Desenvolvimento de ferramenta computacional para metrologia com microtomografia computadorizada

Esta tese apresentada uma proposta de desenvolvimento de uma ferramenta computacional para metrologia com microtomografia computadorizada que possa ser implantada em sistemas de microtomógrafos convencionais. O estudo concentra-se nas diferentes técnicas de detecção de borda utilizadas em processamento de imagens digitais.Para compreender a viabilidade do desenvolvimento da ferramenta optou-se por utilizar o Matlab 2010a. A ferramenta computacional proposta é capaz de medir objetos circulares e retangulares. As medidas podem ser horizontais ou circulares, podendo ser realizada várias medidas de uma mesma imagem, uma medida de várias imagens ou várias medidas de várias imagens. As técnicas processamento de imagens digitais implementadas são a limiarização global com escolha do threshold manualmente baseado no histograma da imagem ou automaticamente pelo método de Otsu, os filtros de passa-alta no domínio do espaço Sobel, Prewitt, Roberts, LoG e Canny e medida entre os picos mais externos da 1 e 2 derivada da imagem. Os resultados foram validados através de comparação com os resultados de teste realizados pelo Laboratório de Ensaios Mecânicos e Metrologia (LEMec) do Intstituto Politécnico do Rio de Janeiro (IPRJ), Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Nova Friburdo- RJ e pelo Serviço Nacional da Indústria Nova Friburgo (SENAI/NF). Os resultados obtidos pela ferramenta computacional foram equivalentes aos obtidos com os instrumentos de medição utilizados, demonstrando à viabilidade de utilização da ferramenta computacional a metrologia.

LIVIA - um software para classificação não supervisionada de áreas foliares infectadas pela ferrugem do café.

O objetivo deste comunicado é apresentar a implementação JavaTM do software LIVIA (Library for Visual Image Analysis). Trata-se de um módulo de processamento de imagens digitais aplicado à agricultura, desenvolvido na Embrapa Informática Agropecuária (Campinas/SP), sob demanda da Embrapa Meio Ambiente (Jaguariúna/SP).

Filtro Schen-Castan (ISEF) para detecção de borda.

Com esta publicação, dá-se prosseguimento na implementação de algoritmos úteis para a detecção de bordas, atividade importante também no campo de visão por computador. O objetivo maior dessas implementações é a constituição de uma biblioteca de processamento de imagens em Java, como software livre, sob a General Public License - GNU, conforme publicada pela Free Software Foundation. Todas as implementações encontram-se disponíveis no diretório da Rede Agrolivre ().

Implementação Java do filtro de Marr e Hildreth para detecção de bordas.

O objetivo desta publicação é apresentar a implementação Java do algoritmo de Marr e Hildreth (Marr & Hildreth, 1980) para a detecção de bordas. O objetivo maior das implementações é a construção de uma biblioteca de processamento de imagens em Java, como software livre, sob a licença GPL (General Public License) conforme publicada pela Free Software Foundation.

Filtro de Canny para detecção de bordas: implementação Java.

O objetivo deste comunicado é apresentar a implementação JavaTM do filtro para detecção de bordas de Canny (Canny, 1986). A implementação é uma necessidade de uso em projetos desenvolvidos na Embrapa Informática Agropecuária na área de processamento de imagens aplicado à agropecuária.

NAVLivre 1.0: Procedimentos de instalação e utilização.

Este documento apresenta os procedimentos para instalação e utilização do sistema NAVLivre 1.0, um software de código livre desenvolvido para o processamento automático de imagens do sensor Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) a bordo dos satélites da National Oceanic Atmospheric Administration (NOAA). O NAVLivre é uma derivação do sistema NAVPRO, criado pela Embrapa Informática Agropecuária em parceria com a Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), que contou com o repasse do pacote computacional NAV (NAVigation), desenvolvido pelo Colorado Center for Astrodynamics Research (CCAR), da Universidade do Colorado, Boulder, EUA. O diferencial do NAVLivre é a ausência dos módulos desenvolvidos em Interactive Data Language (IDL), presentes no NAVPRO, e dependentes de softwares proprietários. O NAVLivre é um pacote totalmente livre, que realiza de forma automática as principais etapas do processamento das imagens NOAA, como a correção radiométrica, o georreferenciamento preciso e a geração da imagem final em formato GeoTIFF, compatível com os principais pacotes de processamento de imagens. O NAVLivre é executado em plataforma Linux e foi implementado em script c-shell e linguagem C. Seu uso é indicado aos usuários avançados de imagens NOAA, que demandam o processamento em lote de grandes volumes de dados. As rotinas e scripts aqui descritos são de domínio público, podendo ser alterados conforme necessidade do usuário.

Perfil comparativo do déficit de vegetação natural em APPs - matas ciliares e nascentes - em bacias hidrográficas no bioma Mata Atlântica - RJ.

A proteção de Áreas de Preservação Permanente (APP) tem sido foco de muita discussão na concepção da nova Lei 12.651/2012 que substitui a Lei 4.771/1965 que instituía o Código Florestal Brasileiro, com divergências entre ruralistas e ambientalistas no que tange à conservação ambiental. Quantificar e identificar o estado de degradação destas áreas é de fundamental importância para a orientação de políticas públicas e ações voltadas à conservação dos recursos florestais, com implicações na qualidade do solo e da água, e fauna. Desta forma, o presente estudo se propôs a traçar um perfil comparativo do déficit de vegetação natural em APPs - matas ciliares e nascentes - em duas bacias hidrográficas sob o bioma Mata Atlântica - RJ, Guapi-Macacu e Caceribu. Para tal, foram utilizadas ferramentas implementadas em SIG para processamento e organização de dados cartográficos e delimitação das APPs, bem como para identificação de áreas de vegetação natural presentes em APPs de matas ciliares e nascentes e cálculo de áreas. Dados secundários como o mapa de uso e cobertura da terra (obtido pelo processamento de imagens de 2007 do satélite Landsat) foram utilizados para a obtenção das áreas de vegetação. Foi obtido um mapa final com as áreas de vegetação natural em APPs de matas ciliares diferenciadas de áreas de vegetação natural em APPs de nascentes, apresentando também a vegetação natural presente em ambas as bacias que não em áreas de APPs de matas ciliares e nascentes. Os resultados apontaram que a bacia do Caceribu possui um déficit de vegetação natural em APP de matas ciliares e nascentes da ordem de 91%, e no caso da bacia Guapi-Macacu esse déficit é de aproximadamente 38%. Estes dados, apesar de terem sido obtidos na escala 1:50.000, a partir de imagens de média resolução espacial - 30 metros, chamam a atenção para o fato de que ações de revegetação destas áreas são prioritárias perante sua importância para a prestação de diversos serviços ambientais, essenciais para o bem estar das populações que vivem nestas bacias ou em bacias próximas.

Estudo de otimização de imagem e dose em mamografia digital

O objetivo deste trabalho foi efetuar um estudo de otimização dos parâmetros de exposição do mamógrafo digital da marca GE, modelo Senographe DS instalado no Instituto Português de Oncologia de Coimbra (IPOC) baseado numa análise contraste detalhe e avaliar o impacto do resultado obtido na melhoria da capacidade de detecção clínica das estruturas da mama. O mamógrafo em estudo dispõe de um sistema de controle automático da exposição designado por sistema AOP (Automatic Optimization of Parameters) que foi otimizado pelo fabricante a partir da razão contraste ruído. O sistema AOP é usado na prática clínica na quase totalidade dos exames de mamografia realizados no IPOC. Tendo em conta o tipo de estrutura que se pretende visualizar na mamografia, nomeadamente estruturas de baixo contraste como as massas e estruturas de dimensão submilimétrica como as microcalcificações, a análise contraste detalhe poderia constituir uma abordagem mais adequada para o estudo de otimização dos parâmetros de exposição uma vez que permitiria uma avaliação conjunta do contraste, da resolução espacial e do ruído da imagem. Numa primeira fase do trabalho foi efetuada a caracterização da prática clínica realizada no mamógrafo em estudo em termos de espessura de mama comprimida “típica”, dos parâmetros técnicos de exposição e das opções de processamento das imagens aplicadas pelo sistema AOP (combinação alvo/filtro, tensão aplicada na ampola - kVp e produto corrente-tempo da ampola - mAs). Numa segunda fase foi realizado um estudo de otimização da qualidade da imagem versus dose na perspectiva dos parâmetros físicos. Para tal foi efetuada uma análise contrastedetalhe no objeto simulador de mama CDMAM e usada uma figura de mérito definida a partir do IQFinv (inverted image quality figure) e da dose glandular média. Os resultados apontaram para uma diferença entre o ponto ótimo resultante do estudo de otimização e o ponto associado aos parâmetros de exposição escolhidos pelo sistema AOP, designadamente no caso da mama pequena. Sendo a qualidade da imagem na perspectiva clínica um conceito mais complexo cujo resultado da apreciação de uma imagem de boa qualidade deve ter em conta as diferenças entre observadores, foi efetuado na última parte deste trabalho um estudo do impacto clínico da proposta de otimização da qualidade de imagem. A partir das imagens realizadas com o objeto simulador antropomórfico TOR MAM simulando uma mama pequena, seis médicos(as) radiologistas com mais de 5 anos de experiência em mamografia avaliaram as imagens “otimizadas” obtidas utilizando-se os parâmetros técnicos de exposição resultantes do estudo de otimização e a imagem resultante da escolha do sistema AOP. A análise estatística das avaliações feitas pelos médicos indica que a imagem “otimizada” da mama pequena apresenta uma melhor visualização das microcalcificações sem perda da qualidade da imagem na deteção de fibras e de massas em comparação com a imagem “standard”. Este trabalho permitiu introduzir uma nova definição da figura de mérito para o estudo de otimização da qualidade da imagem versus dose em mamografia. Permitiu também estabelecer uma metodologia consistente que pode facilmente ser aplicada a qualquer outro mamógrafo, contribuindo para a área da otimização em mamografia digital que é uma das áreas mais relevantes no que toca à proteção radiológica do paciente.

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.

Análise comparada da segmentação e classificação orientada por objectos de uma imagem de alta resolução WORLDVIEW-2

Dissertação de Mestrado em Gestão do Território, Especialização em Detecção Remota e Sistemas de Informação Geográfica

O problema do pixel mistura : um estudo comparativo

Os satélites para sensoriamento remoto atualmente dispoívies à comunidade científica possuem diferenies resoluções espaciais, por exemplo: SPOT 20 e 10 metros, LANDSAT-TM 30 metros e NOA-AVHRR 1100 metros. Essa resolução frequentemente não é grande o suficiente para um grande número de aplicações que necessitam de uma percepção da cena mais detalhada. Muitas vezes, no interior de uma célula de resolução (pixel) mais de uma classe ocorre. Este caso é conhecido como pixel mistura. Na classificação de imagens obtidas por sensoriamento remoto é comum a utilização de metodologias que atribuem somente uma classe a um pixel, como o procedimento clássico da máxima verossimilhança. Esse procedimento resulta frequentemente em uma estimação errônea das áreas ocupadas pelas classes presentes na cena. Em alguns casos, especialmente quando não há uma classe dominante, isto pode ser a fonte de um erro significativo. Desde o início dos anos 70, diferentes metodologias têm sido propostas para o trabalho num nível de subpixel. A grande vantagem do trabalho nesse nível é que um pixel não é necessariamente atribuído a somente uma classe. O pixel tem um grau que o correlaciona a cada classe: de zero(se a classe não ocorre no pixel) até 1 (a classe ocorre no pixel inteiro). Assim, cada pixel tem um vetor associado que estima a proporção de cada classe nele. A metodologia mais comumente utilizada considera a refletância do pixel mistura como uma combinação linear da refletância média de cada classe componente. De acordo com essa visão as refletâncias associadas às classes componentes são consideradas constantes conhecidas i.e., não são variáveis aleatórias. Assim, a proporção de cada classe no pixel é obtida pela resolução de um sistema de equações lineares. Uma outra metodologia é assumir as refletâncias que caracterizam as classes como sendo variáveis aleatórias. Nesta visão, as informações a respeito das distribuições das classes é utilizada. A estimativa das proporções de cada classe é obtida pelo vetor de proporções que maximiza a função de verossimilhança. Mais recentemente, uma visão diferente foi proposta: a utilização da lógica fuzzy. Esta metodologia utiliza o conceito de função de pertinência que é essencial à teoria dos conjuntos fuzzy. Esta função utiliza elementos com natureza estatística ou não para a estimação das proporções. No presente trabalho, duas funções de pertinência foram definidas: a primeira baseada na função densidade probabilidade gaussiana e a segunda baseada diretamente na distância de Mahalanobis. O objetivo deste estudo é avaliar cada uma das metodologias anteriores em termos de acurácia, performance e dados necessários. Para este objetivo, as metodologias foram implementadas computacionalmente e alimentadas com imagens LANDSAT-TM. Para a avaliação da acurácia dos modelos um estudo qualitativo foi executado.

Modelagem de articulações para humanos virtuais baseada em anatomia

Técnicas de Processamento de Imagens e de Computação Gráfica vêm sendo empregadas há bastante tempo para o diagnóstico por imagens em Medicina. Mais recentemente, aplicações baseadas em modelos anatômicos, tanto extraídos de volumes de imagens como criados com base em estudos de anatomia, despontam com força. Tais modelos visam suportar simulação de movimento e de fisiologia. Porém, para que isso se torne realidade, modelos anatômicos do corpo humano precisam ser construídos e aperfeiçoados. Entre outras funcionalidades, esses modelos devem ser capazes de representar o movimento articulado do corpo humano. O problema de modelagem das articulações já foi considerado em diversos trabalhos, principalmente em Robótica e Animação. Entretanto, esses trabalhos não levaram em conta fidelidade anatômica com profundidade suficiente para que pudessem ser utilizados em aplicações de Medicina. O principal objetivo deste trabalho, portanto, é a criação de uma estratégia de representação de articulações embasada em características anatômicas para modelagem de esqueletos humanos virtuais. Um estudo da anatomia do esqueleto humano é apresentado, destacando os tipos de articulações humanas e aspectos do seu movimento. Também é apresentado um estudo dos modelos de articulações encontrados na literatura de Computação Gráfica, e são comentados alguns sistemas de software comercial que implementam corpos articulados. Com base nesses dois estudos, procurou-se identificar as deficiências dos modelos existentes em termos de fidelidade anatômica e, a partir disso, propor uma estratégia de representação para articulações humanas que permitisse a construção de corpos humanos virtuais anatomicamente realísticos. O modelo de articulações proposto foi projetado com o auxílio de técnicas de projeto orientado a objetos e implementado no âmbito do projeto Virtual Patients. Usando as classes do modelo, foi construído um simulador de movimentos, que recebe a descrição de um corpo articulado através de um arquivo em formato XML e apresenta uma animação desse corpo. A descrição do movimento também é especificada no mesmo arquivo. Esse simulador foi utilizado para gerar resultados para verificar a correção e fidelidade do modelo articular. Para isso, um joelho virtual foi construído, seus movimentos foram simulados e comparados com outros joelhos: o modelo de outro simulador, um modelo plástico anatômico e o joelho real.

Aplicação de sensoriamento remoto orbital no mapeamento de unidades vulcano-sedimentar no Platô da Ramada, Vila Nova do Sul, RS

Os produtos de sensoriamento remoto gerados pelos novos sensores orbitais, aliados ao desenvolvimento de sistemas computacionais e de técnicas de processamento de imagens possibilitam a manipulação numérica das imagens, visando o realce de informações de interesse para a interpretação visual ou automática. O uso dessas técnicas traz boas perspectivas no mapeamento geológico básico, pois possibilita uma visão sinóptica de amplas áreas e a integração de dados litológicos e estruturais de várias fontes. Este trabalho selecionou as imagens do sensor ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) devido as características de suas resoluções espectral e espacial, como as mais promissoras para identificação dos diferentes litotipos da área do Platô da Ramada, em especial as unidades vulcânicas e hipabissais relacionadas e sedimentares subjacentes. O Platô da Ramada, região de Vila Nova do Sul (RS) constitui uma feição geomorfológica de destaque na área, facilmente identificável nas imagens orbitais, sendo formado por uma seqüência vulcânica caracterizada por depósitos efusivos e piroclásticos, de composição dominantemente ácida. Representa uma fração significativa do magmatismo alcalino sódico neoproterozóico no Escudo Sul-rio-grandense e marca um dos ciclos vulcânicos do período pós-colisional do Ciclo Brasiliano Este estudo testou e avaliou diversos processamentos das imagens multiespectrais para diferenciação litológica, a identificação de alvos e a definição de morfoestruturas da área do Platô da Ramada. A integração de dados geológicos existentes com os produtos obtidos neste estudo possibilitou novas informações anexadas ao mapa geológico utilizado como verdade terrestre. O processamento utilizando a técnica de Transformação por Componentes Principais Seletivas proporcionou os melhores resultados realçando diferenças espectrais existentes entre as rochas vulcânicas e hipabissais e as rochas sedimentares. A partir dessa técnica, selecionou-se as imagens CP2 dos pares das bandas 4-5 (R), 3-4 (G) e 8-9 (B) na geração de uma composição colorida. Esta imagem permitiu a diferenciação espectral entre as rochas vulcânicas do Platô da Ramada e as rochas sedimentares do Grupo Maricá, bem como a individualização, no Grupo Maricá, de duas subunidades, levando-se em conta a densidade de intrusões de diques riolíticos ao norte da área. Identificou-se, ainda, um corpo diorítico com forma elíptica na borda SW do Platô da Ramada, não registrado anteriormente.

Monitoramento de temperaturas noturnas da superfície terrestre no estado do Rio Grande do Sul com uso do sensor orbital AVHRR/NOAA

A temperatura da superfície terrestre (TST), além da ação determinante sobre o crescimento e o desenvolvimento das plantas, influencia também muitos processos físicos, químicos e biológicos, tendo significativa relevância científica em um vasto campo das atividades de pesquisa e gerenciamento dos recursos naturais. O objetivo geral deste estudo foi verificar a adequação do uso de sensores orbitais AVHRR/3 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) classe POES (Polar Operational Environmental Satellites) para mapeamento de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul, visando sua implementação em programas operacionais de monitoramento agrometeorológico. No estudo realizado no período de junho a setembro de 2002, foram utilizadas 11 imagens noturnas e 20 imagens diurnas, captadas na estação de recepção de imagens NOAA pertencente ao Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia (CEPSRM). Após processamento, as imagens foram utilizadas para a determinação da temperatura de brilho da banda 4 e 5 da TST através dos métodos de Becker e Li (1990), Kerr et al. (1992) e Sobrino et al. (1993). A TST obtida a partir das imagens foi comparada aos dados de temperatura do ar obtidos em 13 estações meteorológicas de superfície Os resultados mostraram que os sensores orbitais AVHRR/3 são adequados para o mapeamento noturno de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul. O método de Sobrino et al. (1993) é o mais adequado entre os métodos testados para a estimativa das temperaturas noturnas no Estado, embora ainda seja necessário um aprofundamento teórico em relação aos efeitos atmosféricos sobre regiões localizadas em baixas latitudes. Também a temperatura estimada por sensores remotos pode ser utilizada para estimar a temperatura do ar nos locais avaliados, sendo que ainda deve ser testada a extrapolação para outros locais.

"Echo Offline" : uma ferramenta para medidas ecocardiográficas pós-exame

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional de apoio ao diagnóstico através de imagens ecocardiográficas, denominada de “Echo Offline”. O “Echo Offline” foi projetado para mensuração de grandezas lineares em imagens ecocardiográficas digitais, possibilitando a realização de diagnósticos pós-exame e a integração dos dados colhidos no banco de dados da instituição médica. Um estudo transversal contemporâneo e aleatório foi realizado com uma população de quarenta e nove pacientes submetidos a exames ecocardiográficos, as imagens resultantes deste exame foram digitalizadas e um médico especialista mensurou um conjunto de variáveis pré-definidas utilizando o método convencional, ou seja, usando as facilidades oferecidas pelo equipamento de ultra-som comercial. Um segundo médico especialista produziu outros dois conjuntos de dados utilizando o “Echo offline” e desta forma foi possível avaliar a exatidão e a repetibilidade das medidas realizadas pela ferramenta “Echo offline”. O “Echo offline” apresentou uma elevada concordância com o método convencional e apresentou significativa redução no tempo de realização das medidas.