus, the first study was the support vector machine algorithm (SVM) parameterization according to study area characteristics to LULC supervised classification in FHR watershed. The obtained LULC change detection analysis demonstrates that the proposed SVM parameterization made the algorithm able to differentiate large and continuous classes, lengthy and thin areas, and non-continuous small areas located inside wide classes. The obtained classification had great statistics with overall accuracy among 86% and 98% over the time series, the producer accuracy of 90%, the user accuracy higher than 86%, and the Kappa statistics ranged from 86% to 91%. In addition, no significant changes in LULC were identified in the study site over all time series. The second study provides a bio-optical model at alternatives wavelength (485 nm) and a band ratio (B4/B1) for aCDOM estimation using simulated Rrs for TM/Landsat-5 (RMSE = 7%, Nash = 0.91). This model could identify even small variations in reflectance values from orbital data, as well as differentiate even slight alterations in aCDOM. Two significantly different aCDOM behaviors were also identified for FHR: one associated with LULC and rainfall/runoff occurrence, and other correlated to Chlorophyll-a high concentrations (Chl-a) in algal blooms situations. The referred studies that compose this research ware standardized as academic articles in this document. The first study, about SVM parameterization, was published yet in Modeling Earth Systems Environment – Springer (DOI 10.1007/s40808-016-0190-y). The second study, about aCDOM historical distribution is in the revision step to future submission.

CNPq / Este trabalho tem por objetivo apresentar uma nova proposta aos algoritmos de Demosaicing existentes, utilizando uma abordagem mais flexível quanto ao uso do Color filter array (CFA) em imagens coloridas de único sensor. O algoritmo proposto tem como base a estrutura de problemas inversos, cujo funcionamento utiliza um modelo de operação matriz-vetor que é adaptável ao CFA empregado. A partir deste conceito, o algoritmo trata o problema de Demosaicing como o de minimização de função custo, com um termo referente à dependência da estimativa com os dados obtidos e com o modelo de captura, o outro termo é relacionado aos conhecimentos observados em imagens que podem ser explorados para uma estimativa mais precisa, tal elemento é chamado de Prior. A proposta estabelecida tem como base algoritmos de regularização com foco na alta correlação presente entre os canais de cor (R, G e B), e na suavidade local de regiões uniformes, essa base formaliza o Prior empregado no trabalho. A minimização da proposta é atingida iterativamente através do IRLS-CG, que é a combinação de dois algoritmos de minimização eficientes, que apresenta rápidas respostas, e a capacidade de trabalhar com a norma L1 em conjunto com a norma L2. Com o intuito de atestar a qualidade do algoritmo proposto, foi elaborado um experimento em que o mesmo foi testado com diferentes CFAs e em situação com ruído gaussiano de 35dB e sem ruído algum em imagens da base de dados da Kodak, e os resultados comparados com algoritmos do estado-da-arte, no qual o desempenho da proposta apresentou resultados excelentes, inclusive em CFAs que destoam do padrão Bayer, que é o mais comumente usado na atualidade. / This research presents a new proposal to Demosaicing algorithms, using a more flexible approach to deal with the Color filter array (CFA) in single sensor color imaging. The proposed algorithm is structured in the inverse problems model, whose functions employ a CFA adaptive matrix-vector operational model. From this concept, the Demosaicing problem is treated as a cost function minimization with two terms, one referring to the dependence between the estimation and the data provided by the acquisition model, and other term related to features observed in images, which can be explored to form a more precise estimation, this last term is known as Prior. The established proposal is applied in regularization algorithms with focus on the high correlation among color channels (R, G, and B), and in the local smoothness of uniform regions. Both characteristics organize the Prior employed in this work. The minimization proposed is iteratively achieved through IRLS-CG, which is the combination of two efficient minimization algorithms, that presents quick responses, and the capacity to deal with L1 and L2 norm at the same time. The quality of the proposed algorithm is verified in an experiment in which varous CFA were used and a situation with 35dB gaussian noise and another one with no noise applied to the Kodak dataset, and the results were compared with state-of-the-art algorithms, in which the performance of the proposed Prior showed excellent results, including when the CFA is different from Bayer’s, which is the most commonly used pattern.

CNPq / Este trabalho tem por objetivo apresentar uma nova proposta aos algoritmos de Demosaicing existentes, utilizando uma abordagem mais flexível quanto ao uso do Color filter array (CFA) em imagens coloridas de único sensor. O algoritmo proposto tem como base a estrutura de problemas inversos, cujo funcionamento utiliza um modelo de operação matriz-vetor que é adaptável ao CFA empregado. A partir deste conceito, o algoritmo trata o problema de Demosaicing como o de minimização de função custo, com um termo referente à dependência da estimativa com os dados obtidos e com o modelo de captura, o outro termo é relacionado aos conhecimentos observados em imagens que podem ser explorados para uma estimativa mais precisa, tal elemento é chamado de Prior. A proposta estabelecida tem como base algoritmos de regularização com foco na alta correlação presente entre os canais de cor (R, G e B), e na suavidade local de regiões uniformes, essa base formaliza o Prior empregado no trabalho. A minimização da proposta é atingida iterativamente através do IRLS-CG, que é a combinação de dois algoritmos de minimização eficientes, que apresenta rápidas respostas, e a capacidade de trabalhar com a norma L1 em conjunto com a norma L2. Com o intuito de atestar a qualidade do algoritmo proposto, foi elaborado um experimento em que o mesmo foi testado com diferentes CFAs e em situação com ruído gaussiano de 35dB e sem ruído algum em imagens da base de dados da Kodak, e os resultados comparados com algoritmos do estado-da-arte, no qual o desempenho da proposta apresentou resultados excelentes, inclusive em CFAs que destoam do padrão Bayer, que é o mais comumente usado na atualidade. / This research presents a new proposal to Demosaicing algorithms, using a more flexible approach to deal with the Color filter array (CFA) in single sensor color imaging. The proposed algorithm is structured in the inverse problems model, whose functions employ a CFA adaptive matrix-vector operational model. From this concept, the Demosaicing problem is treated as a cost function minimization with two terms, one referring to the dependence between the estimation and the data provided by the acquisition model, and other term related to features observed in images, which can be explored to form a more precise estimation, this last term is known as Prior. The established proposal is applied in regularization algorithms with focus on the high correlation among color channels (R, G, and B), and in the local smoothness of uniform regions. Both characteristics organize the Prior employed in this work. The minimization proposed is iteratively achieved through IRLS-CG, which is the combination of two efficient minimization algorithms, that presents quick responses, and the capacity to deal with L1 and L2 norm at the same time. The quality of the proposed algorithm is verified in an experiment in which varous CFA were used and a situation with 35dB gaussian noise and another one with no noise applied to the Kodak dataset, and the results were compared with state-of-the-art algorithms, in which the performance of the proposed Prior showed excellent results, including when the CFA is different from Bayer’s, which is the most commonly used pattern.