Uso da análise discriminante regularizada (RDA) no reconhecimento de padrões em imagens digitais hiperespectral de sensoriamento remoto

Em cenas naturais, ocorrem com certa freqüência classes espectralmente muito similares, isto é, os vetores média são muito próximos. Em situações como esta, dados de baixa dimensionalidade (LandSat-TM, Spot) não permitem uma classificação acurada da cena. Por outro lado, sabe-se que dados em alta dimensionalidade [FUK 90] tornam possível a separação destas classes, desde que as matrizes covariância sejam suficientemente distintas. Neste caso, o problema de natureza prática que surge é o da estimação dos parâmetros que caracterizam a distribuição de cada classe. Na medida em que a dimensionalidade dos dados cresce, aumenta o número de parâmetros a serem estimados, especialmente na matriz covariância. Contudo, é sabido que, no mundo real, a quantidade de amostras de treinamento disponíveis, é freqüentemente muito limitada, ocasionando problemas na estimação dos parâmetros necessários ao classificador, degradando portanto a acurácia do processo de classificação, na medida em que a dimensionalidade dos dados aumenta. O Efeito de Hughes, como é chamado este fenômeno, já é bem conhecido no meio científico, e estudos vêm sendo realizados com o objetivo de mitigar este efeito. Entre as alternativas propostas com a finalidade de mitigar o Efeito de Hughes, encontram-se as técnicas de regularização da matriz covariância. Deste modo, técnicas de regularização para a estimação da matriz covariância das classes, tornam-se um tópico interessante de estudo, bem como o comportamento destas técnicas em ambientes de dados de imagens digitais de alta dimensionalidade em sensoriamento remoto, como por exemplo, os dados fornecidos pelo sensor AVIRIS. Neste estudo, é feita uma contextualização em sensoriamento remoto, descrito o sistema sensor AVIRIS, os princípios da análise discriminante linear (LDA), quadrática (QDA) e regularizada (RDA) são apresentados, bem como os experimentos práticos dos métodos, usando dados reais do sensor. Os resultados mostram que, com um número limitado de amostras de treinamento, as técnicas de regularização da matriz covariância foram eficientes em reduzir o Efeito de Hughes. Quanto à acurácia, em alguns casos o modelo quadrático continua sendo o melhor, apesar do Efeito de Hughes, e em outros casos o método de regularização é superior, além de suavizar este efeito. Esta dissertação está organizada da seguinte maneira: No primeiro capítulo é feita uma introdução aos temas: sensoriamento remoto (radiação eletromagnética, espectro eletromagnético, bandas espectrais, assinatura espectral), são também descritos os conceitos, funcionamento do sensor hiperespectral AVIRIS, e os conceitos básicos de reconhecimento de padrões e da abordagem estatística. No segundo capítulo, é feita uma revisão bibliográfica sobre os problemas associados à dimensionalidade dos dados, à descrição das técnicas paramétricas citadas anteriormente, aos métodos de QDA, LDA e RDA, e testes realizados com outros tipos de dados e seus resultados.O terceiro capítulo versa sobre a metodologia que será utilizada nos dados hiperespectrais disponíveis. O quarto capítulo apresenta os testes e experimentos da Análise Discriminante Regularizada (RDA) em imagens hiperespectrais obtidos pelo sensor AVIRIS. No quinto capítulo são apresentados as conclusões e análise final. A contribuição científica deste estudo, relaciona-se à utilização de métodos de regularização da matriz covariância, originalmente propostos por Friedman [FRI 89] para classificação de dados em alta dimensionalidade (dados sintéticos, dados de enologia), para o caso especifico de dados de sensoriamento remoto em alta dimensionalidade (imagens hiperespectrais). A conclusão principal desta dissertação é que o método RDA é útil no processo de classificação de imagens com dados em alta dimensionalidade e classes com características espectrais muito próximas.

Integração de técnicas de SIG e sensoriamento remoto na classificação de imagens digitais através do uso da teoria da evidência

O desenvolvimento de novos, e mais eficientes, métodos de classificação de imagem digitais em Sensoriamento Remoto se constitui em uma importante área que tem chamado a atenção de muitos pesquisadores. Nesta área em particular, um problema que freqüentemente surge para a classificação de imagens digitais provenientes de cenas naturais, é a ocorrência de classes espectrais com resposta espectral muito similar. Nestes casos, os sistemas sensores mais comuns e os métodos tradicionais de classificação de imagem apresentam muito baixa precisão ou mesmo falham completamente. Várias abordagens vem sendo propostas na literatura. Uma das possíveis abordagens consiste em fazer uso de informações auxiliares que possuam poder discriminante para as classes sob análise. Esta é a possibilidade explorada nesta dissertação, utilizar-se de dados auxiliares, provenientes de fontes diversas, tais como: temperatura, precipitação, altitude e classes de solo. Estes dados são então combinados com dados provenientes de imagens multiespectrais de acordo com a Teoria de Evidência proposta por Dempster e Shafer. Esta abordagem é testada usando dados de uma área no Estado do Rio Grande do Sul, Brasil, com a finalidade de delimitar a ocorrência da Mata Nativa com Araucária (composta pela conifera Araucaria angustifolia), que é de difícil separação em relação a outras classes espectrais que ocorrem na região, tornando difícil o processo preciso de classificação.

Aplicação de filtros de Gabor no processo de classificação de imagens digitais com base em atributos de textura

No processo de classificação de uma imagem digital, o atributo textura pode ser uma fonte importante de informações. Embora o processo de caracterização da textura em uma imagem seja mais difícil, se comparado ao processo de caracterização de atributos espectrais, sabe-se que o emprego daquele atributo pode aumentar significativamente a exatidão na classificação da imagem. O objetivo deste trabalho de pesquisa consiste em desenvolver e testar um método de classificação supervisionado em imagens digitais com base em atributos de textura. O método proposto implementa um processo de filtragem baseado nos filtros de Gabor. Inicialmente, é gerado um conjunto de filtros de Gabor adequados às freqüências espaciais associadas às diferentes classes presentes na imagem a ser classificada. Em cada caso, os parâmetros utilizados por cada filtro são estimados a partir das amostras disponíveis, empregando-se a transformada de Fourier. Cada filtro gera, então, uma imagem filtrada que quantifica a freqüência espacial definida no filtro. Este processo resulta em um certo número de imagens filtradas as quais são denominadas de "bandas texturais". Desta forma, o problema que era originalmente unidimensional passa a ser multi-dimensional, em que cada pixel passa a ser definido por um vetor cuja dimensionalidade é idêntica ao número de filtros utilizados. A imagem em várias "bandas texturais" pode ser classificada utilizando-se um método de classificação supervisionada. No presente trabalho foi utilizada a Máxima Verossimilhança Gaussiana. A metodologia proposta é então testada, utilizandose imagens sintéticas e real. Os resultados obtidos são apresentados e analisados.

Comparação da discriminação logística com o método da máxima verossimilhança gaussiana na classificação de imagens digitais

A tradicional técnica de regressão logística, muito conhecida e utilizada em estudos médicos, permitia apenas a modelagem de variáveis-resposta binárias. A extensão do modelo logístico para variáveis-resposta multinominais ampliou em muito as áreas de aplicação de regressão logística. Na área de reconhecimento de padrões o modelo logístico multinominal recebeu a denominação de discriminação logística apresenta aparentes vantagens em relação a métodos convencionais de classificação. O método da máxima verossimilhança gaussiana, amplamente difundido e utilizado, necessita da estimação de um número muito grande de parâmetros, pois supõe que as distribuições subjacentes de cada classe sejam normais multivariadas. A discriminação logística por sua vez, não faz restrições quanto a forma funcional das variáveis, e o número de parâmetros do modelo é relativamente pequeno. Nesse estudo, os princípios da técnica de discriminação logística são apresentados detalhadamente, bem como aplicações práticas de classificação de imagens Landsat-TM e AVIRIS. Os procedimentos de discriminação logística e da máxima verossimilhança gaussiana foram comparados a partir de dados reais e simulados. Os resultados sugerem que a discriminação logística seja considerada como uma alternativa ao método da máximaverossimilhança gaussiana, principalmente quando os dados apresentarem desvios da normalidade.

Utilização de semivariogramas como redutor de dimensionalidade no reconhecimento de padrões em imagens digitais hiperespectrais

Com o advento dos sensores hiperespectrais se tornou possível em sensoriamento remoto, uma serie de diferentes aplicações. Uma delas, é a possibilidade de se discriminar classes com comportamentos espectrais quase idênticas. Porém um dos principais problemas encontrados quando se trabalha com dados de alta dimensionalidade, é a dificuldade em estimar os inúmeros parâmetros que se fazem necessários. Em situações reais é comum não se ter disponibilidade de tamanho de amostra suficiente, por exemplo, para se estimar a matriz de covariâncias de forma confiável. O sensor AVIRIS fornece uma riqueza de informações sobre os alvos, são 224 bandas cobrindo o espectro eletromagnético, o que permite a observação do comportamento espectral dos alvos de forma muito detalhada. No entanto surge a dificuldade de se contar com uma amostra suficiente para se estimar a matriz de covariâncias de uma determinada classe quando trabalhamos com dados do sensor AVIRIS, para se ter uma idéia é preciso estimar 25.200 parâmetros somente na matriz de covariâncias, o que necessitaria de uma amostra praticamente impraticável na realidade. Surge então a necessidade de se buscar formas de redução da dimensionalidade, sem que haja perda significativa de informação. Esse tipo de problema vem sendo alvo de inúmeros estudos na comunidade acadêmica internacional. Em nosso trabalho pretendemos sugerir a redução da dimensionalidade através do uso de uma ferramenta da geoestatística denominada semivariograma. Investigaremos se os parâmetros calculados para determinadas partições do transecto de bandas do sensor AVIRIS são capazes de gerar valores médios distintos para classes com comportamentos espectrais muito semelhantes, o que por sua vez, facilitaria a classificação/discriminação destas classes.

Integração de imagens TM e aerogeofísicas para análise litoestrutural de uma porção da zona de cisalhamento transcorrente dorsal de Canguçu, regiao de Quitéria-Várzea do Capivarita, RS

A utilização de programas de processamento de imagens digitais e de sistemas de informações geográficas que admitem a importação e exportação de inúmeros formatos de apresentação de dados, aliado a modernos equipamentos de computação, tem tornado a integração de dados, de diferentes sensores, um caminho padrão em Geociências, pela otimização da relação custo/tempo na execução de serviços de mapeamento. Neste contexto, esse trabalho resulta da análise da integração de dados de sensoriamento remoto e geofísica, com o objetivo de verificar sua aplicabilidade na identificação e caracterização litológica e estrutural de uma área-teste, localizada na Região de Quitéria -Várzea do Capivarita, no Estado do Rio Grande do Sul. A metodologia usada, em um primeiro momento, priorizou o processamento e análise individual de dados cartográficos, de imagens TM/LANDSAT-5 e dados de aeromagnetometria e aerogamaespectrometria nos canais Contagem Total (CT), Potássio (K), Tório (Th) e Urânio (U). Os dados foram, a seguir, convertidos para o formato digital na forma de imagens (“raster”) com resolução espacial de 30 x 30 m, a fim de permitir o cruzamento de informações através de técnicas de Processamento Digital de Imagens e de Sistemas de Informações Geográficas (SIG’s). A integração das imagens TM e geofísicas foi realizada com o uso da Transformação IHS, através da conversão das bandas TM para as componentes individuais I, H e S; substituindo-se a componente H, pela imagem geofísica no retorno ao espaço RGB. A análise dos produtos de sensoriamento remoto e geofísica obtidos nessa pesquisa, permitiram identificar os Domínios Morfoestruturais; identificar e delimitar as diferentes Unidades Fotolitológicas; reconhecer os principais sistemas estruturais a partir da extração e análise de lineamentos; obter informações do padrão de relevo magnético; e, principalmente, a geração de imagens temáticas de teores de radioelementos com a identificação de áreas promissoras de mineralizações. Os resultados comprovam a eficiência do emprego de técnicas de integração de dados digitais, via computador, tanto para fins de mapeamento litoestrutural, como em caráter prospectivo, em serviços geológicos de grandes áreas.

Avaliação da qualidade de imagens médicas geradas por Ray Casting

Técnicas de visualização volumétrica direta propiciam a geração de imagens de alta qualidade já que se baseiam na amostragem do volume de dados original. Tal característica é particularmente importante na área da Medicina, onde imagens digitais de dados volumétricos devem ganhar maior importância como meio de apoio à tomada de decisão por parte dos médicos. No entanto, a geração de imagens com melhor qualidade possível acarreta um alto custo computacional, principalmente em relação ao algoritmo de ray casting, onde a qualidade de imagens depende de um maior número de amostras ao longo do raio fato este refletido no tempo de geração. Assim, a utilização de tais imagens em ambientes interativos é muitas vezes inviabilizada e, para a redução do custo computacional, é necessário abdicar parcialmente da qualidade da imagem. O conceito de qualidade é altamente subjetivo, e sua quantificação está fortemente relacionada à tarefa para qual a imagem está destinada. Na área da Medicina, imagem de boa qualidade é aquela que possibilita ao médico a análise dos dados através da sua representação visual, conduzindo-o a um diagnóstico ou prognóstico corretos. Nota-se que é necessário, então, avaliar a qualidade da imagem em relação a uma determinada tarefa a partir de critérios e métricas subjetivas ou objetivas. A maior parte das métricas objetivas existentes medem a qualidade de imagens com base no cálculo da diferença de intensidade dos pixels, fator que pode não ser suficiente para avaliar a qualidade de imagens do ponto de vista de observadores humanos. Métricas subjetivas fornecem informação mais qualificada a respeito da qualidade de imagens, porém são bastante custosas de serem obtidas. De modo a considerar tais aspectos, o presente trabalho propõe uma métrica objetiva que procura aproximar a percepção humana ao avaliar imagens digitais quanto à qualidade apresentada. Para tanto, emprega o operador gradiente de Sobel (enfatização de artefatos) e o reconhecimento de padrões para determinar perda de qualidade das imagens tal como apontado por observadores humanos. Os resultados obtidos, a partir da nova métrica, são comparados e discutidos em relação aos resultados providos por métricas objetivas existentes. De um modo geral, a métrica apresentada neste estudo procura fornecer uma informação mais qualificada do que métricas existentes para a medida de qualidade de imagens, em especial no contexto de visualização volumétrica direta. Este estudo deve ser considerado um passo inicial para a investigação de uma métrica objetiva mais robusta, modelada a partir de estudos subjetivos.

Integração de dados por meio de geoprocessamento, para a elaboração de mapas geotécnicos, análise do meio físico e suas interações com a mancha urbana : o caso de Porto Alegre (RS)

A elaboração de diagnósticos e a tomada de decisões sobre o meio físico, com a finalidade de estabelecer diretrizes para a ocupação racional do solo, são cada vez mais prementes, especialmente, no que diz respeito ao direcionamento da expansão urbana para áreas mais favoráveis. Da mesma forma, a facilidade de acesso aos parâmetros geotécnicos de uma região constituí um inestimável recurso nas etapas preliminares dos projetos de Engenharia, no planejamento de atividades extrativas e nos programas de preservação ambiental. A cartografia geotécnica, nesse sentido, tem sido um dos instrumentos mais eficientes para a avaliação do meio físico nas últimas décadas. Entretanto, o desenvolvimento de um mapa geotécnico requer a análise de um grande número de informações que precisam ser tratadas e combinadas com rapidez. Esta tese apresenta uma metodologia para a integração de dados, por meio da ferramenta básica geoprocessamento, visando agilizar, na fase de escritório, a elaboração de mapas geotécnicos e a análise de determinados aspectos do meio físico sob o ponto de vista da Geotecnia, bem como suas interações com a mancha urbana existente. A área teste escolhida é o município de Porto Alegre (RS) situado na porção leste do estado do Rio Grande do Sul, à margem esquerda do Lago Guaiba, cuja paisagem é marcada pela diversidade de cenários naturais formados por terrenos de coxilhas, morros, cristas, lagos e planícies. A metodologia envolve a captura, o processamento e a integração de informações provenientes de fontes diversas como mapas temáticos, levantamento aerofotogramétrico, cartas topográficas, fotografias aéreas, imagens de satélite, boletins de sondagens SPT (Standart Penetration Test), dissertações e teses acadêmicas. Para isso, é constituída por nove etapas distintas, que utilizam: a) sistema de digitalização para a conversão de informações analógicas para o meio digital; b) modelagem digital do terreno (MDT) para o modelamento e a identificação do relevo, a determinação de declividades, o mapeamento de áreas com isodeclividades e o cálculo do fator topográfico, esse último objetivando a determinação da suscetibilidade à erosão laminar; c) técnicas de processamento e classificação de imagens orbitais para os mapeamentos das áreas inundáveis e da mancha urbana; d) Sistemas de Informações Geográficas (SIGs) para o processamento e a integração de informações georreferenciadas no computador; e) banco de dados digital para o armazenamento de dados descritivos sobre o meio físico e parâmetros geotécnicos obtidos em laboratório, sondagens e outras formas de investigação in situ. A estimativa das unidades geotécnicas é procedida com base na proposta metodológica para mapeamento geotécnico desenvolvida por Davison Dias (1995), na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Além da elaboração do mapa geotécnico, a metodologia propõe a análise e o cruzamento de vários fatores do meio físico com a mancha urbana existente, ou com uma subárea pertencente à região de estudo, a geração de mapas de aptidão do solo para diferentes usos e a identificação das áreas consideradas de eventos perigosos e de risco geológico. Os principais softwares empregados são o AutoCAD@, o SURFER@, ACESS@ e o IDRISI 2.0@, desenvolvido pela Clark University, USA. Os resultados obtidos a partir da implementação da metodologia demonstraram a importância e a contribuição que a ferramenta básica geoprocessamento pode trazer aos estudos geotécnicos. Os diferentes sistemas de geoprocessamento utilizados para a manipulação e tratamento das informações espaciais mostraram-se adequados e eficientes quando aplicados na coleta, processamento e integração de dados geotécnicos. Para a área teste foram identificadas trinta e sete unidades com perfis de solos com comportamento geotécnico praticamente similar frente ao uso e à ocupação do solo, cujas informações descritivas sobre o meio físico puderam ser facilmente acessadas e visualizadas, no computador, por meio da integração banco de dados geotécnicos com Sistema de Informações Geográficas. Por outro lado, o emprego de técnicas de processamento e classificação de imagens digitais revelou-se um recurso importante para a obtenção de informações sobre o meio físico, enquanto o uso de modelagem digital do terreno (MDT) agilizou o mapeamento das declividades e o cálculo da suscetibilidade potencial à erosão laminar, além de permitir a geração do relevo em perspectiva da região estudada.

Colesteatomas adquiridos : análise comparativa da perimatriz entre pacientes pediátricos e adultos

Introdução: Os colesteatomas podem ocorrer tanto em crianças como em adultos, porém nas crianças pareceriam ter um crescimento mais agressivo e extenso. A atividade das colagenases poderia explicar este perfil. Objetivo: Comparar, histologicamente, a perimatriz de colesteatomas adquiridos de crianças com os de adultos. Métodos: Foram estudados 74 colesteatomas, 35 pediátricos, coletados em cirurgias otológicas, fixados em formol 10% e processados pelas técnicas histológicas habituais. Foram preparadas uma lâmina em Hematoxilina-Eosina (HE) e outra em Picrossírios, de cada amostra, e analisadas ao microscópio óptico. A leitura foi “cega”, efetuada por meio de imagens digitais, no software ImagePro Plus. A análise estatística foi realizada através dos coeficientes de correlação de Pearson e Spearman e dos testes t e χ2, sendo considerados como estatisticamente significativos os valores de P<0,05. Resultados: Dos 74 colesteatomas coletados, 17 - sete do grupo pediátrico e dez do adulto - foram excluídos por não terem presença de matriz e perimatriz nas lâminas processadas. A média±dp da idade, no grupo pediátrico, foi de 12,85±3,63; e no adulto, 33,69±13,10. Na análise histológica, o número médio de camadas de células epiteliais da matriz foi igual a oito, nos dois grupos, 60% das amostras apresentavam inflamação, de moderada a acentuada; quanto à fibrose, nas crianças, 71,4% e nos adultos, 62,1%; o granuloma apareceu em 10,7% e 13,8%, respectivamente; a presença de epitélio cubóide simples delimitando a perimatriz foi encontrada em 29% dos infantis e 14% dos adultos, entretanto, nenhuma dessas variáveis apresentou diferença estatisticamente significativas quando comparadas por faixa etária (P>0,05). Quanto à espessura da perimatriz, no grupo pediátrico, as medianas (intervalo interquartil) dos parâmetros foram: média=79 (41 a 259); mediana=77 (40 a 265); soma=1.588 (831 a 5.185); delta=82 (44 a 248); mínimo=53 (16 a 165) e máximo=127 (64 a 398); já no grupo de adultos foram: média=83 (26 a 174); mediana=68 (30 a 181); soma=1.801 (558 a 3.867); delta=92 (45 a 190); mínimo=27 (12 a 100) e máximo=136 (53 a 280). O coeficiente de Spearman mostrou correlação inversa, moderada, entre a espessura da perimatriz e a idade; também houve correlação, forte, entre a espessura da perimatriz e o número de camadas da matriz, porém não houve correlação entre essa com a idade. Conclusão: Histologicamente, a perimatriz de colesteatomas adquiridos, de crianças e adultos, vista à microscopia óptica, apresenta-se como um tecido conjuntivo denso de espessura variável (intra e interpacientes), que, por vezes, exibe infiltrado inflamatório linfoplasmocitário e/ou tecido de granulação e reação de corpo estranho; em alguns casos é delimitada em plano profundo por epitélio cubóide simples. Há correlação inversa, de fraca a moderada, entre o tamanho da perimatriz, medida em micrômetros e a idade do paciente na data da cirurgia. O grau de inflamação da perimatriz apresenta correlação, de moderada a forte, com a espessura da perimatriz. As espessuras da matriz e da perimatriz estão fortemente correlacionadas.

Análise ambiental e cartografia do uso efetivo e preferencial da terra em fevereiro de 1992, através do sensoriamento remoto

Foi realizado um estudo sobre a situação ambiental numa micro bacia hidrográfica, utilizando o Sensoriamento Remoto e outras fontes como técnica de obtenção e tratamento dos dados. Com o recurso das classificações de imagens digitais, através de um procedimento não-supervisionado e de outro supervisionado, utilizando, respectivamente os métodos da Distância Euclidiana e da Máxima Verossimilhança, foi identificado o uso efetivo aplicado à terra na data de tomada da imagem, de cujo resultado obteve-se um documento cartográfico que representa o uso antrópico da área. Através da identificação das características físicas locais, com base na interpretação visual dos produtos do Sensoriamento Remoto, imagens TM e fotografias aéreas, e de outras fontes, foi feita a identificação do emprego mais adequado a ser aplicado à terra, a qual gerou um outro documento cartográfico representativo. Do cruzamento das informações contidas nas etapas anteriormente descritas, foi realizada uma análise ambiental da área em estudo, a qual também gerou um mapa temático que a representa.

Pós-processamento de imagens digitalizadas na odontometria de primeiros pré-molares superiores

A partir de uma amostra de 30 radiografias mesiorradiais prémolares superiores, contendo um instrumento endodôntico em cada um de seus condutos, obtidas com a finalidade de odontometria, foi avaliado se a manipulação digital pela aplicação de filtros grráficos de inversão, pseudocolorização e relevo, favorece ou não a localização do ápice radiográfico.As imagens convencionais foram digitalizadas através de scanner em 300 dpi e 256 tons de cinca, tamanho original e ajuste automático de brilho e contraste, reproduzidas três vezes e submetidas aos filtros gráficos. Uma seqüência aleatória de todas as imagens foi apresentada em monitor, em condições padronizadas de visualização, a um observador habituado à utilização de imagens digitais que, através de régua eletrônica da barra de ferramentas do programa PhotoshopR, efetuou a medida da distância entre a borda superior da imagem e o limite apical para ambas as raízes, três vezes em oportunidades distintas. As quatro imagens de cada dente foram montadas em apresentação do programa PowerPointR e exibidas, com os mesmos critérios de padronização, para três observadores especialistas em endodontia, os quais qualitativamente em qual delas o limite apical de cada raiz era melhor visualizado. Através dos resultados do teste não-paramétrico de Friedman verificou-se que os valores médios para as imagens manipuladas não diferem significativamente daqueles obtidos sobre a imagem (p=0,001), onde se observa o maior coeficiente de variação. A imagem e sua versão em negativo foram classificadas como as melhores de forma mais consistente. A modalidade pseudocores e relevo receberam os piores escores, porém não de modo consistente.

Presença e uso de tecnologia da informação no ensino de projeto arquitetônico : estudo exploratório nas faculdades de arquitetura e urbanismo de Porto Alegre / RS

O uso de Tecnologia da Informação (TI) tem evoluído muito nos últimos anos e isto influencia, sem dúvida, o ensino e a prática da arquitetura. Observa-se que o ensino de projeto nas escolas de arquitetura se dá através de um processo prático-reflexivo, no qual os alunos aprendem fazendo, sob a orientação dos professores. O conhecimento arquitetônico, portanto, vai sendo construído através da análise e interpretação do projeto e a busca de significados a partir da sua representação, sejam esboços à mão livre ou imagens digitais. Desta forma, as disciplinas de prática projetual têm grande importância, sendo consideradas fundamentais para a formação do arquiteto. Reconhecendo que a aplicação da TI gera novos paradigmas projetuais, mostrou-se importante a investigação da docência e da prática profissional. Este trabalho tem por objetivo caracterizar a presença e o uso de TI no ensino de projeto arquitetônico nas Faculdades de Arquitetura e Urbanismo (FAU) de Porto Alegre, RS. Demonstra-se, através dos resultados de estudo exploratório em quatro FAUs, as características pessoais e a forma como estão sendo desenvolvidas as habilidades dos alunos para a prática de projeto arquitetônico em função das tecnologias disponíveis e das tendências futuras que se apresentam a estes profissionais. Verificou-se como os estudantes usam recursos computacionais em geral, qual o seu o nível de conhecimento sobre TI e como tem sido feita a abordagem pelas FAUs deste tema. Explorou-se, de forma especial, a aplicação de sistemas CAD no processo de projeto arquitetônico Constatou-se que os sistemas ainda são bastante sub utilizados e que as disciplinas dos currículos das FAUs estudadas levam a uma formação aquém da necessidade exigida pelos escritórios de arquitetura, onde o uso de recursos computacionais é corrente. Para estarem adequados as exigências do mercado de trabalho, os estudantes além de completarem o seu Curso, necessitam superar a necessidade de aprendizagem de sistemas computacionais, muitas vezes adquirida durante o estágio ou em cursos extra-curriculares.

Estimativa da área impermeável dentro da bacia hidrográfica do Arroio Diluvio (porto Alegre/RS) através de técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento

Neste trabalho foram realizadas classificações utilizando-se as bandas 1 a 5 e 7 dos sensores Landsat 5 TM (1987) e Landsat 7 ETM+ (2000). A caracterização espectral dos materiais foi realizada em laboratório utilizando um espectrorradiômetro, e através das bandas 1 a 5 e 7 dos sensores Landsat 5 TM (1987) e Landsat 7 ETM+ (2000). A transformação dos dados multiespectrais de imagens de sensoriamento remoto é uma maneira de reduzir o volume de dados através da identificação de classes de interesse numa imagem digital. No intuito de verificar condições de melhoramento na classificação de alvos urbanos em imagens digitais, identificados por procedimentos já conhecidos, como a classificação pela Máxima Verossimilhança, escolheu-se um classificador baseado na lógica fuzzy. O classificador utilizado foi o Fuzzy Set Membership classification - Fuzclass, que faz parte de um conjunto de classificadores não-rígidos disponíveis no programa Idrisi 32. Uma vez que informações sobre o desempenho de produtos deste classificador em áreas urbanas são escassas, foram conduzidos ensaios de comparação de resultados obtidos por este classificador com a verdade terrestre, representada por uma imagem de alta resolução espacial do satélite QuickBird. As áreas teste selecionadas desta imagem atendem ao critério de inalterância das condições de ocupação para o intervalo temporal considerado A comparação feita, permite concluir que o classificador apresenta limitações na classificação de áreas urbanas devido ao comportamento espectral semelhante dos materiais que fazem parte dessa cobertura. A utilização de uma classe única para identificar áreas impermeáveis foi a solução adotada para contornar este óbice. O emprego de áreas teste possibilitou acertar a escolha do grau de possibilidade de presença da classe no pixel (PPCP). Uma comparação entre os resultados apresentados na classificação de áreas impermeáveis, com base nos classificadores Máxima Verossimilhança e Fuzclass, demonstrou um desempenho melhor do classificador fuzzy, em função do nível de PPCP ajustado durante a análise comparativa Landsat e Quickbird nas áreas teste. Um procedimento alternativo de estimativa de áreas impermeáveis em bacias urbanas é apresentado no final.

Detecção radiográfica de defeitos ósseos incipientes no periápice

Esta dissertação é apresentada sob a forma de quatro artigos. O artigo I avaliou a concordância e a acurácia no diagnóstico da situação do periápice de molares e prémolares inferiores portadores ou não de patologia periapical. Quarenta radiografias periapicais foram selecionadas, vinte de dentes com vitalidade pulpar e sem radiolucências periapicais e vinte de dentes com necrose pulpar. As radiografias foram digitalizadas em scanner no modo 8 bits, 300 dpi e armazenadas no formato JPEG 12. As imagens digitalizadas foram apresentadas no formato de slides com fundo preto no programa PowerPoint, sendo projetadas em equipamento multimídia para dois grupos de dez observadores, estudantes de pós-graduação de uma mesma instituição de ensino, simultaneamente, com repetição de 20% dos casos. Os observadores apresentaram ampla variação do percentual de concordância entre diagnósticos repetidos, contudo, quando agrupados por especialidade, endodontistas e radiologistas apresentaram percentuais de concordância de 62,50 e 66,25%, respectivamente. Na análise da concordância interobservadores, ambos os grupos apresentaram desempenho semelhante, sendo este superior entre os alunos de radiologia (Kendall´s W= 0,816 e 0,662 respectivamente). Em relação à especificidade, observou-se desempenho idêntico para os dois grupos (70 a 95%), contudo os alunos de radiologia apresentaram sensibilidade ligeiramente superior (70 a 95%). O artigo II verificou, in vitro, se é possível medir com confiabilidade, utilizando a tomografia computadorizada, a distância entre as corticais ósseas e os ápices dentários de molares e pré-molares em mandíbulas humanas secas, além de determinar a relação de proximidade, dos dois grupos, com as corticais. As imagens das peças ósseas foram obtidas por tomografia computadorizada. A partir delas mensurações foram realizadas, por quatro observadores, três não calibrados (A, B e C) e um calibrado (D). A concordância interexaminador, para os observadores A, B e C, assim como a intra para o observador D foram calculadas por meio do Teste de Concordância de Kendall. A partir das médias geradas (observador D) foi calculada a comparação entre os grupos de ápices e as medidas, utilizando os Testes Não-Paramétricos de Kruskal Wallis e Wilcoxon, ambos com a=5%. Uma boa concordância tanto inter quanto intra-examinador foi observada. A tomografia computadorizada mostrou-se reprodutível para a obtenção da distância entre os ápices dentários e as corticais ósseas, tanto na avaliação inter quanto intra-observador. Não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas quanto á posição dos ápices de raízes de pré-molares e de molares, contudo os prémolares apresentaram seus ápices significativamente mais próximos da cortical vestibular do que da lingual. O artigo III avaliou o desempenho diagnóstico de radiografias periapicais em diferentes estágios de perda óssea (leve, moderada e severa), digitalmente simulada na região apical. A partir de radiografias trinta ápices dentários de pré-molares e molares inferiores sem radiolucências foram selecionados. As radiografias foram digitalizadas em scanner no modo 8 bits, 300 dpi e armazenadas no formato JPEG 12. Na imagem inicial (original) os sítios apicais selecionados foram demarcados por um quadrado, as mesmas foram digitalmente reproduzidas seis vezes e numeradas em ordem crescente, formando sete conjuntos. A perda óssea foi digitalmente simulada com as ferramentas lápis (modelo mecânico) e spray (modelo químico), com tinta preta, em intensidade de 3%, 5% e 8%. Os pares de imagens (inicial e experimental) e subtrações foram avaliados por três observadores, com repetição de 20% dos casos. O Coeficiente de Correlação de Spearman e o Teste Não Paramétrico de Wilcoxon mostraram uma boa concordância entre a primeira e a segunda medida para os dois modelos, com exceção de um observador. Através da análise das curvas ROC (p> 0,05) observou-se diferença significativa entre os métodos para ambos os modelos nas intensidades de 3% e 5%. Não houve diferença significativa para a intensidade de 8%. A subtração digital qualitativa mostrou desempenho significativamente melhor do que a avaliação de pares de radiografias para ambos os modelos de reabsorção simulada nas intensidades leve e moderada. O artigo IV avaliou, in vitro, os diagnósticos obtidos de pares de radiografias, subtração radiográfica de imagens digitais diretas e digitalizadas em defeitos ósseos periapicais incipientes criados por aplicação de solução ácida. Em quarenta sítios apicais de mandíbulas humanas secas foram criados defeitos ósseos, por meio da aplicação de ácido perclórico 70%, nos tempos 6, 10, 24, 48 e 54 horas. As radiografias convencionais e as imagens digitais diretas foram obtidas duas vezes no tempo zero e, seqüencialmente, antes de cada nova aplicação de ácido. As incidências foram padronizadas fixando os elementos geométricos. As radiografias foram digitalizadas em scanner no modo 8 bits, 300 dpi e armazenadas, assim como as digitais diretas, no formato TIFF. O programa Imagelab foi utilizado para a subtração das imagens digitais indiretas e diretas. A subtração radiográfica das imagens digitalizadas e os pares de imagem digital foram avaliados por um observador experiente, sendo 20% repetidas durante o exame. A análise quantitativa da subtração radiográfica de imagens diretas foi realizada no programa ImageTool. Os resultados das análises qualitativa e quantitativa foram avaliados por meio da ANOVA, sendo a primeira complementada pelo Teste de Comparações Múltiplas Dunnett T3 e a segunda pelo Teste de Tukey, ambos com a=5%. O observador apresentou coeficiente de Kappa = 0,739 para subtração e 0,788 para os pares de imagem. No tempo 0 houve acerto de diagnóstico em 100 e 90% dos casos para subtração e pares de imagem, respectivamente. Nos tempo 6 e 10/24 foram identificadas, para subtração, alterações em 20 e 25% dos casos e para os pares de imagem em 2,5 e 10% dos casos. A proporção de acertos aumentou significativamente nos tempos 48 e 54 horas, tanto para subtração – 80 e 82,5% – quanto para os pares de imagem – 47,5 e 52,5%. A ANOVA evidenciou diferenças estatisticamente significativas entre as áreas controle nos tempos 0/6 e 48/54. Comparando áreas teste e controle, observou-se que aquela apresentou valores médios de densidade óptica significativamente menores nos tempos 24, 48 e 54. Conclui-se que tanto a avaliação qualitativa como a quantitativa de imagens de subtração apresentaram melhor desempenho que a avaliação dos pares de imagem na detecção de defeitos incipientes no periápice.

Feições de textura para classificação de imagens

Presentemente, os métodos utilizados no processo classificação de imagens, em sua grande maioria, fazem uso exclusivamente dos atributos espectrais. Nesta pesquisa,são introduzidos os atributos espaciais, em particular a textura, no processo de classificação de imagens digitais. As informações de textura são quantificadas pelo método das matrizes de co-ocorrência, proposto por Haralick, e organizadas em um formato similar ao utilizado nas bandas espectrais, gerando desta forma canais de textura. Com a implementação deste atributo em adição aos espectrais, obtêm-se um acréscimo na exatidão obtida no processo de classificação de imagens.