De modo viabilizar a utilização do processo por técnicos da área, desenvolveu-se uma interface grá-fica para o processo, utilizando o softwareMathematicaversão 10.0.0 (WOLFRAM RESEARCH, 2014a).
O programa, executável tanto pelo software citado quanto pelo Wolfram Computable Document Format (CDF) Player (WOLFRAM RESEARCH, 2014b), fornece uma maneira simples de configurar os vários parâmetros do processo e de realizar a análise em um conjunto de imagens utilizando processamento para-lelo.
O desenvolvimento da interface e o do software, apesar de confeccionados com a mesma ferramenta, são completamente ortogonais. Se a interface vier a se tornar um elemento limitador à utilização do pro-grama, oMathematicapossui ferramentas que possibilitam a integração, de forma transparente, do núcleo do processo e do processamento paralelo a linguagens de programação mais familiares à indústria, como o Java.
2.3.1 Princípios de desenvolvimento da interface
Atividades na indústria são frequentemente realizadas por pessoas com diferentes graus de familiari-dade tecnológica. É necessário observar as limitações de cada perfil de usuário e contornar as possíveis dificuldades com abordagens sob medida. Por sua vez, as atividades da indústria agrária são, em sua maioria, realizadas por técnicos agrários, salvo numa primeira etapa de treinamento.
Por visar ao uso em longo prazo, sem supervisão ou suporte facilmente acessíveis, o sistema tem como princípios a simplicidade, a tolerância a erros e a autodescrição. De modo a cumprir adequadamente com tais requisitos, adotaram-se as seguintes diretrizes:
• A sugestão de um fluxo de trabalho ideal,
• A co-localização de elementos relacionados,
• O estímulo à exploração dos parâmetros,
• A descrição explícita dos elementos, com informações, quando necessário, detalhando seu uso no contexto da análise.
2.3.2 Fluxo de trabalho
Utilizando-se de uma estrutura em abas, o programa sugere um fluxo de trabalho pré-determinado, conforme ilustrado abaixo. Essa sugestão está implícita na disposição das abas e, dentro de cada aba, na disposição dos elementos nos painéis, como se observa nas figuras 2.15 e 2.16.
Esse ordenamento é, no entanto, somente uma sugestão. Escolhido ao menos um arquivo para pro-cessamento, qualquer aba pode ser visitada a qualquer instante. Espera-se que, a cada coleta de imagens, corresponda um conjunto de ajustes de todos os parâmetros. Salvo alterações muito abruptas de luminosi-dade ou das características visuais do solo, o ajuste dos parâmetros não deve ser diferente para imagens do mesmo plantio.
Figura 2.15: Apesar de ser possível a visita a qualquer aba, a qualquer instante, a disposição das abas sugere uma ordem, da esquerda para a direita, para a visitação.
2.3.3 Co-localização de elementos relacionados
A fim de reduzir a carga cognitiva do programa, elementos similares encontram-se em posições pró-ximas, como observado na figura 2.16. As abas são um exemplo, no nível mais alto, dessa forma de agrupamento; dentro de cada aba, o agrupamento se dá na forma de painéis aninhados.
2.3.4 Estímulo à exploração dos parâmetros
Durante as etapas de ajuste de parâmetros, é muito produtivo que o usuário tenha um retorno, tão rápido quanto possível, das alterações que está realizando. Além de facilitar a detecção prematura de erros, ofeedbackimediato estimula, mesmo que por curiosidade, a exploração do campo de parâmetros e traz, sob uma forma indireta de análise deblack-box, melhorias no entendimento da função do parâmetro controlado. Outro fator essencial à exploração é a “impunidade” do usuário, sob a forma de tolerância a erros e da possibilidade de retorno às condições iniciais sem dificuldades.
O software possui, para todos os controles, a funcionalidade doundo, retornando os parâmetros, indivi-dualmente, às suas condições iniciais. A toda alteração nos parâmetros corresponde uma alteração síncrona
Figura 2.16: O agrupamento dos elementos da interface, além da função estética, traz contexto à utilização dos controles, por exemplo.
(a) Elemento de ajuste de parâmetro em sua posição
inicial (b) Elemento de (a) após ter sua posição alterada
Figura 2.17: Ao manipular qualquer um dosslideresacima, o usuário observa imediatamente a alteração na imagem que, no exemplo, recebe corte vertical e horizontal. A descrição que acompanha a imagem também se altera dinamicamente, indicando o tamanho final da imagem.
em algum outro elemento da interface, geralmente próximo ao elemento de ajuste, conforme observado nas figuras 2.17 e 2.18.
(a) Elemento de ajuste de parâmetro em sua posição
inicial (b) Elemento de (a) após ter sua posição alterada
Figura 2.18: Exemplo da funcionalidade deundo. A seta de retorno permanece presente mesmo antes de haver alteração, de modo a indicar ao usuário que existe possibilidade de retorno ao estado inicial em caso de mudança.
2.3.5 Descrição explícita e informações auxiliares
Mesmo que a exploração dos parâmetros permita ao usuário certa autonomia no entendimento do pro-cesso, algumas etapas mostraram-se pouco intuitivas. Além das várias descrições presentes em cada painel e controle, o software provê alguns indicadores, conforme ilustrados na figura 2.19, na forma de molduras que enfatizam determinados elementos da interface ou um pequeno parágrafo que contextualiza a utilidade do elemento que está sendo manipulado diante do restante do processo de análise.
Figura 2.19: Exemplo de descrições explícitas. Além de possuírem, cada um, uma curta descrição, os elementos podem receber uma moldura dinamicamente. No exemplo, o elemento central recebe uma moldura, indicando que o controle manipulado naquele instante faz referência ao canala, no espaçoLab, da imagem.
2.3.6 A interface
A interface gráfica do programa foi organizada em abas, cada qual correspondendo, tanto quanto pos-sível, a uma das atividades do fluxo de trabalho representado na figura 2.20.
Início Adição de
arquivos
Ajustes dos parâmetros da classificação Ajustes dos parâmetros
de pré-processamento
Ajustes dos parâmetros da filtragem
Execução da análise
Figura 2.20: Fluxo de trabalho sugerido
A primeira aba, figura 2.21, corresponde às etapas de adição dos arquivos e dos ajustes de pré-processamento. No painel superior, o usuário pode adicionar ou remover arquivos individualmente ou adicionar todos os arquivos de imagem presentes em um diretório. Na região à direita do painel, tem-se uma visualização de oito imagens amostradas do conjunto de arquivos adicionado. O painel inferior per-mite que seja escolhida a imagem a ser utilizada como exemplo ao longo de todos os ajustes; perper-mite, também, que sejam ajustados os parâmetros de pré-processamento, tais como redimensionamento e corte.
A segunda aba, figura 2.22, corresponde à etapa de ajustes dos parâmetros da classificação. No painel superior, o usuário visualiza os três canais da imagem convertida para o espaço de cor Lab. O painel inferior permite que sejam determinados o número de agrupamentos, a cor do solo esperada e o limiar de diferença entre as cores dos agrupamentos e a cor do solo. Para conveniência, o usuário pode determinar a cor do solo indicando-a diretamente na imagem colorizada dos agrupamentos. Ainda nesse painel, o usuário visualiza cada um dos agrupamentos em uma lista, junto com suas cores predominantes.
A terceira aba, figura 2.23, corresponde à etapa de ajustes dos parâmetros da filtragem. No painel superior, como na aba anterior, o usuário visualiza os três canais da imagem convertida para o espaço de corLab. O painel inferior permite que sejam determinados os limiares de subexposição, sobre-exposição e de tonalidade. O limiar de tonalidade opera, por padrão, em modo automático, utilizando a metodologia de Kapur. A caixa de seleção, posicionada à esquerda doslider, permite a alteração para o modo manual.
Na última fileira de imagens, o usuário pode ver a resposta individual de cada filtro na classificação: as regiões que aparecem em branco pertenciam ao grupo que não é considerado de folhas saudáveis, mas foram removidas pelo filtro posicionado imediatamente acima.
A quarta e última aba, figura 2.24, corresponde à etapa de execução da análise. No painel superior, o usuário visualiza o resultado da avaliação, que já utiliza os parâmetros anteriomente definidos. Ao lado, ainda no mesmo painel, estão presentes os valores de cobertura calculados e uma representação da área foliar lesionada. O painel inferior permite que seja determinado o diretório de saída e que seja decidido
Figura 2.21: Aba correspondente à adição dos arquivos e aos ajustes de pré-processamento.
Figura 2.22: Aba correspondente aos ajustes da classificação.
Figura 2.23: Aba correspondente aos ajustes da filtragem.
se arquivos com o mesmo nome devem ser sobrescritos. Nele, também se apresentam os botões de início, pausa e reinício do processo de análise, juntamente com uma barra de progresso e um campo onde são apresentados todos os registros das operações, para fins de depuração.
Ao terminar os ajustes, o usuário pressiona o botão de início e o software realiza a análise das imagens uma a uma, em paralelo. O resultado é registrado no diretório de saída sob a forma de dois arquivos: uma imagem no formato Portable Network Graphics (PNG) — contendo a máscara das classificações, onde cadapixelda imagem original é recolorido de acordo com sua classe — e um arquivo no formatoComma Separated Values(CSV), este contendo os valores calculados das coberturas relativas de cada classe.
Figura 2.24: Aba correspondente à execução da análise.
Capítulo 3
Resultados e Avaliação
O processo, a fim de ser comparado à avaliação de técnicos da área, foi aplicado às 179 imagens do banco de imagens fornecido por Nascimento et al. (2013). Os parâmetros utilizados para a análise foram determinados empiricamente, e estão discriminados na tabela 3.1. Tais padrões são definidos como padrões do sistema, e são adequados a análises similares.
Uma amostra representativa, com três imagens que abrangem amplamente a gama de valores de área foliar lesionada, é apresentada na figura 3.7, ao final do capítulo. Apesar dos histogramas individuais dos canais não apresentarem qualquer forma de relação simples entre a distribuição dos valores do canal e a quantidade de área foliar estimada, obteve-se grande concordância com os resultados obtidos pela metodologia-base.
Tabela 3.1: Tabela de parâmetros adotados na execução das análises.
Parâmetro Valor
Redimensionamento 250
Ajuste gamma 1
Corte horizontal 0
Corte vertical 0
Quantidade de
agrupamentos 10
Cor do solo Marrom, RGB
(60%,40%,20%) Limiar de diferença
de classificação 0.2
Modo de limiar cromático Automático
Limiar cromático Não se aplica
Limiar de
subexposição 0.076
Limiar de
sobre-exposição 0.88