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Visão Computacional e Aplicações
João do E. S. Batista Neto
Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USP
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Domício PinheiroAgência Estado
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Visã
o C
ompu
taci
onal Processamento de Imagens
Computação Gráfica
Visualização Científica
Análise de Imagens
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Áreas Relacionadas
Modelagem Visualização Computacional
Computação Gráfica Síntese de Imagens
Processamento de Imagens Visão Computacional
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Processamento de imagens
Modelagem de dados(processamento de dados)
Visão(análise de imagem)
Visualização(computação gráfica,síntese de imagem)
DADOS
IMAGEM
Imagem – Á
reas Corre
latas
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Modelagem
Cena: lista de objetos + condições de iluminação Objetos: características geométricas
Forma Maneira como interagem com a luz incidente.
Ambos os tipos de características podem ser descritos através de modelos Grau variável de sofisticação -> realismo ! Modelagem geométrica Especificação de características óticas (material, cor,
transparência, etc). Muita estrutura de dados !!!!
Cena realista -> requer muito trabalho
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Modelagem de dados
(visualização)
Curvas, superfícies, etc
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Métodos p/ Modelagem
Métodos Analíticos ou Algébricos: representação
de curvas, superfícies.
Métodos Analíticos ou Algébricos: representação
de curvas, superfícies.
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Computação Gráfica
síntese de imagens técnicas para gerar representações visuais a partir
de especificações geométricas e de atributos visuais dos seus componentes modelagem e rendering
objetivo: ‘mundo’ 3D no computador cena descrita em termos de sua geometria e
atributos visuais para o ‘rendering’, até obter matriz de pixels
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Sistemas Gráficos: Características
sistemas altamente interativos usuário controla o conteúdo, a estrutura e a
aparência dos objetos e imagens visualizadas na tela, usando dispositivos de interação
forte relação com HCI - Interação Usuário Computador
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Rendering: processo de geração de imagem a partir de um modelo. Em português:
visualização
Quer Ficar Rico ?
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2D
Computação Gráfica
3D
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Rendering
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Real ou Imaginário
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Processamento de Imagens
técnicas de transformações de imagens descritas na forma de uma ‘matriz’ de pixels
objetivo: melhorar características visuais (aumentar contraste, melhorar foco, reduzir ruído, eliminar distorções), extrair elementos de interesse; ou mesmo ‘transformar’ a imagem, criando efeitos visuais
cena: matriz de ‘pixels’
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Segmentação de um tumor em momografia
Processamento de Imagens
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Leandro Gerhardiger, 2006
Processamento de Imagens
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André Balan, 2004
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O que é visão computacional?É a ciência que desenvolve as bases teóricas e algoritmicas pelas quais informações úteis são automaticamente extraídas de imagens por meio de computadores
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O que precisamos saber para ter sucesso na construção de um sistema
de visão artificial ?
• Aspectos Cognitivos: combinação dos aparelhos sensoriais e comportamento psico-biológico: neurociências, IA, filosofia, psicologia, lingüística.
• Aspectos fisiológicos do cérebro.
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Aspectos Cognitivos
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Exemplo : ilusão cognitiva (distorção)
Tamanho, comprimento, curvatura
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Exemplo : percepção visual – aspectos culturais
Mostre estas figuras para um árabe e um zulu...
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Exemplo : percepção visual – especialização
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Movimento sacádico
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Aspectos Fisiológicos
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Visão Natural: sistema super paralelo
Macro
Micro
Intermediário
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Visão Natural: o olho humano
http://www.yorku.ca/eye/thejoy.htm
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Blid Spot: Ponto Cego
Feche seu olho direito. Foque no número 3. Avance e recue.Ou foque nos nros à direita ou esquerda !
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Bastonetes: Alta sensibilidade à luminosidade, não percebem corCones: Alta sensibilidade a cor, alta quantidade na fóvea
Cones: (sens.) C C M L M C
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O córtex visual
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Córtex Inferotemporal Córtex Parietal
V4(comp. de onda; orientação; disparidade)
Cor e forma com cor
V5(direção; orientação; disparidade)
Movimento
V3(direção; orientação; disparidade)
Formas dinâmicas
Faixas finas(comp. de onda; orientação; disparidade)
Pálidas(comp. de onda)
Faixas grossas(direção; orientação; disparidade)
blobs(comp. de onda)
interblobs(comp. de onda;
orientação; disparidade
4B(direção;
orientação; disparidade)
Cones Bastonetes
V2
V1
LGN magnocelularLGN parvocelular
Córtex Inferotemporal Córtex Parietal
V4(comp. de onda; orientação; disparidade)
Cor e forma com cor
V5(direção; orientação; disparidade)
Movimento
V3(direção; orientação; disparidade)
Formas dinâmicas
Faixas finas(comp. de onda; orientação; disparidade)
Pálidas(comp. de onda)
Faixas grossas(direção; orientação; disparidade)
blobs(comp. de onda)
interblobs(comp. de onda;
orientação; disparidade
4B(direção;
orientação; disparidade)
Cones Bastonetes
V2
V1
LGN magnocelularLGN parvocelular
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A região A é mais escura que B, certo ? Isso não é uma pegadinha
Exemplo 1: fisiologia
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Errado !
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Resposta
• Contraste local
Este é um exemplo da excelente qualidade de nosso sistema visual, certo?
Certo !
• Algo claro, rodeado por algo mais escuro, tende a parecer mais claro do que é. E vice-versa !
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Exemplo 2: fisiologia
Explicação: campos receptivos da retina
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Visão Computacional/Artificial
• VISÃO é o processo de descobrir, a partir de imagens, o que está presente no mundo e onde está localizado
• Disciplinas relacionadas– Processamento de Imagens– Computação Gráfica– Reconhecimento de Padrões– Robótica– Inteligência artificial
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Um sistema de visão computacional para indústria
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Três níveis de atuação
Melhorar qualidade da
imagemPouca
inteligência
Extrair e caracterizar componentes
Alguma inteligência
ReconhecimentoAlta Inteligência
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Exemplo: um sistema de visão para reconhecer digitais
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Reconhecimento de Digitais - padrões
Bifurcações
Terminações
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Típico sistema de visão
Cena
Pré-processamentoProcessamento de Imagens
1
Aquisição
2 3
456
Análise de ImagensExtração de característicasIA / reconhecimento de padrões
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Cena 1 2 3
456
Passo 1 - Aquisição
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Aquisição
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Cena 1 2 3
456
Passo 2 - Pré-processamento
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Pré-processamento
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Cena 1 2 3
456
Passo 3 - Processamento de Imagens
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Processamento de Imagens
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Cena 1 2 3
456
Passo 4 - Análise de Imagens
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Análise de Imagem
1- Procurar todos e marcar:
- bifurcações
- terminações
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Análise de Imagem
2 - Determinar as orientações:
- bifurcações
- terminações
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Cena 1 2 3
456
Passo 5 - Extração de Características
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Extração de Características: Modelo Matemático
Modelo Matemático
- Semelhança de Triângulos
Combinar as marcações 3 a 3
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Cena 1 2 3
456
Passo 6 - IA / Reconhecimento de padrões
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IA / Reconhecimento de padrões
Armazenar o modelo matemático de todos os triângulos
Base de conhecimento
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IA / Reconhecimento de padrões
Armazenar o modelo matemático de todos os triângulos
Base de conhecimento
![Page 58: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/58.jpg)
IA / Reconhecimento de padrões
Base de conhecimento Padrão reconhecido, digital
identificada
Comparar com modelos treinados
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É fácil emular a visão humana ?
![Page 60: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/60.jpg)
Reconhecimento
![Page 61: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/61.jpg)
Importância da cor
![Page 62: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/62.jpg)
Importância da Textura
![Page 63: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/63.jpg)
The role of shape
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Importância do agrupamento
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Auxílio da matemática
• Sistemas mais antigos empregavam métodos heurísticos
• Hoje recorremos à matemática, às vezes um pouco pesada !– Cálculo– Algebra Linear– Probabilidade e estatística
– Processamento de Sinais
– Projeção Geométrica
– Geometria Computacional– Otimização
• Boa notícia: muita computação !
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Aplicações
• Inspeção industrial/Controle Qualidade
• Segurança
• Reconhecimento Facial
• Reconhecimento Gestos
• Aplicações espaciais
• Análise de imagens médicas
• Veículos autônomos
• Agro-negócio
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André Balan, 2004
Identificação de pássaros para controle de poluição ambiental
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Leandro Gerhardiger, 2006
Segmentação por Campos Aleatórios de Markov em multi escala
![Page 69: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/69.jpg)
Segmentação de um tumor em momografia
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Recuperação de conteúdo em grandes BD por imagem
![Page 71: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/71.jpg)
Desirée Dias, 2005
Identificação de Ferrugem de Cana – Casa Branca
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![Page 73: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/73.jpg)
![Page 74: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/74.jpg)
![Page 75: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação – ICMC-USPjbatista/procimg/2015/intro_2015.pdf · – Robótica – Inteligência artificial. Um sistema de visão computacional](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042920/5f649e202b3b8f369e6e6c52/html5/thumbnails/75.jpg)
Criação de mosaica em plantações de eucalipto
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Mosaico criado automaticamente, sem nenhum georeferenciamento