Análise de imagens tomográficas: visualização e paralelização de processamento

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

A micro-tomografia de raios-X por radiação do sincrotrão é uma técnica bem desenvolvida no domínio da medicina, e mais recentemente, foi adoptada em outras áreas, nomeadamente na Engenharia de Materiais. É uma técnica não destrutiva, que permite analisar a estrutura interna de componentes. O objecto em estudo é alvo de um feixe de radiação por toda a superfície que penetra no material, e um conjunto de detectores vai registando a intensidade dos raios à medida que o objecto vai rodando. Este procedimento origina um ficheiro de dados, que pode ter uma dimensão da ordem dos gigabytes e que necessita de ser processado para visualização da estrutura interna. Atendendo ao grande volume de dados e à complexidade de alguns algoritmos de processamento, certos tipos de processamentos podem mesmo levar dias. O programa do cientista francês Gerard Vignoles, Tritom, processando os dados tomográficos sequencialmente, demorava muito tempo em algumas operações. Num esforço anterior, Paulo Quaresma optimizou e paralelizou algumas das operações mais demoradas, usando um agregado (clusters) de computadores e programação baseada em troca de mensagens. Nesta tese, paralelizaram-se as operações mais pesadas do Tritom utilizando o modelo de memória partilhada, concretizado através da ferramenta OpenMP. Esta aceleração de obtenção de resultados é vantajosa para a investigação sobre os materiais e permite tirar partido da introdução de multi-processadores nas arquitecturas de computadores pessoais comuns. Foram realizados testes para análise das melhorias de tempo de execução com este método. Nesta tese, também se integrou também o Tritom num ambiente de visualização de dados gráfico e interactivo de nome OpenDX que facilita muito a utilização do programa aos menos experientes. O utilizador pode escolher os processamentos que deseja realizar sob a forma de módulos e pela ordem que quiser tudo num ambiente gráfico. Permite também a visualização tridimensional de dados que se torna vital para percepcionar alguns fenómenos nos objectos de estudo. Foram também criados alguns novos módulos a pedido dos investigadores de Engenharia de Materiais. O Tritom, assim paralelizado, oferecerá aos cientistas da área de materiais uma boa ferramenta de análise de imagens tomográficas com interacção simples e intuitiva. Poderão, dispor de uma mais-valia para leituras rápidas dos seus objectos de estudo sem recorrerem a clusters ou configurações de computadores complexas e pouco acessíveis.