Desenvolvimento de um fantoma cerebral para ressonância magnética

O controlo da qualidade em ressonância magnética (RM) passa pela realização de diversos testes ao equipamento e calibrações diárias, onde os fantomas desempenham um papel fundamental. Este trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento de um fantoma cerebral para um sistema de RM de intensidade 3.0 Tesla. Com base na literatura existente, escolheram-se como reagentes o cloreto de gadolínio (III) (GdCl3), a agarose, e o gelificante carragena, tendo sido ainda acrescentado o conservante químico azida de sódio (NaN3) de forma a inibir a degradação da solução. Realizaram-se vários testes com diferentes concentrações dos materiais selecionados até obter as misturas adequadas a suscetibilidade magnética das substâncias branca e cinzenta cerebrais. Os tempos de relaxação T1 das diversas substâncias desenvolvidas foram medidos, apresentando o fantoma final uns tempos de T1 de 702±10 ms, quando a concentração de GdCl3 foi de 100 µmol (substância branca) e 1179±23 ms quando a concentração foi de 15 µmol (substância cinzenta). Os valores de T1 do fantoma foram comparados estatisticamente com os tempos de relaxação conseguidos a partir de um cérebro humano, obtendo-se uma correlação de 0.867 com significância estatística. No intuito de demonstrar a aplicabilidade do fantoma, este foi sujeito a um protocolo de RM, do qual constaram as sequências habitualmente usadas no estudo cerebral. Como principais resultados constatou-se que, nas sequências ponderadas em T1, o fantoma apresenta uma forte associação positiva (rs > 0.700 p = 0.072) com o cérebro de referência, ainda que não sejam estatisticamente significativos. As sequências ponderadas em T2 demonstraram uma correlação positiva moderada e fraca, sendo a ponderação densidade protónica a única a apresentar uma associação negativa. Desta forma, o fantoma revelou-se um ótimo substituto do cérebro humano. Este trabalho culminou na criação de um modelo cerebral tridimensional onde foram individualizadas as regiões das substâncias branca e cinzenta, de forma a posteriormente serem preenchidas pelas correspondentes substâncias desenvolvidas, obtendo-se um fantoma cerebral antropomórfico.

A learning approach to swarm-based path detection and tracking

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.

Automatização de sistema de medição múltiplo de ensaio de manómetros analógicos

A dissertação em apreço resultou da necessidade em otimizar os recursos técnicos, mas sobretudo humanos, afetos às verificações de instrumentos de medição, no âmbito do Controlo Metrológico Legal. Estas verificações, realizadas nos termos do cumprimento das competências outrora atribuídas à Direção de Serviços da Qualidade da então Direção Regional da Economia do Norte, eram operacionalizadas pela Divisão da Qualidade e Licenciamento, na altura dirigida pelo subscritor da presente tese, nomeadamente no que respeita aos ensaios efetuados, em laboratório, a manómetros analógicos. O objetivo principal do trabalho foi alcançado mediante o desenvolvimento de um automatismo, materializado pela construção de um protótipo, cuja aplicação ao comparador de pressão múltiplo, dantes em utilização, permitiria realizar a leitura da indicação de cada manómetro analógico através de técnicas de processamento de imagem, função esta tradicionalmente efetuada manualmente por um operador especializado. As metodologias de comando, controlo e medição desse automatismo foram realizadas através de um algoritmo implementado no software LabVIEW® da National Intruments, particularmente no que respeita ao referido processamento das imagens adquiridas por uma câmara de vídeo USB. A interface com o hardware foi concretizada recorrendo a um módulo de Aquisição de Dados Multifuncional (DAQ) USB-6212, do mesmo fabricante. Para o posicionamento horizontal e vertical da câmara de vídeo USB, recorreu-se a guias lineares acionadas por motores de passo, sendo que estes dispositivos foram igualmente empregues no acionamento do comparador de pressão. Por último, procedeu-se à aquisição digital da leitura do padrão, recorrendo à respetiva virtualização, bem como a uma aplicação desenvolvida neste projeto, designada appMAN, destinada à gestão global do referido automatismo, nomeadamente no que se refere ao cálculo do resultado da medição, erro e incerteza associada, e emissão dos respetivos documentos comprovativos.

Detecção e Quantificação de Neurónios em C.elegans

Nesta dissertação é apresentado um estudo dos sistemas de processamento automático de imagem em contexto de um problema relacionado com a individualização de neurónios em imagens da nematoda C. elegans durante estudos relacionados com a doença de Parkinson. Apresenta-se uma breve introdução à anatomia do verme, uma introdução à doença de Parkinson e uso do C. elegans em estudos relacionados e também é feita a análise de artigos em contexto de processamento de imagem para contextualizar a situação atual de soluções para o problema de extração de características e regiões específicas. Neste projeto é desenvolvida uma pipeline com o auxilio do software CellProfiler para procurar uma resposta para o problema em questão.

Automated segmentation, tracking and evaluation of bacteria in microscopy images

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Estudo da Delaminação em Compósitos de Epóxido Reforçado com Borracha e Fibras Naturais

Nos últimos anos, a utilização dos materiais compósitos tem vindo a tornar-se cada vez mais comum em várias indústrias, onde se verifica uma ascensão na procura pelos mesmos. Características como o baixo peso aliado à sua alta resistência e rigidez permitem que estes materiais possuam diversas aplicações em variadas áreas, desde a medicina, aeronáutica, indústria automóvel e aeroespacial, até à indústria eletrónica. Hoje em dia, o uso de desperdícios sólidos de borracha e fibras naturais na produção de materiais compósitos é, mais que uma opção, uma necessidade ambiental. De forma a reduzir as enormes quantidades de desperdícios, foi criado um material compósito constituído por uma resina termoendurecível reforçada com esses dois tipos de desperdícios. Parâmetros de fabrico como a percentagem de borracha, o tamanho das partículas de borracha, a percentagem de fibras de cana-de-açúcar e o comprimento dessas fibras foram variados, com o objetivo de estudar a influência destes dois materiais nas propriedades mecânicas do compósito. Apesar da maior parte dos compósitos serem fabricados na forma de uma peça funcional quase pronta a ser utilizada, por vezes é necessário recorrer à maquinação de furos. Apesar das muitas técnicas de furação existentes, os defeitos resultantes deste processo aplicado aos materiais compósitos são ainda muito comuns. Desses defeitos o que mais se destaca é sem dúvida a delaminação. Trinta e seis provetes de epóxido reforçado com borracha e fibra de cana-de-açúcar foram fabricados e furados, de modo a possibilitar o estudo das propriedades mecânicas do material compósito, assim como a análise da zona danificada durante a furação. Diferentes condições de furação, como tipos de broca e velocidades de avanço diferentes, foram impostas aos provetes de forma a variar o mais possível a zona de dano de uns furos para os outros. Parâmetros como a área de dano ou ainda o fator de delaminação provam ser muito úteis na caracterização e quantificação do dano na zona periférica de um furo. Recorrendo a técnicas de processamento de imagem foi possível obter esses parâmetros. O processamento e análise de imagem pode ser feito através de vários métodos. O método utilizado neste trabalho foi o software MATLAB® associado a ferramentas de processamento de imagem. Depois de feita a análise dos furos foram realizados ensaios de esmagamento a todos os provetes. Este passo permitiu assim avaliar de que forma os parâmetros de furação influenciam a resistência mecânica do material, e se a avaliação realizada aos furos é um método viável para a avaliação da extensão de dano nesses furos.

Detecting and evaluating land cover change in the eastern half of East Timor (1972-2011)

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

About using serious games to teach (Portuguese) sign language

Sign language is the form of communication used by Deaf people, which, in most cases have been learned since childhood. The problem arises when a non-Deaf tries to contact with a Deaf. For example, when non-Deaf parents try to communicate with their Deaf child. In most cases, this situation tends to happen when the parents did not have time to properly learn sign language. This dissertation proposes the teaching of sign language through the usage of serious games. Currently, similar solutions to this proposal do exist, however, those solutions are scarce and limited. For this reason, the proposed solution is composed of a natural user interface that is intended to create a new concept on this field. The validation of this work, consisted on the implementation of a serious game prototype, which can be used as a source for learning (Portuguese) sign language. On this validation, it was first implemented a module responsible for recognizing sign language. This first stage, allowed the increase of interaction and the construction of an algorithm capable of accurately recognizing sign language. On a second stage of the validation, the proposal was studied so that the pros and cons can be determined and considered on future works.

The brushstroke and materials of Amadeo de Souza-Cardoso combined in an authentication tool

Nowadays, authentication studies for paintings require a multidisciplinary approach, based on the contribution of visual features analysis but also on characterizations of materials and techniques. Moreover, it is important that the assessment of the authorship of a painting is supported by technical studies of a selected number of original artworks that cover the entire career of an artist. This dissertation is concerned about the work of modernist painter Amadeo de Souza-Cardoso. It is divided in three parts. In the first part, we propose a tool based on image processing that combines information obtained by brushstroke and materials analysis. The resulting tool provides qualitative and quantitative evaluation of the authorship of the paintings; the quantitative element is particularly relevant, as it could be crucial in solving authorship controversies, such as judicial disputes. The brushstroke analysis was performed by combining two algorithms for feature detection, namely Gabor filter and Scale Invariant Feature Transform. Thanks to this combination (and to the use of the Bag-of-Features model), the proposed method shows an accuracy higher than 90% in distinguishing between images of Amadeo’s paintings and images of artworks by other contemporary artists. For the molecular analysis, we implemented a semi-automatic system that uses hyperspectral imaging and elemental analysis. The system provides as output an image that depicts the mapping of the pigments present, together with the areas made using materials not coherent with Amadeo’s palette, if any. This visual output is a simple and effective way of assessing the results of the system. The tool proposed based on the combination of brushstroke and molecular information was tested in twelve paintings obtaining promising results. The second part of the thesis presents a systematic study of four selected paintings made by Amadeo in 1917. Although untitled, three of these paintings are commonly known as BRUT, Entrada and Coty; they are considered as his most successful and genuine works. The materials and techniques of these artworks have never been studied before. The paintings were studied with a multi-analytical approach using micro-Energy Dispersive X-ray Fluorescence spectroscopy, micro-Infrared and Raman Spectroscopy, micro-Spectrofluorimetry and Scanning Electron Microscopy. The characterization of Amadeo’s materials and techniques used on his last paintings, as well as the investigation of some of the conservation problems that affect these paintings, is essential to enrich the knowledge on this artist. Moreover, the study of the materials in the four paintings reveals commonalities between the paintings BRUT and Entrada. This observation is supported also by the analysis of the elements present in a photograph of a collage (conserved at the Art Library of the Calouste Gulbenkian Foundation), the only remaining evidence of a supposed maquete of these paintings. The final part of the thesis describes the application of the image processing tools developed in the first part of the thesis on a set of case studies; this experience demonstrates the potential of the tool to support painting analysis and authentication studies. The brushstroke analysis was used as additional analysis on the evaluation process of four paintings attributed to Amadeo, and the system based on hyperspectral analysis was applied on the painting dated 1917. The case studies therefore serve as a bridge between the first two parts of the dissertation.

Automated quantitative analysis of MCC-IMS spectra

Ion Mobility Spectrometry coupled with Multi Capillary Columns (MCC -IMS) is a fast analytical technique working at atmospheric pressure with high sensitivity and selectivity making it suitable for the analysis of complex biological matrices. MCC-IMS analysis generates its information through a 3D spectrum with peaks, corresponding to each of the substances detected, providing quantitative and qualitative information. Sometimes peaks of different substances overlap, making the quantification of substances present in the biological matrices a difficult process. In the present work we use peaks of isoprene and acetone as a model for this problem. These two volatile organic compounds (VOCs) that when detected by MCC-IMS produce two overlapping peaks. In this work it’s proposed an algorithm to identify and quantify these two peaks. This algorithm uses image processing techniques to treat the spectra and to detect the position of the peaks, and then fits the data to a custom model in order to separate the peaks. Once the peaks are separated it calculates the contribution of each peak to the data.

O âmbito de aplicação material da legislação de proteção de dados pessoais e o tratamento de imagem por pessoa singular

Images have gained a never before seen importance. Technological changes have given the Information Society extraordinary means to capture, treat and transmit images, wheter your own or those of others, with or without a commercial purpose, with no boundaries of time or country, without “any kind of eraser”. From the several different ways natural persons may engage in image processing with no commercial purpose, the cases of sharing pictures through social networks and video surveillance assume particular relevance. Consequently there are growing legitimate concerns with the protection of one's image, since its processing may sometimes generate situations of privacy invasion or put at risk other fundamental rights. With this in mind, the present thesis arises from the question: what are the existent legal instruments in Portuguese Law that enable citizens to protect themselves from the abusive usage of their own pictures, whether because that image have been captured by a smartphone or some video surveillance camera, whether because it was massively shared through a blog or some social network? There is no question the one's right to not having his or her image used in an abusive way is protected by the Portuguese constitution, through the article 26th CRP, as well as personally right, under the article 79th of the Civil Code, and finally through criminal law, articles 192nd and 193rd of the Criminal Code. The question arises in the personal data protection context, considering that one's picture, given certain conditions, is personal data. Both the Directive 95/46/CE dated from 1995 as well as the LPD from 1998 are applicable to the processing of personal data, but both exclude situations of natural persons doing so in the pursuit of activities strictly personal or family-related. These laws demand complex procedures to natural persons, such as the preemptive formal authorisation request to the Data Protection National Commission. Failing to do so a natural person may result in the application of fines as high as €2.500,00 or even criminal charges. Consequently, the present thesis aims to study if the image processing with no commercial purposes by a natural person in the context of social networks or through video surveillance belongs to the domain of the existent personal data protection law. To that effect, it was made general considerations regarding the concept of video surveillance, what is its regimen, in a way that it may be distinguishable from Steve Mann's definition of sousveillance, and what are the associated obligations in order to better understand the concept's essence. The application of the existent laws on personal data protection to images processing by natural persons has been analysed taking into account the Directive 95/46/CE, the LPD and the General Regulation. From this analysis it is concluded that the regimen from 1995 to 1998 is out of touch with reality creating an absence of legal shielding in the personal data protection law, a flaw that doesn't exist because compensated by the right to image as a right to personality, that anyway reveals the inability of the Portuguese legislator to face the new technological challenges. It is urgent to legislate. A contrary interpretation will evidence the unconstitutionality of several rules on the LPD due to the obligations natural persons are bound to that violate the right to the freedom of speech and information, which would be inadequate and disproportionate. Considering the recently approved General Regulation and in the case it becomes the final version, the use for natural person of video surveillance of private spaces, Google Glass (in public and private places) and other similar gadgets used to recreational purposes, as well as social networks are subject to its regulation only if the images are shared without limits or existing commercial purposes. Video surveillance of public spaces in all situations is subject to General Regulation provisions.

Automatic eye blink detection using consumer web cameras

This research aims to advance blinking detection in the context of work activity. Rather than patients having to attend a clinic, blinking videos can be acquired in a work environment, and further automatically analyzed. Therefore, this paper presents a methodology to perform the automatic detection of eye blink using consumer videos acquired with low-cost web cameras. This methodology includes the detection of the face and eyes of the recorded person, and then it analyzes the low-level features of the eye region to create a quantitative vector. Finally, this vector is classified into one of the two categories considered —open and closed eyes— by using machine learning algorithms. The effectiveness of the proposed methodology was demonstrated since it provides unbiased results with classification errors under 5%

Segmentação de imagens fetais com potencial para desenvolvimento de ferramentas de apoio ao diagnóstico

Programa Doutoral em Engenharia Eletrónica e de Computadores

A 3D computer assisted Orthopedic Surgery Planning approach based on planar radiography

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Informática Médica)