Este trabalho tem por objetivo comparar os seguintes métodos de compressão de imagens de impressão digital: transformada discreta do cosseno (DCT), transformada de wavelets de Haar, transformada de wavelets de Daubechies e transformada de wavelets de quantização escalar (WSQ). O propósito da comparação é identificar o método que resulta numa menor perda de dados, para a maior taxa de compressão possível. São utilizadas as seguintes métricas para avaliação da qualidade da imagem para os métodos: erro quadrático médio (ERMS), a relação sinal e ruído (SNR) e a relação sinal ruído de pico (PSNR). Para as métricas utilizadas a DCT apresentou os melhores resultados, seguida pela WSQ. No entanto, o melhor tempo de compressão e a melhor qualidade das imagens recuperadas avaliadas pelo software GrFinger 4.2, foram obtidos com a técnica WSQ. / This research aims to compare the following fingerprint image compression methods: the discrete cosseno transform (DCT), Haar wavelet transform, Daubechies wavelets transform and wavelet scalar quantization (WSQ). The main interest is to find out the technique with the smallest distortion and higher compression ratio. Image quality is measured using peak signal-to-noise ratio (PSNR), signal-to-noise ratio (SNR) and root mean square (ERMS). Image quality using these metrics showed best results for the DCT followed by WSQ, although the WSQ had the best compression time and presented the best quality when evaluated by the GrFinger 4.2 software.

O propósito deste trabalho tem sido a utilização das técnicas de Desenho Óptico para o desenvolvimento de sistemas ópticos altamente otimizados. Após a confeccção destes sistemas ópticos torna-se necessário avaliar o desempenho do sistema construído, para isto tem sido utilizado uma das técnicas mais modernas para avaliação de qualidade da imagem óptica, a função de transferência óptica FTO, mais especificamente a função de transferência de modulação FTM. FTM representa o módulo da função complexa FTO e está associada à medida direta e quantitativa da qualidade de imagem, descrevendo a estrutura da imagem como uma função da freqüência espacial. Estas duas técnicas são as ferramentas fundamentais para os desenhistas ópticos. Instrumentos oftálmicos como o microscópio cirúrgico, sistema óptico para adaptação de uma câmera CCD e a lâmpada de fenda são desenvolvidos e analisados por estas técnicas neste trabalho. / The purpose of this work has been the use of design optical techniques to development of highly optimized optical systems. After the fabrication of these systems, it is necessary to evaluate the performance of building systems. A modern technique used to evaluate the quality of optical image is the optical transfer function OTF, more exactly the modulation transfer function MTF. MTF is the modulus of the complex function OTF. MTF is associated the direct and quantitative measure of the image quality and it describes the image structure as a function of spatial frequency. This bides techniques are the tools of optical designers. Ophthalmic instruments like surgery microscope, optical system of CCD camera adaptation and slit lamps are developed and analyzed for this techniques in this work.

Imagens de documentos são documentos digitalizados com conteúdo textual. Estes documentos são compostos de caracteres e diagramação, apresentando características comuns entre si, como a presença de bordas e limites no formato de cada caractere. A relação entre as características das imagens de documentos e os impactos do processo de compressão com respeito à fidelidade visual são analisadas nesse trabalho. Métricas objetivas são empregadas na análise das características das imagens de documentos, como a medida da atividade da imagem (IAM) no domínio espacial dos pixels, e a verificação da medida de atividade espectral (SAM) no domínio espectral. Os desempenhos das técnicas de compressão de imagens baseada na transformada discreta de cosseno (DCT) e na transformada discreta de Wavelet (DWT) são avaliados sobre as imagens de documentos ao aplicar diferentes níveis de compressão sobre as mesmas, para cada técnica. Os experimentos são realizados sobre imagens digitais de documentos impressos e manuscritos de livros e periódicos, explorando texto escritos entre os séculos 16 ao século 19. Este material foi coletado na biblioteca Brasiliana Digital (www.brasiliana.usp.br), no Brasil. Resultados experimentais apontam que as medidas de atividade nos domínios espacial e espectral influenciam diretamente a fidelidade visual das imagens comprimidas para ambas as técnicas baseadas em DCT e DWT. Para uma taxa de compressão fixa de uma imagem comprimida em ambas técnicas, a presença de valores superiores de IAM e níveis menores de SAM na imagem de referência resultam em menor fidelidade visual, após a compressão. / Document images are digitized documents with textual content. These documents are composed of characters and their layout, with common characteristics among them, such as the presence of borders and boundaries in the shape of each character. The relationship between the characteristics of document images and the impact of the compression process with respect to visual fidelity are analyzed herein. Objective metrics are employed to analyze the characteristics of document images, such as the Image Activity Measure (IAM) in the spatial domain, and assessment of Spectral Activity Measure (SAM) in the spectral domain. The performance of image compression techniques based on Discrete Cosine Transform (DCT) and Discrete Wavelet Transform (DWT) are evaluated from document images by applying different compression levels for each technique to these images. The experiments are performed on digital images of printed documents and manuscripts of books and magazines, exploring texts written from the 16th to the 19th century. This material was collected in the Brasiliana Digital Library in Brazil. Experimental results show that the activity measures in spatial and spectral domains directly influence the visual fidelity of compressed images for both the techniques based on DCT and DWT. For a fixed compression ratio for both techniques on a compressed image, higher values of IAM and low levels of SAM in the reference image result in less visual fidelity after compression.

Este trabalho tem por objetivo comparar os seguintes métodos de compressão de imagens de impressão digital: transformada discreta do cosseno (DCT), transformada de wavelets de Haar, transformada de wavelets de Daubechies e transformada de wavelets de quantização escalar (WSQ). O propósito da comparação é identificar o método que resulta numa menor perda de dados, para a maior taxa de compressão possível. São utilizadas as seguintes métricas para avaliação da qualidade da imagem para os métodos: erro quadrático médio (ERMS), a relação sinal e ruído (SNR) e a relação sinal ruído de pico (PSNR). Para as métricas utilizadas a DCT apresentou os melhores resultados, seguida pela WSQ. No entanto, o melhor tempo de compressão e a melhor qualidade das imagens recuperadas avaliadas pelo software GrFinger 4.2, foram obtidos com a técnica WSQ. / This research aims to compare the following fingerprint image compression methods: the discrete cosseno transform (DCT), Haar wavelet transform, Daubechies wavelets transform and wavelet scalar quantization (WSQ). The main interest is to find out the technique with the smallest distortion and higher compression ratio. Image quality is measured using peak signal-to-noise ratio (PSNR), signal-to-noise ratio (SNR) and root mean square (ERMS). Image quality using these metrics showed best results for the DCT followed by WSQ, although the WSQ had the best compression time and presented the best quality when evaluated by the GrFinger 4.2 software.

Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos semianalíticos para estudar os parâmetros de qualidade da imagem (contraste objeto, SC, e razão contraste-ruído, CNR) e a dose glandular normalizada (DgN ) em mamografia convencional e digital. As características de 161 amostras de tecidos mamários (coeficiente de atenuação linear e densidade) e os espectros de raios X mamográficos foram determinados experimentalmente, visando construir uma base de dados consistente destas grandezas para serem utilizadas nos modelos. Os coeficientes de atenuação linear foram determinados utilizando um feixe de raios X polienergético e um detector de Si(Li), e as densidades foram medidas utilizando o método da pesagem hidrostática. Os espectros de raios X de um equipamento industrial, que simula as qualidades de radiação de mamografia, foram medidos utilizando detectores de Si(Li), CdTe e SDD. A resposta de cada detector foi determinada por simulação Monte Carlo (MC). Os modelos semianalíticos desenvolvidos neste trabalho permitem calcular a deposição de energia na mama e no receptor de imagem, e foram utilizados para estudar o SC, a CNR e a DgN, para diferentes tipos de mama (espessura e glandularidade) e características do espectro incidente (combinação ânodo/filtro, potencial do tubo e camada semirredutora), bem como permitem avaliar a figura de mérito (FOM) em mamografia convencional e digital. Os resultados de coeficiente de atenuação e densidade para os diferentes grupos de tecidos mamários, mostram que os tecidos normais fibroglandulares e neoplásicos possuem características similares, enquanto tecidos normais adiposos apresentam menores valores destas grandezas. Os espectros medidos com cada detector, e devidamente corrigidos por suas respostas, mostram que os três tipos de detectores podem ser usados para determinar espectros mamográficos. Com base nos resultados de SC e CNR, foram estimados limites de detecção de nódulos em mamografia convencional e digital, que se mostraram similares entre si. Os resultados de SC, CNR e DgN obtidos também destacam a importância da escolha do modelo da mama e da base de dados de coeficiente de atenuação e espectros de raios X utilizados, uma vez que estes são responsáveis por uma grande variação nas grandezas estudadas. Além disso, os resultados de FOM mostram que, para mamas finas, a combinação Mo/Mo, tradicionalmente utilizada, apresenta o melhor desempenho, enquanto as combinações W/Rh e W/Ag são as mais indicadas para mamas espessas. Para mamas de espessuras médias, a melhor combinação depende da técnica utilizada (convencional ou digital). Finalmente, verificou-se que os modelos semianalíticos desenvolvidos permitem a obtenção de resultados de forma prática e rápida, com valores similares aos obtidos por simulação MC. Desta forma, estes modelos permitirão estudos futuros a respeito da otimização da mamografia, para outros tipos de mama e condições de irradiação. / In this work, semianalytical models were developed to study the image quality parameters (subject contrast, SC, and contrast-to-noise ratio, CNR) and the normalized average glandular dose (DgN) in conventional and digital mammography. The characteristics of 161 breast tissue samples (linear attenuation coefficient and density), and the mammographic x-ray spectra were determined experimentally, aiming to establish a consistent experimental database of these quantities to be used in the models. The linear attenuation coefficients were determined using a polyenergetic x-ray beam and a Si(Li) detector, and the densities were measured using the buoyancy method. The x-ray spectra from an industrial equipment, which reproduces the mammographic qualities, were measured using Si(Li), CdTe and SDD detectors. The responses of the detectors were determined using Monte Carlo (MC) simulation. The semianalytical models developed in this work allow computing the energy deposited in the breast and in the image receptor, and they were employed to study the SC, CNR and DgN, for different types of breast (thickness and glandularity) and incident x-ray spectra (anode/filter combination, tube potential and half-value layer). These models also allow evaluating the figure of merit (FOM) for conventional and digital mammography. The results of attenuation coefficient and density for the tissues analyzed show similar characteristics for the normal fibroglandular and neoplasic breast tissues, while the adipose tissue presents lower values of these quantities. From the x-ray spectra obtained using each detector, and corrected by their respective responses, it is observed that the three types of detectors can be used to determine mammographic spectra. Detection limits for nodules were estimated from the results of SC and CNR, and they were similar for both cases. The results of SC, CNR and DgN also show the importance of the choice of the breast model, and of the database of attenuation coefficient of breast tissues and x-ray spectra, since they largely influence the studied quantities. Besides, the results for FOM show that, for thin breasts, the Mo/Mo spectrum exhibits the better performance, while the W/Rh and W/Ag spectra are recommended for thicker breasts. For average thickness breasts, the more indicated spectra depend on the employed technique (conventional or digital). Finally, it was verified that the semianalytical models developed in this work provided results in a fast and simple way, with a good agreement with those obtained by using MC simulation. Therefore, these models allow further studies, regarding optimization of mammography, for other breast characteristics and irradiation parameters.

Imagens de documentos são documentos digitalizados com conteúdo textual. Estes documentos são compostos de caracteres e diagramação, apresentando características comuns entre si, como a presença de bordas e limites no formato de cada caractere. A relação entre as características das imagens de documentos e os impactos do processo de compressão com respeito à fidelidade visual são analisadas nesse trabalho. Métricas objetivas são empregadas na análise das características das imagens de documentos, como a medida da atividade da imagem (IAM) no domínio espacial dos pixels, e a verificação da medida de atividade espectral (SAM) no domínio espectral. Os desempenhos das técnicas de compressão de imagens baseada na transformada discreta de cosseno (DCT) e na transformada discreta de Wavelet (DWT) são avaliados sobre as imagens de documentos ao aplicar diferentes níveis de compressão sobre as mesmas, para cada técnica. Os experimentos são realizados sobre imagens digitais de documentos impressos e manuscritos de livros e periódicos, explorando texto escritos entre os séculos 16 ao século 19. Este material foi coletado na biblioteca Brasiliana Digital (www.brasiliana.usp.br), no Brasil. Resultados experimentais apontam que as medidas de atividade nos domínios espacial e espectral influenciam diretamente a fidelidade visual das imagens comprimidas para ambas as técnicas baseadas em DCT e DWT. Para uma taxa de compressão fixa de uma imagem comprimida em ambas técnicas, a presença de valores superiores de IAM e níveis menores de SAM na imagem de referência resultam em menor fidelidade visual, após a compressão. / Document images are digitized documents with textual content. These documents are composed of characters and their layout, with common characteristics among them, such as the presence of borders and boundaries in the shape of each character. The relationship between the characteristics of document images and the impact of the compression process with respect to visual fidelity are analyzed herein. Objective metrics are employed to analyze the characteristics of document images, such as the Image Activity Measure (IAM) in the spatial domain, and assessment of Spectral Activity Measure (SAM) in the spectral domain. The performance of image compression techniques based on Discrete Cosine Transform (DCT) and Discrete Wavelet Transform (DWT) are evaluated from document images by applying different compression levels for each technique to these images. The experiments are performed on digital images of printed documents and manuscripts of books and magazines, exploring texts written from the 16th to the 19th century. This material was collected in the Brasiliana Digital Library in Brazil. Experimental results show that the activity measures in spatial and spectral domains directly influence the visual fidelity of compressed images for both the techniques based on DCT and DWT. For a fixed compression ratio for both techniques on a compressed image, higher values of IAM and low levels of SAM in the reference image result in less visual fidelity after compression.

Esta tese propõe um método de avaliação de sistemas de obtenção de imagem radiológica através das Funções de Transferência simuladas para qualquer região do campo de radiação. Esse processo de simulação reflete as mudanças sofridas pelo ponto focal e, portanto, pela Função de Espalhamento de Ponto (FEP) ao longo do campo. A avaliação utiliza informações obtidas de Funções de Transferência ótica bi-dimensionais calculadas através da aplicação de Transformadas de Fourier sobre as Funções de Espalhamento de Ponto simuladas. O método permite realizar um mapeamento da resposta em freqüências espaciais dos sistemas radio1ógicos para todo o campo de radiação, comparar a nitidez da imagem de sistemas distintos com relação a regiões equivalentes e estudar uma região especifica para prever as distorções que serão inseridas na imagem. / In this work a method of evaluation for the radiological imaging systems performance by simulated transfer functions for any X-ray field region is proposed. The simulation procedures provide information of the changes of the focal spot sizes and, therefore, of the Point Spread Function (PSF) along the field. The evaluation yields the bi-dimensional optical Transfer Functions calculated from Fourier Transformation of the simulated PSFs. This method provides: the spatial frequency response for the entire radiation field of the radiological systems; comparisons of the image sharpness relative to equivalent field regions for different systems; and the study of a singular region in order to predict image distortions.

CAPES / Tratamentos de radiocirurgia requerem elevada precisão, pois envolvem lesões de pequenas dimensões, as quais são tratadas em poucas frações de altas doses de radiação. Sendo assim, a localização precisa da região de interesse é de grande importância para o sucesso do tratamento radioterápico. Neste trabalho foi investigada a interferência da caixa localizadora do alvo em tais procedimentos, utilizando imagens tomográficas do crânio de um phantom antropomórfico para simular um tratamento de radiocirurgia utilizando duas técnicas de exposição conforme protocolo do Hospital Israelita Albert Einstein. Todo o processo de planejamento radioterápico de um tratamento de radiocirurgia foi executado, incluindo o cálculo da dose média de radiação com e sem diferenças de heterogeneidades para todas as exposições realizadas, utilizando os algoritmos de cálculo de dose AAA e PBC. Foi realizada também uma análise da variância dos valores dos pixels nos histogramas dos números CT para analisar a interferência do uso da caixa de localização na qualidade das imagens tomográficas adquiridas. Os experimentos realizados indicam que o algoritmo AAA é menos susceptível a diferenças no cálculo dos valores das doses médias. Quanto ao ruído, os experimentos realizados com a caixa localizadora do alvo demostraram maior perda na qualidade da imagem tomográfica. / Radiosurgery treatments require high precision because they involve lesions of small dimensions, which are treated with elevated radiation doses in a few fractionated sessions. Thus, the localization accuracy of the region of interest is very important for successful radiation therapy. In this study, the interference of the target localizer box in such procedures was investigated using tomographic images of the skull of an anthropomorphic phantom in order to simulate a radiosurgery treatment using two exposure techniques according to a protocol of the Albert Einstein Hospital. The radiosurgery treatment process was performed, including the calculation of the average radiation dose with and without tissue inhomogeneity considerations for all exposures, using the AAA and PBC dose calculation algorithms. An analysis of the variance of pixel values in the CT number histogram was also conducted in order to analyze the interference of the target localization box on the quality of the acquired tomographic images. The experiments indicate that the AAA algorithm is less susceptible to differences in the calculation of the average doses. Regarding noise, the experiments performed with the target localization box demonstrated greater loss in tomographic image quality.

[pt] A identificação facial em vídeo é uma aplicação de grande interesse na comunidade cientifica e na indústria de segurança, impulsionando a busca por técnicas mais robustas e eficientes. Atualmente, no âmbito de reconhecimento facial, as técnicas de identificação frontal são as com melhor taxa de acerto quando comparadas com outras técnicas não frontais. Esse trabalho tem como objetivo principal buscar métodos de avaliar imagens em vídeo em busca de pessoas (rostos), avaliando se a qualidade da imagem está dentro de uma faixa aceitável que permita um algoritmo de reconhecimento facial frontal identificar os indivíduos. Propõem-se maneiras de diminuir a carga de processamento para permitir a avaliação do máximo número de indivíduos numa imagem sem afetar o desempenho em tempo real. Isso é feito através de uma análise da maior parte das técnicas utilizadas nos últimos anos e do estado da arte, compilando toda a informação para ser aplicada em um projeto que utiliza os pontos fortes de cada uma e compense suas deficiências. O resultado é uma plataforma multithread. Para avaliação do desempenho foram realizados testes de carga computacional com o uso de um vídeo público disponibilizado na AVSS (Advanced Video and Signal based Surveillance). Os resultados mostram que a arquitetura promove um melhor uso dos recursos computacionais, permitindo um uso de uma gama maior de algoritmos em cada segmento que compõe a arquitetura, podendo ser selecionados segundo critérios de qualidade da imagem e ambiente onde o vídeo é capturado. / [en] Face recognition in video is an application of great interest in the scientific community and in the surveillance industry, boosting the search for efficient and robust techniques. Nowadays, in the facial recognition field, the frontal identification techniques are those with the best hit ratio when compared with others non-frontal techniques. This work has as main objective seek for methods to evaluate images in video to look for people (faces), assessing if the image quality is in an acceptable range that allows a facial recognition algorithm to identify the individuals. It s proposed ways to decrease the processing load to allow a maximum number of individuals assessed in an image without affecting the real time performance. This is reached through analysis of most the techniques used in the last years and the state-of-the-art, compiling all information to be applied in a project that uses the strengths of each one and offset its shortcomings. The outcome is a multithread platform. Performance evaluation was performed through computational load tests by using public videos available in AVSS ( Advanced Video and Signal based Surveillance). The outcomes show that the architecture makes a better use of the computational resources, allowing use of a wide range of algorithms in every segment of the architecture that can be selected according to quality image and video environment criteria.

O propósito deste trabalho tem sido a utilização das técnicas de Desenho Óptico para o desenvolvimento de sistemas ópticos altamente otimizados. Após a confeccção destes sistemas ópticos torna-se necessário avaliar o desempenho do sistema construído, para isto tem sido utilizado uma das técnicas mais modernas para avaliação de qualidade da imagem óptica, a função de transferência óptica FTO, mais especificamente a função de transferência de modulação FTM. FTM representa o módulo da função complexa FTO e está associada à medida direta e quantitativa da qualidade de imagem, descrevendo a estrutura da imagem como uma função da freqüência espacial. Estas duas técnicas são as ferramentas fundamentais para os desenhistas ópticos. Instrumentos oftálmicos como o microscópio cirúrgico, sistema óptico para adaptação de uma câmera CCD e a lâmpada de fenda são desenvolvidos e analisados por estas técnicas neste trabalho. / The purpose of this work has been the use of design optical techniques to development of highly optimized optical systems. After the fabrication of these systems, it is necessary to evaluate the performance of building systems. A modern technique used to evaluate the quality of optical image is the optical transfer function OTF, more exactly the modulation transfer function MTF. MTF is the modulus of the complex function OTF. MTF is associated the direct and quantitative measure of the image quality and it describes the image structure as a function of spatial frequency. This bides techniques are the tools of optical designers. Ophthalmic instruments like surgery microscope, optical system of CCD camera adaptation and slit lamps are developed and analyzed for this techniques in this work.