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Visão Computacional
Prof. Leandro Augusto Frata Fernandes
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2)
Visão Humana
• Responsável por cerca de 75%
de nossa percepção
• O ato de ver é resultado de
Operações ópticas
Operações químicas
Operações nervosas
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 2
Visão Humana
• Os olhos são órgãos responsáveis por
Captar informação luminosa
Transformá-la em impulsos a serem
decodificados pelo sistema nervoso
• Os impulsos são depurados durante
todo o trajeto através do sistema visual
• A visão é feita pelo cérebro
Depende de experiência e interpretação
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 3
Visão Computacional
• Ciência e tecnologia das máquinas que veem
• Objetivo
Programar o computador para entender a cena ou
elementos em uma imagem
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 4
Um computador não é capaz de encontrar uma
bicicleta, ônibus, pessoa ou guarda chuva
sem interpretar o conteúdo do reticulado
Uma imagem é nada mais que um
reticulado colorido de “pixels”
Visão Computacional
• Ciência e tecnologia das máquinas que veem
• Objetivo
Programar o computador para entender a cena ou
elementos em uma imagem
• Estuda-se
Métodos para aquisição, processamento, análise e
compreensão de imagens
Dados multidimensionais do mundo real para produzir
informação numérica ou simbólica na forma de decisão
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Aplicações de
Visão Computacional
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 6
Robótica
Veículos Autônomos
Google Driverless Car
Organização de Informação
Recuperação de Imagem Baseada em Conteúdo
Technique 1
Technique 3
Technique 2
Aplicações de
Visão Computacional
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Indústria
Controle de Qualidade
Reconhecimento e Medição de Objetos
Interação Humano-Computador
Dispositivos de Entrada
Reconhecimento de Mão e Gestos
Medicina
Auxílio no Diagnóstico de Doenças
Segmentação Automática de Tumor na Mama
Roteiro da Apresentação
• Fundamentos
• Exemplo Prático
Detecção de retas em imagens
• Visão Computacional em Ciência da Computação
Classificação da área
Campos relacionados
• Considerações Finais
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Fundamentos
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Hierarquia de um Sistema Geral de
Visão Computacional
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Entrada Sensorial
Semântica
Percepção
Normalização Análise
Bidimensional
Recuperação de
Parâmetros Físicos
Agrupamento Reconhecimento de
Objetos, Cenas e Eventos
Hierarquia de um Sistema Geral de
Visão Computacional
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 11
Entrada Sensorial
Semântica
Normalização Análise
Bidimensional
Recuperação de
Parâmetros Físicos
Agrupamento Reconhecimento de
Objetos, Cenas e Eventos
Percepção
A etapa de percepção
obtém imagens de
um ou mais sensores
Hierarquia de um Sistema Geral de
Visão Computacional
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Percepção
Análise
Bidimensional
Recuperação de
Parâmetros Físicos
Agrupamento Reconhecimento de
Objetos, Cenas e Eventos
Entrada Sensorial
Semântica
Normalização
Imagens do MAC de Niterói
Note as diferenças
entre elas
A etapa de normalização
tenta diminuir as diferenças
Hierarquia de um Sistema Geral de
Visão Computacional
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 13
Percepção
Normalização
Recuperação de
Parâmetros Físicos
Agrupamento Reconhecimento de
Objetos, Cenas e Eventos
Entrada Sensorial
Semântica
Análise
Bidimensional Bordas
Retas
Aparentes
Busca e agrupamento de
características nas
imagens normalizadas
Resultado pode ser
repassado para etapa posterior
ou utilizado no refino da
etapa anterior
Imagem Normalizada
Hierarquia de um Sistema Geral de
Visão Computacional
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 14
Percepção
Normalização Análise
Bidimensional
Agrupamento Reconhecimento de
Objetos, Cenas e Eventos
Entrada Sensorial
Semântica
Recuperação de
Parâmetros Físicos
Exemplos de parâmetros
físicos:
- Orientação da superfície
- Forma 2-D de objetos
- Movimento aparente
- Direção da iluminação
- Etc.
Imagens
Normalizadas
Características
Bidimensionais
Profundidade
Estimada
Movimentação
Aparente das
Câmeras
Hierarquia de um Sistema Geral de
Visão Computacional
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 15
Percepção
Normalização Análise
Bidimensional
Recuperação de
Parâmetros Físicos
Reconhecimento de
Objetos, Cenas e Eventos
Entrada Sensorial
Semântica
Agrupamento
Etapa que agrega partes
significativas dos dados
Pode ocorrer associação
de características similares
vindas de fontes diferentes
Regiões com pixels claros
- Regulares
- Irregulares
Regiões com pixel escuros
- Regulares
- Irregulares
Hierarquia de um Sistema Geral de
Visão Computacional
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 16
Percepção
Normalização Análise
Bidimensional
Recuperação de
Parâmetros Físicos
Agrupamento Reconhecimento de
Objetos, Cenas e Eventos
Entrada Sensorial
Semântica
Regiões com pixels claros
- Regulares: casas brancas
- Irregulares: peças brancas
Regiões com pixel escuros
- Regulares: casas pretas
- Irregulares: peças pretas
Interpretação da situação
Inferência
É feita correspondência
entre estruturas relacionais
abstratas conhecidas
e dados agrupados
Detecção de Retas em Imagens
Exemplo Prático
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 17
Você consegue ver retas na imagem?
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 18
Aplicação Prática
Antes de Começar
• Escolher como representar as entradas
Pontos
• Escolher como representar as saídas
Retas
• Entender o problema, buscar uma solução e
convertê-la em etapas
• Verificar necessidade de pré-processamento
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 19
Pontos de Entrada Representação
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 20
Espaço de Imagem
x
y
p
p = (x, y)
Coordenadas cartesianas
do ponto
Retas Detectadas Representação
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Espaço de Imagem
x
y
r
θ ρ
ρ = x cos θ + y sin θ
Equação Normal
da Reta
Solução Força-Bruta
• Cada par de pontos define uma reta
• Solução
Tomar pontos dois a dois
Anotar todas as retas possíveis
Contar quantas vezes cada reta repete
Retornar retas mais frequentes
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 22
Não vale a pena!
Muito esforço
computacional
Transformada de Hough
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x
y
r
p
q s
Espaço de Imagem Espaço de Parâmetros
ρ = x cos θ + y sin θ
θ
r’
s’
p’
q’
ρ
Transformada de Hough
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 24
Espaço de Imagem Espaço de Parâmetros
Pré-Processamento
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Converter imagens coloridas para
imagens de borda
Visão Computacional em
Ciência da Computação
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 26
Subáreas de Computação Visual
• Animação
• Computação gráfica
• Modelagem
• Processamento de imagens
• Vídeo digital
• Visão computacional
• Visualização
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 27
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2)
Campos Relacionados
28
Sistema
de Visão
Processamento
de Imagens
Aprendizado
de Máquina
Inteligência
Artificial
Matemática
Neurobiologia
Imagiologia
Física
Processamento
de Sinais
Robótica
Visão robótica
PS não linear
PS multivariável
Óptica
Smart cameras
Visão biológica
Estatística
Geometria
Otimização
Visão cognitiva
Inteligência
computacional
Visão
Computacional
Considerações Finais
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 29
Considerações Finais
• Um sistema de visão computacional
agrega diversas técnicas
• Dados brutos precisam ser
lapidados para uso
• Esforço maior está em inserir inteligência
em sistemas computacionais
• Adota modelos vindos de diferentes áreas
do conhecimento
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 30
Presente e Futuro
• É preciso avançar o estado da arte
Área “imatura” (no bom sentido)
• Espaço para novas ideias
Técnicas atuais são moldadas para
(sub)casos específicos
• Perspectiva de mercado
Grandes empresas estão contratando
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.2) 31
Professores no IC-UFF
• Anselmo Montenegro
• Aura Conci
• Cristina Nader Vasconcelos
• Helena Cristina da Gama Leitão
• José Ricardo de Almeida Torreão
• Leandro Augusto Frata Fernandes
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Obrigado!
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