Utilização da transformada de características invariante a escala (SIFT) na automatização da obtenção de pontos do Sistema de Imagens Tridimensional Híbrido (SITH)

Esta dissertação apresenta um aperfeiçoamento para o Sistema de Imagens Tridimensional Híbrido (SITH) que é utilizado para obtenção de uma superfície tridimensional do relevo de uma determinada região a partir de dois aerofotogramas consecutivos da mesma. A fotogrametria é a ciência e tecnologia utilizada para obter informações confiáveis a partir de imagens adquiridas por sensores. O aperfeiçoamento do SITH consistirá na automatização da obtenção dos pontos através da técnica de Transformada de Características Invariantes a Escala (SIFT - Scale Invariant Feature Transform) dos pares de imagens estereoscópicas obtidos por câmeras aéreas métricas, e na utilização de técnicas de interpolação por splines cúbicos para suavização das superfícies tridimensionais obtidas pelo mesmo, proporcionando uma visualização mais clara dos detalhes da área estudada e auxiliando em prevenções contra deslizamentos em locais de risco a partir de um planejamento urbano adequado. Os resultados computacionais mostram que a incorporação destes métodos ao programa SITH apresentaram bons resultados.

Estimação de velocidade de composições usando processamento de vídeo

Esta dissertação tem como objetivo estudar um método para estimar a velocidade de veículos ferroviários usando processamento de vídeo. O sistema proposto consiste na utilização de câmeras ao longo das vias férreas que permitam não só o monitoramento do tráfego ferroviário, mas cujo vídeo captado possa ser utilizado para a obtenção de estimativas para a velocidade instantânea dos trens que por ela trafegam. Tal sistema seria utilizado independentemente dos sistemas de controle já utilizados pela operadora do sistema ferroviário, permitindo que os controladores possam ter uma segunda análise no caso de falha da primeira, assim como um modelo que permita avaliar a velocidade instantânea do veículo ferroviário ao longo do percurso. Os algoritmos de rastreamento empregados para esse fim abordaram diferentes métodos. Confrontaram-se os resultados obtidos com os algoritmos propostos com os dados empíricos de forma a determinar aquele com melhor resposta dada as características do sistema. O algoritmo que apresentou os melhores resultados emprega um único bloco de referência para todos os quadros comparados. A métrica de similaridade responsável por determinar quais blocos são mais ou menos similares dentro do universo de busca estipulado é a soma de diferenças absolutas (SAD, Sum of Absolute Differences). O tempo de processamento requerido por cada um dos métodos de rastreamento estudados também foi considerado nas avaliações de resultados apresentadas. Uma comparação realizada entre as velocidades coletadas e aquelas informadas pelo sistema de controle mostraram que os resultados obtidos com o sistema atual, utilizando a sinalização apenas por circuito de via apresenta resultados pouco confiáveis com erros bastante significativos. Os resultados obtidos com o sistema proposto apresentaram erros menores quando comparados àqueles obtidos pelo sistema vigente, apresentando-se assim como uma solução viável e de baixo custo quando comparada às técnicas atualmente empregadas para a medida de velocidade de trens.

Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens

O uso de técnicas com o funcional de Tikhonov em processamento de imagens tem sido amplamente usado nos últimos anos. A ideia básica nesse processo é modificar uma imagem inicial via equação de convolução e encontrar um parâmetro que minimize esse funcional afim de obter uma aproximação da imagem original. Porém, um problema típico neste método consiste na seleção do parâmetro de regularização adequado para o compromisso entre a acurácia e a estabilidade da solução. Um método desenvolvido por pesquisadores do IPRJ e UFRJ, atuantes na área de problemas inversos, consiste em minimizar um funcional de resíduos através do parâmetro de regularização de Tikhonov. Uma estratégia que emprega a busca iterativa deste parâmetro visando obter um valor mínimo para o funcional na iteração seguinte foi adotada recentemente em um algoritmo serial de restauração. Porém, o custo computacional é um fator problema encontrado ao empregar o método iterativo de busca. Com esta abordagem, neste trabalho é feita uma implementação em linguagem C++ que emprega técnicas de computação paralela usando MPI (Message Passing Interface) para a estratégia de minimização do funcional com o método de busca iterativa, reduzindo assim, o tempo de execução requerido pelo algoritmo. Uma versão modificada do método de Jacobi é considerada em duas versões do algoritmo, uma serial e outra em paralelo. Este algoritmo é adequado para implementação paralela por não possuir dependências de dados como de Gauss-Seidel que também é mostrado a convergir. Como indicador de desempenho para avaliação do algoritmo de restauração, além das medidas tradicionais, uma nova métrica que se baseia em critérios subjetivos denominada IWMSE (Information Weighted Mean Square Error) é empregada. Essas métricas foram introduzidas no programa serial de processamento de imagens e permitem fazer a análise da restauração a cada passo de iteração. Os resultados obtidos através das duas versões possibilitou verificar a aceleração e a eficiência da implementação paralela. A método de paralelismo apresentou resultados satisfatórios em um menor tempo de processamento e com desempenho aceitável.

Planejamento ambiental da bacia hidrográfica do Rio Guapi-Macacu: estudo da paisagem e qualidade ecológica

Os estudos de relação entre a paisagem e a água doce vêm sendo aprofundados pela comunidade científica e pelos propositores de políticas públicas, principalmente, para atender às demandas sobre as maneiras que este sistema ambiental pode ser alterado e na identificação das implicações políticas e ecológicas destas mudanças. Quanto mais se torna intenso e diversificado o uso dos corpos hídricos e da paisagem em bacias hidrográficas maior é a necessidade de se definir formas de planejamento, gerenciamento e gestão ecológica desses ecossistemas. O completo entendimento do funcionamento e dos processos ecológicos que ocorrem em uma bacia hidrográfica exige conhecimento simultâneo de seus sistemas aquáticos e terrestres, da biodiversidade, da fisiografia, da geologia e de sua conservação, temporal e espacial. Este entendimento e conhecimento da área de interesse são vitais para proposições de instrumentos ambientais legais, como Unidades de Conservação (UCs). É muito importante que a fundamentação destas propostas tenha como eixo principal o funcionamento dos ecossistemas e das paisagens, de forma a garantir uma maior conectividade e integração entre água (doce, salobra e salgada) e terra, e seus múltiplos usos. A presente tese foi desenvolvida com base neste contexto, apresentando e aplicando metodologias integradoras, seja na ecologia de paisagem (EP), seja na relação entre os ambientes dulcícola e terrestre. O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de processos para planejamento ambiental em BHs, através do diagnóstico, compreensão e análise do funcionamento e dinâmica da paisagem e de ecossistemas de rios e córregos, apoiados no uso de geotecnologias. De acordo com os resultados obtidos, a BHGM ocupa uma área de 1260,36 km e 204,69 km de perímetro. É uma bacia com forma mais alongada que circular (KC = 1,6144e IC =0,4747 km/km) que indica uma menor susceptibilidade a enchentes em condições normais de precipitação exceto em eventos de intensidades anômalas. O mapeamento base (2007) realizado indicou que a bacia possuía 34,86% de uso antrópico e 64,04 % de remanescente florestal. Os dados de fitofisionomia potencial indicaram predominância da classe Florestas Ombrófila Densa Submontana (40%) e de Terras Baixas (39%). Foram estabelecidas para bacia 269 unidades de paisagem (integração da geomorfologia, geologia, fitofisionomia e uso da terra e cobertura vegetal (2007)) que junto com os dados de métrica de paisagem constituíram a proposta integrativa da tese para ecologia de paisagem. Em relação à qualidade ambiental foram adotados o índice de avaliação visual (IAV), o índice multimétrico físico-químico bacteriológico e o índice biótico estendido (IBE). A comparação entre estes índices demonstrou a confirmação entre os seus resultados para a maioria dos pontos amostrados nas áreas de referência e de pelo menos dois índices para os pontos intermediários e impactados. Foram propostos também dois cenários para a bacia: um considerando as condicionantes e medidas compensatórias vinculadas à licença prévia do complexo petroquímico do Estado do Rio de Janeiro (COMPERJ); e outro, sem considerar estas condições. O primeiro indicou a realização da restauração ecológica, seguindo as diretrizes do mapa síntese, integrada para restauração da paisagem.

Invasão biológica de Casuarina equisetifolia na Restinga da Massambaba: Estrutura, Riqueza e Regeneração

A invasão biológica é vista como o processo de introdução e adaptação de espécies que não fazem parte, naturalmente, de um determinado ecossistema e é considerada a segunda maior causa de perda de biodiversidade. Casuarina equisetifolia é uma angiosperma bem adaptada a ambientes com alto teor de salinidade e baixo teor hídrico representando uma grande ameaça a perda de biodiversidade em ambientes costeiros ao colonizar rapidamente áreas degradadas nesses ambientes. O presente trabalho procurou avaliar os efeitos da invasão de C. equisetifolia na diversidade de espécies e estrutura da comunidade em um trecho na Restinga da Massambaba. Foram distribuídas 46 parcelas de 10m x 10m em cinco diferentes tratamentos próximas entre si denominadas: manejo, queimada, invasão, restinga e controle. Através do escalonamento multidimensional não métrico (NMDS) verificou-se que existe diferença na composição florística entre os tratamentos invadidos e não invadidos, mas que entre os tratamentos invadidos a composição é a mesma. Mesmo os tratamentos sendo próximos entre si, a ANOVA mostrou que existe diferença na densidade de C. equisetifolia mostrando que fatores externos influenciam a estrutura da população nesses tratamentos. O hábito herbáceo foi predominante nos tratamentos de invasão diferindo do tratamento controle onde o hábito arbustivo é o mais significativo. A síndrome de dispersão predominante foi a zoocórica em todos os tratamentos, exceto no tratamento de fogo e de invasão, onde a anemocoria obteve o mesmo número numero de espécies. A ANOVA indicou que a riqueza do tratamento controle é muito maior do que a riqueza nos tratamentos de invasão. Os tratamentos de invasão possuem um índice de Shannon variando de 0,23 a 1,4, enquanto a tratamento controle possui um índice de 2,49, mostrando o quanto C. equisetifolia homogeneíza a flora, fazendo com que poucas espécies consigam colonizar esses ambientes como Pilosocereus arrabidae, Schinus terebinthifolius e Varronia curassavica. A regressão linear realizada indica que a riqueza de espécies diminui com o aumento da densidade de C. equisetifolia

Microscopia multimodal prática: registro automático de imagens de microscopia ótica e de microscopia eletrônica de varredura

A discriminação de fases que são praticamente indistinguíveis ao microscópio ótico de luz refletida ou ao microscópio eletrônico de varredura (MEV) é um dos problemas clássicos da microscopia de minérios. Com o objetivo de resolver este problema vem sendo recentemente empregada a técnica de microscopia colocalizada, que consiste na junção de duas modalidades de microscopia, microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. O objetivo da técnica é fornecer uma imagem de microscopia multimodal, tornando possível a identificação, em amostras de minerais, de fases que não seriam distinguíveis com o uso de uma única modalidade, superando assim as limitações individuais dos dois sistemas. O método de registro até então disponível na literatura para a fusão das imagens de microscopia ótica e de microscopia eletrônica de varredura é um procedimento trabalhoso e extremamente dependente da interação do operador, uma vez que envolve a calibração do sistema com uma malha padrão a cada rotina de aquisição de imagens. Por esse motivo a técnica existente não é prática. Este trabalho propõe uma metodologia para automatizar o processo de registro de imagens de microscopia ótica e de microscopia eletrônica de varredura de maneira a aperfeiçoar e simplificar o uso da técnica de microscopia colocalizada. O método proposto pode ser subdividido em dois procedimentos: obtenção da transformação e registro das imagens com uso desta transformação. A obtenção da transformação envolve, primeiramente, o pré-processamento dos pares de forma a executar um registro grosseiro entre as imagens de cada par. Em seguida, são obtidos pontos homólogos, nas imagens óticas e de MEV. Para tal, foram utilizados dois métodos, o primeiro desenvolvido com base no algoritmo SIFT e o segundo definido a partir da varredura pelo máximo valor do coeficiente de correlação. Na etapa seguinte é calculada a transformação. Foram empregadas duas abordagens distintas: a média ponderada local (LWM) e os mínimos quadrados ponderados com polinômios ortogonais (MQPPO). O LWM recebe como entradas os chamados pseudo-homólogos, pontos que são forçadamente distribuídos de forma regular na imagem de referência, e que revelam, na imagem a ser registrada, os deslocamentos locais relativos entre as imagens. Tais pseudo-homólogos podem ser obtidos tanto pelo SIFT como pelo método do coeficiente de correlação. Por outro lado, o MQPPO recebe um conjunto de pontos com a distribuição natural. A análise dos registro de imagens obtidos empregou como métrica o valor da correlação entre as imagens obtidas. Observou-se que com o uso das variantes propostas SIFT-LWM e SIFT-Correlação foram obtidos resultados ligeiramente superiores aos do método com a malha padrão e LWM. Assim, a proposta, além de reduzir drasticamente a intervenção do operador, ainda possibilitou resultados mais precisos. Por outro lado, o método baseado na transformação fornecida pelos mínimos quadrados ponderados com polinômios ortogonais mostrou resultados inferiores aos produzidos pelo método que faz uso da malha padrão.

Uma nova métrica para protocolos de roteamento em redes em malha sem fio.

Este trabalho propõe uma nova métrica denominada AP (Alternative Path), a ser utilizada para o cálculo de rotas em protocolos de roteamento em redes em malha sem fio. Esta métrica leva em consideração a interferência causada por nós vizinhos na escolha de uma rota para um destino. O desempenho da métrica AP é avaliado e comparado com o da métrica ETX (Expected Transmission Count) e com o da métrica número de saltos (Hop Count). As simulações realizadas mostram que a métrica AP pode propiciar desempenho superior à rede quando comparada com as outras duas métricas. A métrica AP apresenta melhor desempenho em cenários com maior diversidade de caminhos alternativos.

Avaliação de imagens através de Similaridade Estrutural e do conceito de Mínima Diferença de Cor Perceptível.

A avaliação objetiva da qualidade de imagens é de especial importância em diversas aplicações, por exemplo na compressão de imagens, onde pode ser utilizada para regular a taxa que deve ser empregada para que haja a máxima compressão (permitindo perda de dados) sem comprometer a qualidade final; outro exemplo é na inserção de marcas dágua, isto é, introdução de informações descritivas utilizadas para atestar a autenticidade de uma imagem, que devem ser invisíveis para o observador. O SSIM (Structural SIMilarity) é uma métrica de avaliação objetiva da qualidade de imagens de referência completa projetada para imagens em tons de cinza. Esta dissertação investiga sua aplicação na avaliação de imagens coloridas. Para tanto, inicialmente é feito um estudo do SSIM utilizando quatro diferentes espaços de cores RGB, YCbCr, Lαβ e CIELAB. O SSIM é primeiramente calculado nos canais individuais desses espaços de cores. Em seguida, com inspiração no trabalho desenvolvido em (1) são testadas formas de se combinar os valores SSIM obtidos para cada canal em um valor único os chamados SSIM Compostos. Finalmente, a fim de buscar melhores correlações entre SSIM e avaliação subjetiva, propomos a utilização da mínima diferença de cor perceptível, calculada utilizando o espaço de cores CIELAB, conjuntamente com o SSIM. Para os testes são utilizados três bancos de dados de imagens coloridas, LIVE, IVC e TID, a fim de se conferir consistência aos resultados. A avaliação dos resultados é feita utilizando as métricas empregadas pelo VQEG (Video Quality Experts Group) para a avaliação da qualidade de vídeos, com uma adaptação. As conclusões do trabalho sugerem que os melhores resultados para avaliação da qualidade de imagens coloridas usando o SSIM são obtidas usando os canais de luminância dos espaços de cores YCbCr, Lαβ e especialmente o CIELAB. Também se concluiu que a utilização da mínima diferença de cor perceptível contribui para o melhoramento dos resultados da avaliação objetiva.

Diversidade de morcegos (Mammalia, Chiroptera) em um mosaico de paisagens na Reserva Ecológica de Guapiaçu, RJ, Sudeste do Brasil

A Mata Atlântica brasileira é um dos biomas mais ameaçados do planeta e abriga uma das maiores biodiversidades conhecidas dentre os ecossistemas terrestres. Este bioma apresenta uma mastofauna diversificada e em algumas áreas as taxocenoses de morcegos podem representar mais da metade de toda a riqueza local de mamíferos. Diante da variedade de hábitos alimentares, suas interações ecológicas e abundância na Mata Atlântica fluminense, a análise da comunidade de morcegos torna-se crucial para subsidiar planos de manejo. Apesar do Rio de Janeiro ser um dos estados mais bem amostrados para morcegos, muitos locais ainda não foram amostrados satisfatoriamente e ainda sabemos pouco sobre a dinâmica das comunidades de morcegos em paisagens fragmentadas. De maio de 2011 a julho de 2014, realizamos 72 noites de amostragens em seis diferentes usos de solo numa paisagem fragmentada na Reserva Ecológica de Guapiaçu, município de Cachoeiras de Macacu, região metropolitana do estado do Rio de Janeiro, Sudeste do Brasil. Utilizamos 10 redes de neblina de 9 x 3m, abertas durante toda a noite (média de 12 horas por noite), totalizando um esforço de captura de 233280 m.h. Esta dissertação está dividida em dois capítulos. No primeiro, baseando-se nos dados obtidos e na literatura, sugerimos algumas diretrizes para o desenho amostral de inventários de morcegos, apresentando a importância de cada diretriz para maximizar o sucesso na amostragem de morcegos na Mata Atlântica do Sudeste do Brasil. No segundo capítulo, investigamos as diferenças na riqueza de espécies, abundância e guildas tróficas entre os seis usos de solo amostrados e discuto a distribuição das espécies entre elas. Nós capturamos 1821 morcegos distribuídos em três famílias: Phyllostomidae (25 espécies), Molossidae (3 espécies) e Vespertilionidae (6 espécies). Outras duas espécies de duas famílias, Noctilionidae e Thyropteridae, foram registradas por observações diretas (sem capturas), totalizando 36 espécies de morcegos para a Reserva Ecológica de Guapiaçu. Os morcegos frugívoros representaram 82,7% das capturas. As maiores riquezas de espécies foram registradas na área antropizada (22 espécies) e borda de floresta contínua (21 espécies) enquanto as menores foram na floresta contínua (13 espécies) e no fragmento pequeno (10 espécies). A mesma tendência foi encontrada para as guildas tróficas. Sete guildas foram registradas na área antropizada e na borda de floresta, enquanto apenas cinco na floresta contínua e três no fragmento pequeno. O escalonamento multidimensional não-métrico (NMDS) e análise de Cluster, ambos com a dissimilaridade de Bray-Curtis, mostraram a separação dos usos de solo em grupos distintos dependendo do grau de alteração dos mesmos.

Métrica de desempenho operacional: um estudo do EBITDA no gerenciamento de segmentos

O objetivo deste trabalho é analisar as práticas de divulgação do EBITDA como métrica de desempenho operacional no gerenciamento de segmentos, no período de 2010 a 2012. Trata-se de um estudo descritivo com abordagem qualitativa e quantitativa dos dados realizada por meio da Análise de Conteúdo das Notas Explicativas e do Relatório da Administração. A amostra objetiva é composta por 260 empresas com situação ativa na BM&FBOVESPA em 2013 e distribuídas entre 20 setores da economia. O ano inicial de pesquisa foi determinado pelo fato de ser o primeiro ano da obrigatoriedade de divulgação das Informações por Segmento conforme o pronunciamento técnico do CPC 22. Inicialmente, foram analisadas 780 notas explicativas. Em seguida, a partir da investigação das divulgações das Informações por Segmento pelo CPC 22 em notas explicativas a amostra de trabalho foi constituída por 185; 198 e 203 entidades, respectivamente, em 2010, 2011 e 2012. Deste modo, foram observados nesses três anos 586 relatórios da administração. Os resultados desta pesquisa demonstram que as práticas de divulgação do EBITDA com métrica de desempenho operacional no gerenciamento de Segmentos possui uma representatividade de evidenciação entre os relatórios financeiros de 18%; 16% e 17% respectivamente em 2010, 2011 e 2012. O relatório financeiro com maior participação na divulgação do EBITDA no gerenciamento de negócios foi o Relatório da Administração com 11% em 2010, 10% em 2011 e 11% em 2012. Conclui-se que, em média, 83% das companhias abertas brasileiras não utilizaram o EBITDA como métrica de desempenho operacional no gerenciamento dos segmentos no período de 2010 a 2012.