Pictórea: uma ferramenta de ensino portátil para tratamento de imagens.

NEUCIMAR JERÔNIMO LEITE

Dissertação a p r e s e n t a d a ao Curso de

MESTRADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA da

U n i v e r s i d a d e F e d e r a l da P a r a i b a , em

c u m p r i m e n t o ãs exigências p a r a a

obtenção do Grau de M e s t r e .

AREA DE CONCENTRAÇÃO: PROCESSAMENTO DA INFORMAÇÃO

P r o f . A r n a l d o de A l b u q u e r q u e Araújo, D.Sc

O r i e n t a d o r

P r o f . João Marques de C a r v a l h o , Ph.D

C o - O r i e n t a d o r

CAMPINA GRANDE

Setembro, 19 89

p e l a forma séria com que conduziram

o presente t r a b a l h o

Aos Amigos

que no laço indizível da amizade

p a r t i c i p a r a m desses momentos de estudo

A minha grande Família

D I S S E R T A Ç Ã O A P R O V A D A E M

A R N A L D O D E A L B U Q U E R Q U E A R A U J O , D . S c . , U F P B

O r i e n t a d o r

J O Ã O . M A R Q U E S D E C A R V L H O , P h . D . , U F P B

C o m p o n e n t e d a B a n e a

P A U L O K ö B E R T p y C A M B O S D E A R A U J O , M e s t r e , U F P E

P o in i\p n e n t e d a b a n e ;

( P D I ) . P r o j e t a d o p a r a t r a b a l h a r em m á q u i n a s do t i p o IBM_pc e c o m p a t í v e i s ,

P I C T Õ R E A c o n s i s t e , i n i c i a l m e n t e , d e 10 m ó d u l o s b á s i c o s q u e c o m p r e e n d e m f u n

ç õ e s de p r o c e s s a m e n t o e v i s u a l i z a ç ã o d e imagens c o d i f i c a d a s e m 32 n í v e i s

d e c i n z a , d e t a m a n h o 64x64 p i x e l s .

0 r e f e r i d o sistema p o d e s e r u t i l i z a d o e m m i c r o c o m p u t a d o r e s q u e p o s s u

a m c a r t õ e s g r á f i c o s d o tipo C G A (versão 4 c o r e s ) o u d o t i p o E G A (versão 16

c o r e s ) . E s t a s d u a s v e r s õ e s o p e r a m d e m o d o s e m e l h a n t e , e x c e t o n o q u e d i z

r e s p e i t o ao c o n j u n t o das cores a p r e s e n t a d a s n o v í d e o .

P á g i n a

1. I N T R O D U Ç Ã O 1

2. D E S C R I Ç Ã O D O S I S T E M A 4

2 . 1 . C o n c e p ç ã o d o sistema 4

2 . 2 . F u n ç õ e s c o n t i d a s n o sistema

2 . 3 . C o n c l u s ã o 14

3. 0 P A C O T E G R Á F I C O 15

3 . 1 . 0 c o n t r o l a d o r de i n t e r f a c e d e d i s p o s i t i v o s v i r t u a i s

-V Ü I 15

3 . 1 . 1 . M o d o s d e o p e r a ç ã o 16

3 . 2 . 0 d r i v e r g r á f i c o V D I D Y Ü Ü 4 . S Y S 16

3.3. 0 m e n u d e a b e r t u r a d o s i s t e m a 18

3 . 3 . 1 . P r o g r a m a SPDI 19

3 . 3 . 2 . P r o g r a m a do u s u á r i o 19

3 . 3 . 3 . D i r e t ó r i o de i m a g e n s 19

3 . 3 . 4 . A u x í l i o 19

3 . 3 . 5 . E n c e r r a 20

3.4. C o n c l u s ã o 20

4 . P R O G R A M A SPDI - 1? P A R T E 22

4 . 1 . M o d u l o : E n t r a d a / s a í d a d e imagens

_{'. 22}

4 . 1 . 1 . M o d u l o : D i s p l a y d e imagens 24

4 . 1 . 2 . M o d u l o : H i s t o g r a m a s e e s t a t í s t i c a s 25

4 . 1 . 3 . M o d u l o : A r i t m é t i c a de imagens 28

4 . 1 . 4 . M o d u l o : T r a n s f o r m a ç õ e s r a d i o m ê t r i c a s 32

4 . - 1 . 4 . 1 . S u b m õ d u l o I:/Transformações r a d i o m é t r i c a s / m a p e a

m e n t o d o s n í v e i s de cinza 39

4 . 2 . C o n c l u s ã o 51

5 . P R O G R A M A SPDI - 2? P A R T E 52

5 . 1 . M ó d u l o : F i l t r o s e s p a c i a i s 52

5 . 1 . 1 . S u b m õ d u l o I:/filtros e s p a c i a i s / d e t e ç á o de b o r d a s . 58

5 . 1 . 1 . 1 . S u b m õ d u l o II:/filtros e s p a c i a i s / d e t e ç ã o d e b o r

d a s / g r a d i e n t e d e R o b e r t s 59

5 . 1 . 1 . 2 . S u b m õ d u l o II:/filtros e s p a c i a i s / d e t e ç ã o de b o r

d a s / o p e r a d o r e s d i r e c i o n a i s 65

5 . 1 . 2 . S u b m õ d u l o I:/filtros e s p a c i a i s / s u a v i z a ç ã o 67

5 . 1 . 2 . 1 . Fl - f i l t r o da média 68

5 . 1 . 2 . 2 . F2 - F i l t r o s da o r d e m 70

5 . 1 . 2 . 3 . F3 - S u a v i z a ç ã o c o m v i z i n h a n ç a s e l e c i o n a d a p o r

v a r i â n c i a (SVSV) 70

5 . 1 . 2 . 4 . F4 - S u a v i z a ç ã o com v i z i n h a n ç a s e l e c i o n a d a p o r

soma d e d i f e r e n ç a s absolutas (SSDA.) 71

5 . 1 . 2 . 5 . F5 - F i l t r o d a m é d i a c o m os k-vizinlios m a i s p r ó

x i m o s 74

5 . 1 . 2 . 6 . F i l t r o sigma 74

6 . P R O G R A M A SPDI - 3? P A R T E 76

6 . 1 . M ó d u l o : G e r a ç ã o d e imagens 76

6 . 2 . M o d u l o : G e r a ç ã o d e r u í d o s 76

6 . 3 . C o n c l u s ã o 78

C O N C L U S Ã O 80

S U G E S I Ü E S 81

A P Ê N D I C E 1 83

A P Ê N D I C E 2 87

R E F E R E N C I A S B I B L I O G R Á F I C A S

Figura 2 . 1 . E s t r u t u r a do s o f t w a r e 6

Figura 2 . 2 . C o n t r o l e d o s d i s p o s i t i v o s de E / S p e l o VDI ... 7

Figura 3 . 1 . M e n u de abertura 18

Figura 4 . 1 . C a r a c t e r e s u s a d o s p a r a a i m p r e s s ã o d o s 32 n i

v e i s de cinza da i m a g e m 23

Figura 4 . 2 . N í v e i s de cinza g e r a d o s a p a r t i r da s u p e r p o s i

cão dos c a r a c t e r e s da F i g u r a 4.1 23

F i g u r a 4 . 3 . H i s t o g r a m a geral de u m a i m a g e m 26

Figura 4 . 4 . P e r f i l de linha de u m a i m a g e m 27

F i g u r a 4 . 5 . H i s t o g r a m a local de u m a j a n e l a 1 6 x 1 6 29

Figura 4 . 6 . V i s u a l i z a ç ã o dos n í v e i s d e cinza de uma á r e a

d a i m a g e m 30

Figura 4 . 7 . Z o o m de uma área de i m a g e m 33

F i g u r a 4 . 8 . R e d u ç ã o d a imagem 34

Figura 4 . 9 . E q u a l i z a ç ã o h i s t o g r ã m i c a de uma i m a g e m 38

F i g u r a 4 . 1 0 . F a t i a m e n t o e m dois n í v e i s 41

Figura 4 . 1 1 . C o m p r e s s ã o 42

F i g u r a 4 . 1 2 . C o m p r e s s ã o e e x p a n s ã o m o n o t ô n i c a 43

Figura 4 . 1 3 . F a t i a m e n t o p o r p l a n o c o m f u n d o 45

Figura 4 . 1 4 . A u m e n t o linear do c o n t r a s t e 46

F i g u r a 4 . 1 5 . F a t i a m e n t o p o r p l a n o 47

F i g u r a 4 . 1 6 . Inversão d a escala d e cinza 49

f i l t r o p a s s a - a l t a s 57

Figura 5 . 3 . A p l i c a ç ã o direta d o g r a d i e n t e de R o b e r t s .... 61

Figura 5.4. G r a d i e n t e c o m fundo d e f i n i d o 62

Figura 5 . 5 . I m a g e m g r a d i e n t e b i n á r i a 64

Figura 5 . 6 . M á s c a r a s d i r e c i o n a i s 66

Figura 5 . 7 . D i r e ç õ e s das b o r d a s 67

Figura 5 . 8 . F i l t r o da m é d i a 69

Figura 5 . 9 . V i z i n h a n ç a s de N a g n o e Matsuyanci 70

Figura 5 . 1 0 . V i z i n h a n ç a s 3x3 s u p e r p o s t a s n u m a j a n e l a 5x5 . 72

Figura 5.11." S u a v i z a ç ã o c o m v i z i n h a n ç a s e l e c i o n a d a p o r so

m a d e d i f e r e n ç a s a b s o l u t a s 73

Figura 6 . 1 . I m a g e m t a b u l e i r o 77

Figura 6 . 2 . I m a g e m c o m ruído 79

Figura - T r a n s f o r m a d a rápida de F o u r i e r d e uma i m a g e m .... 82

PC

! I

P e r s o n a l C o m p u t e r

G D T

G r a p h i c s D e v e l o p m e n t T o o l k i t

M l

M e m ó r i a d e I m a g e m

C C A - " C o l o r / G r a p h i c s M o n i t o r A d a p t e r "

E G A - " E n h a c e d G r a p h i c s A d a p t e r "

V D I - " V i r t u a l D e v i c e I n t e r f a c e "

E / S - Entrada e Saida

S P D I - S i s t e m a de P r o c e s s a m e n t o D i g i t a l de I m a g e n s

C R T - " C a t h o d e - r a y T u b e "

N D C - " N o r m a l i z e d D e v i c e C o o r d i n a t e s "

M I N - M í n i m o

M A X - M a x i m o

M D A - M e d i a de D i f e r e n ç a s A b s o l u t a s

E M Q - E r r o M e d i o Q u a d r á t i c o

FDC - F u n ç ã o d e D i s t r i b u i ç ã o C u m u l a t i v a

S V S V - S u a v i z a ç ã o com V i z i n h a n ç a S e l e c i o n a d a p o r V a r i â n c i a

S S D A - S u a v i z a ç ã o c o m V i z i n h a n ç a S e l e c i o n a d a p e l a Soma de D i f e r e n

ças A b s o l u t a s

S D A - Soma de D i f e r e n ç a s A b s o l u t a s

i n ú m e r a s técnicas d e p r o c e s s a m e n t o d e imagens foram elaborados concernitan

t e m e n t e c o m o r á p i d o p r o g r e s s o da t e c n o l o g i a de h a r d w a r e [ l ] . M u i t a s des

tas t é c n i c a s s ã o d e s e n v o l v i d a s p a r a a p l i c a ç õ e s c i e n t í f i c a s . P o r e x e m p l o ,

as a p l i c a ç õ e s i n d u s t r i a i s e c i e n t í f i c a s abrangem: análise t é r m i c a , i n s p e

ç ã o d e p e ç a s , c o n t a g e m d e p a r t í c u l a s , a u t o m a ç ã o e v i s ã o de r o b ô s , a n á l i s e

de c r o m o s s o m o s , r a i o s - x i n d u s t r i a i s e t c . E m aplicações m i l i t a r e s e d e sega

r a n ç a p o d e m o s c i t a r : v i s ã o n o t u r n a , m a p e a m e n t o e c l a s s i f i c a ç ã o de terre

n o s , d e t e ç ã o de a l v o s e r a s t r e a m e n t o . N a m e d i c i n a , a t o m o g r a f i a c o m p u t a d o

r i z a d a , r e s s o n â n c i a m a g n é t i c a n u c l e a r , u l t r a s s o n o g r a f i a , técnicas p a r a i n

t e r p r e t a ç ã o de r a i o s - x . N a g e o g r a f i a , p o d e m o s c i t a r , d e n t r e o u t r a s , a in

t e r p r e t a ç ã o de i m a g e n s p r o v e n i e n t e s de satélites p a r a o e s t u d o d a p o l u i ç ã o

e m d e t e r m i n a d a á r e a .

P r o c e s s a m e n t o D i g i t a l de Imagens ( P D I ) , p o d e s e r e n t e n d i d o c o m o a

m a n i p u l a ç ã o de i m a g e n s p o r c o m p u t a d o r , c o m o o b j e t i v o de e x t r a i r i n f o r m a

ções d e s s a s i m a g e n s o u t r a n s f o r m á - l a s d e m o d o a facilitar n o s s a i n t e r p r e t a

ç ã o [2] .

M u i t a s t é c n i c a s e ferramentas m a t e m á t i c a s , aplicadas a o p r o c e s s a m e n

t o de i m a g e n s , f o r a m d e s e n v o l v i d a s p a r a a t e n d e r a três p r o b l e m a s b á s i c o s

[ 3 ] .

1. Digitalização z codificação d e ima.ge.nl>: c o n v e r s ã o d e i m a g e n s d o

p l a n o c o n t í n u o p a r a o d i s c r e t o ( d i g i t a l i z a ç ã o ) , e c o m p r e s s ã o d o r e s u l t a d o ,

d e m a n e i r a a p r e s e r v a r o e s p a ç o d e a r m a z e n a m e n t o ou a c a p a c i d a d e d o c a n a l

de t r a n s m i s s ã o .

2. R e a £ c e e Kt&taiLKaçã.o d e Ájr\age.n&: r e c u p e r a ç ã o de i m a g e n s q u e s o

f r e r a m a l g u m p r o c e s s o de d e g r a d a ç ã o .

3. Se.gmznXa.cRo e dtòcJu,ção de. Á.magem>: c o n v e r s ã o d e i m a g e n s e m m a

p a s s i m p l i f i c a d o s ; m e d i d a das p r o p r i e d a d e s das imagens ou p a r t e s d e s t a s ;

c l a s s i f i c a ç ã o ou d e s c r i ç ã o de i m a g e n s , e m t e r m o s de suas c o m p o n e n t e s ou

p r o p r i e d a d e s .

U m a i m a g e m m o n o c r o m á t i c a p o d e s e r r e p r e s e n t a d a p o r u m a f u n ç ã o f (x,y)

onde f é u m a m e d i d a d o n í v e l de c i n z a ou b r i l h o (intensidade) n o p o n t o

(x,y) C 4 ] . E s t a s i m a g e n s são m a p e a d a s n u m a m a t r i z b i d i m e n s i o n a l f i n i t a e

a r m a z e n a d a s , g e r a l m e n t e , n o c o m p u t a d o r . C a d a e l e m e n t o de i m a g e m é c h a m a d o

de p i x e l (abrevição do inglês p a r a " p i c t u r e e l e m e n t " ) ••

Os c o m p o n e n t e s b á s i c o s q u e f o r m a m u m s i s t e m a de PDI p o d e m s e r dividi

dos em três c a t e g o r i a s : d i g i t a l i z a d o r , c o m p u t a d o r e u n i d a d e de v i s u a l i z a

ç ã o . P I C T Õ R E A , u m a f e r r a m e n t a de e n s i n o de p r o c e s s a m e n t o d i g i t a l de i m a

gens [ 5 , 6 ] , a p r e s e n t a - s e como a l t e r n a t i v a , q u a n d o n ã o s e d i s p õ e de u m sis

t e m a deste t i p o , e s e d e s e j a d e s e n v o l v e r t r a b a l h o s de l a b o r a t ó r i o n a r e f e

-sida á r e a . P I C T Õ R E A o f e r e c e , a s s i m , a p r o f e s s o r e s e a l u n o s , a p o s s i b i l i d a

A

e s e i m p l e m e n t a r , com dados r e a i s , os diversos conceitos e a l g o r i t m o s

PDI a b o r d a d o s e m s a l a de aula.

0 s i s t e m a b a s e i a - s e e m s u g e s t õ e s dadas p o r Gonzalez e W i n t z , e m s e u

l i v r o " D i g i t a l I m a g e P r o c e s s i n g " [7] e p o r A r a u j o , e m s e u t r a b a l h o s o b r e

• • ~ros e s p a c i a i s [ 4 ] . E s t e ú l t i m o s u g e r e a c r i a ç ã o de u m p r o g r a m a p a r a a

•ilação d e u m s i s t e m a de P D I a s e r u t i l i z a d o e m máquinas d o tipo I E M - P C .

G o n z a l e z e W i n t z f o r n e c e m u m a s u b r o t i n a p a r a a impressão d e i m a g e n s c o m 32

n í v e i s de c i n z a , além de u m conjunto de i m a g e n s , j á c o d i f i c a d a s , q u e s e r

v e m de base p a r a a r e a l i z a ç ã o dos e x p e r i m e n t o s a s e r e m e x e c u t a d o s , ã m e d i

d a que o aluno a v a n c e n a l e i t u r a do texto d i d á t i c o . P a r t i n d o desta i d é i a ,

resolvemos e s t e n d e r e f l e x i b i l i z a r as p o s s i b i l i d a d e s d e v i s u a l i z a ç ã o e de

p r o c e s s a m e n t o , d a n d o o r i g e m ao s i s t e m a a p r e s e n t a d o a s e g u i r .

O s capítulos d e s t e trabalho e s t ã o o r g a n i z a d o s da s e g u i n t e f o r m a . 0

c a p í t u l o 2 da u n a i d é i a g e r a l s o b r e a e s t r u t u r a c o c o n j u n t o das funções

contidas em

c a p í t u l o

f o r n e c e m a i o r e s d e t a l h e s s o b r e o p a c o

te grafico u t i l i z a d o p e l o s i s t e m a

e d e s c r e v e o M E N U

p r e

s e n t e após a i n i c i a l i z a ç ã o de P I C I Ü R E A . F i n a l m e n t e , os capítulos 4 , 5 e 6

a b o r d a m , d e t a l h a d a m e n t e , o conjunto das funções de p r o c e s s a m e n t o c visuali

zação m e n c i o n a d a s n o c a p í t u l o 2.

é u m dos fatores q u e m o t i v a m o i n t e r e s s e de alunos p o r esta á r e a . P a r a vi

s u a l i z a r imagens digitalizadas é n e c e s s á r i o q u e se d i s p o n h a de u m s i s t e m a

de tratamento de imagens c o m p o s t o , p e l o m e n o s , d e c o m p u t a d o r e u n i d a d e d e

v i s u a l i z a ç ã o de i m a g e n s . M e s m o q u a n d o s e d i s p õ e de t a l s i s t e m a , n e m s e m

p r e é p o s s í v e l a l p c ã - l o para q u e alunos e x e c u t e m tarefas de l a b o r a t ó r i o

a c o p l a d a s a u m a d i s c i p l i n a de P D I .

P I C T C R E A

a p r e s e n t a - s e como s o l u ç ã o p r á t i c a p a r a c o n t o r n a r e s t e p r o

b l e m a . D e s e n v o l v i d o p a r a t r a b a l h a r e m m á q u i n a s d o tipo I B M - P C , P I C T Õ R E A

c o n s i s t e , b a s i c a m e n t e , de um a r q u i v o de i m a g e n s de t a m a n h o 64x64 p i x e l s e

e s c a l a de cinza c o m 32 n í v e i s , e 5 m e m ó r i a s de imagens ( M i l , M I 2 e M I 3 ) a r

m a z e n a d a s n a m e m ó r i a de trabalho do c o m p u t a d o r . Imagens armazenadas e m

M i l e M I 2 p o d e m s e r p r o c e s s a d a s i s o l a d a m e n t e o u p o d e m s o f r e r p r o c e s s a m e n t o

q u e e n v o l v a a m b a s . 0 resultado d o p r o c e s s a m e n t o é , e m g e r a l , a r m a z e n a d o e m

M I 3 . C o m o u n i d a d e de v i s u a l i z a ç ã o de i m a g e n s , o s i s t e m a u t i l i z a os c a r t õ e s

g r á f i c o s de 4 (CGA) o u 16 cores (EGA) d i s p o n í v e i s em m a q u i n a s d o tipo I B M

-P C , p a r a d a r o " d i s p l a y " de imagens c o m r e d u ç ã o d a e s c a l a d e c i n z a p a r a 4

o u 16 n í v e i s , d e p e n d e n d o do c a r t ã o g r á f i c o e m p r e g a d o . Imagens c o m 32 n í

v e i s d e c i n z a s ã o fornecidas ao u s u á r i o através de um m é t o d o de i m p r e s s ã o

s u p e r p o s i ç ã o d e caracteres [ 7 ] , c o n f o r m e veremos n o capítulo 4 .

-' L. C o n c e p ç ã o d o s i s t e m a

- m a n i p u l a ç ã o de dados: o p r o g r a m a c o n s i s t e d e s u b r o t i n a s , o n d e c a m

p o s s ã o t r a n s f e r i d o s através de listas de p a r â m e t r o s ;

- p a d r ã o d e d o c u m e n t a ç ã o : além da d e s c r i ç ã o dos p a r â m e t r o s n e c e s s á

rios aos a l g o r i t m o s , s u b r o t i n a s de auxílio s ã o d i s p o n í v e i s . Os p r o g r a m a s

são d o c u m e n t a d o s n a l í n g u a p o r t u g u e s a ;

- o p ç ã o p o r u m s i s t e m a m o d u l a r b a s e a d o e m m e n u s , c o m a p r e s e n t a ç ã o

" l i n h a p o r l i n h a " d a t e l a e c o m diálogos do tipo " p e r g u n t a s e respostas "

B O

-A b i b l i o t e c a a p r e s e n t a - s e d i v i d i d a em q u a t r o p l a n o s b á s i c o s (Fig.

2 . 1 ) . N o p r i m e i r o p l a n o estão as rotinas q u e i m p l e m e n t a m os diversos algo

r i t m o s d a m a n e i r a m a i s i n d e p e n d e n t e p o s s í v e l . N o s e g u n d o p l a n o estão as

r o t i n a s c o m u n s ãs do e x t e r i o r c o m o , p o r e x e m p l o , as rotinas de c o n v o l u ç ã o .

N o p l a n o s e g u i n t e e s t ã o as rotinas d è a u x í l i o , q u e c o n t ê m i n f o r m a ç õ e s s o

b r e a u t i l i z a ç ã o do s i s t e m a . N o p l a n o mais i n t e r n o , a s s o c i a d o ao s i s t e m a

o p e r a c i o n a l , e n c o n t r a - s e o VDI ("Virtual D e v i c e I n t e r f a c e " ) [9J, q u e g e r e n

c i a o c o n t r o l e d e d i s p o s i t i v o s de e n t r a d a e s a í d a , i n d e p e n d e n t e m e n t e d o

h a r d w a r e u t i l i z a d o .

- T r a n s f . Radiométricas - O p e r a ç õ e s A r i t m é t i c a s

- G e r a ç ã o de Imagens - S u a v i z a ç ã o

- E s t a t í s t i c a s - Deteção d e B o r d a s e t c .

- E/S de Imagens

- Rotinas Comuns e t c .

- A u x í l i o

- D o c u m e n t a ç ã o

- V i r t u a l D e v i c e I n t e r f a c e (VDI)

- S i s t e m a O p e r a c i o n a l

F i g u r a 2.li E s t r u t u r a do s o f t w a r e

0 c o n t r o l a d o r V D I , q u e i n t e g r a o p a c o t e g r a f i c o d a I B M , o GDT ("Gra

plúcs D e v e l o p m e n t T o o l k i t " ) , d e f i n e um p r o t o c o l o ou l i n g u a g e m de c o m u n i c a

ção q u e c o n s i s t e de funções p r ê - d e f i n i d a s , m é t o d o s de a c e s s o e c o n v e n ç õ e s

de p a r â m e t r o s q u e p o s s i b i l i t a m u m s o f t w a r e com as c a r a c t e r í s t i c a s acima

m e n c i o n a d a s . A F i g u r a 2.2. a p r e s e n t a a ligação e n t r e P I C T Õ R E A e os

diver-sos d i s p o s i t i v o s de entrada c s a í d a . 0 capítulo 3 f o r n e c e m a i o r e s deta

F i g u r a 2. 2. C o n t r o l e dos d i s p o s i t i v o s de

p e l o

2.2. Funções contidas no s i s t e m a

A o e x e c u t a r o p r o g r a m a

u s u á r i o d i s p õ e , i n i c i a l m e n t e ,

de um

DE

q u e agrupa as s e g u i n t e s funções:

1 - P R O G R A M A SPDI

2 - P R O G R A M A D O U S U Á R I O

3 - D I R E T Ó R I O D E I M A G E N S

4 - A U X I L I O

5 - E N C E R R A

A f u n ç ã o P R O G R A M A SPDI (programa de S i s t e m a de P r o c e s s a m e n t o D i g i t a l

de I m a g e n s ) , c o m p r e e n d e o conjunto de algoritmos q u e r e a l i z a m as funções

de p r o c e s s a m e n t o e de v i s u a l i z a ç ã o de imagens p r o p r i a m e n t e d i t a s . 0 P R O G R A

M A D O U S U Á R I O p e r m i t e q u e o u s u á r i o , através dc algumas regras b á s i c a s ,

clui a e x e c u ç ã o do p r o g r a m a , t r a n s f e r i n d o o c o n t r o l e ao s i s t e m a o p e r a c i o

n a l .

A o a c e s s a r P R O G R A M A S P D I , 10 m ó d u l o s de p r o c e s s a m e n t o e v i s u a l i z a ç ã o

s ã o a p r e s e n t a d o s ao u s u á r i o . Estes m ó d u l o s s ã o :

M E N U P R I N C I P A L

Módutoò:

1. E n t r a d a / s a í d a de imagens

2. D i s p l a y de imagens

3 . H i s t o g r a m a s e estatísticas

4 . A r i t m é t i c a de imagens

5. T r a n s f o r m a ç õ e s radiometricas

6. F i l t r o s e s p a c i a i s

7. G e r a ç ã o d e imagens

8 . G e r a ç ã o de ruídos

9 . A u x í l i o

1 0 . F i m

As funções de u m m o d u l o q u e c o n t ê m o u t r o c o n j u n t o de f u n ç õ e s s ã o

a p r e s e n t a d a s como s u b m õ d u l o I d e s t e m ó d u l o . Da m e s m a f o r m a , u m a f u n ç ã o

d e s t e s u b m õ d u l o , c o n t e n d o outras f u n ç õ e s , e a p r e s e n t a d a como s u b m õ d u l o I I .

D e s c r e v e r e m o s , a s e g u i r , o conjunto das funções contidaSs^em c a d a u m

desses m ó d u l o s . O s capítulos 4 , 5 e 6 d e s c r e v e m d e t a l h a d a m e n t e estas fun

ç õ e s .

Módulo 1: ENTRAVA/SAÍVA VE IMAGENS

' F u n ç õ e s :

Fl C a r r e g a imagcms

F2 A r m a z e n a imagcjn

F3 I m p r i m e i m a g e m

F4 'Iransfere imagens e n t r e Mi's

F9 A u x i l i o

FIO R e t o m a

Modulo 2: VTSPLAV VE 1 HÄGENS

ü s t e m o d u l o é responsável p e l a v i s u a l i z a ç ã o das i m a g e n s nas M i ' s (me

i"òrias de i m a g e n s ) . As m e s m a s s ã o apresentadas c o m r e d u ç ã o d a e s c a l a d e

cinza de 32 n í v e i s p a r a 4 n í v e i s (PICTÕREA: versão 4 c o r e s ) o u p a r a 16 n í

veis

(PIC1I3REA: v e r s ã o 16 c o r e s ) .

V1SPLAV VE IMAGENS e s t a p r e s e n t e em vãrios outros m ó d u l o s do s i s t e m a

a fim de a g i l i z a r a p o s s i b i l i d a d e de v i s u a l i z a ç ã o das M i ' s .

MZdulo 3: H I S T O G R A M A S

E S T A T Í S T I C A S

Funçõei •'

Fl D i s p l a y de h i s t o g r a m a

F2 D i s p l a y d e p e r f i l de linha ou coluna

F3 E s t a t í s t i c a s locais

F4 V e r i f i c a e/ou m o d i f i c a p i x e l s

F 9 A u x í l i o

FIO R e t o r n a

tiÕHnfn 4: A R I T M É T I C A VE 7 W A G E W S

Vunqou •

F l A d i ç ã o de M I 1 e M I 2

F2 S u b t r a ç ã o d e 2 i m a g e n s

F 3 D i f e r e n ç a a b s o l u t a e n t r e M i l e M I 2

F4 M é d i a da d i f e r e n ç a a b s o l u t a e erro m é d i o q u a d r á t i c o e n t r e 2

imagens

F 5 E f e i t o zoom

F 6 R e d u ç ã o de i m a g e m

F7 D i s p l a y de i m a g e n s

F9 A u x í l i o

FIO R e t o r n a

h\ódalo 5: T R A N S F O R M A Ç Õ E S R A P I O M Ê T R I C A S

F u n ç õ e s :

Fl E q u a l i z a ç ã o h i s t o g r â m i c a

F 2 M a p e a m e n t o dos n í v e i s de cinza

F3 D i s p l a y de imagens

F9 Auxílio

FIO R e t o r n a

SubmÓdulo I:/TRANSFORMAÇÕES R A P I Ü M Ê T R Z C A S / M A P E A M E N T O VOS NÍVEIS VE

C I N Z A

Funções :

F l F a t i a m e n t o e m dois n í v e i s

F2 C o m p r e s s ã o

F8 D e n t e d e s e r r a 3-ciclos

FIO R e t o m a

O U T R A T E C L A M e n u p r i n c i p a l

Módulo* 6: FILTROS E S P A C I A I S

Funções '•

Fl C o n v o l u ç ã o

F2 D e t e ç ã o de bordas

F 3 S u a v i z a ç ã o

F4 D i s p l a y de imagens

F9 A u x í l i o

FIO R e t o m a

Submódulo I.-/FILTROS E S P A C I A 1 S / P E T E Ç Ã 0 PE B O R D A S

FunçoQA ••

Fl G r a d i e n t e de Roberts

!"2 O p e r a d o r do Sobcl

F3 O p e r a d o r de P r e w i t t

F4 O p e r a d o r e s d i r e c i o n a i s

FIO R e t o m a

O U T R A T E C L A M e n u p r i n c i p a l

SubmóduZo UtjFUTROS E S P A C Z A I S / D E T E Ç A O VE 8 0 R P A S / G R A D 2 E W T E VE

ROBERTS

Funções:

PI A p l i c a ç ã o d i r e t a do g r a d i e n t e

F2 G r a d i e n t e com fundo definido

F3 i m a g e m g r a d i e n t e binaria

FIO R e t o r n a

O U T R A T E C L A M e n u p r i n c i p a l

Subnódulo 1J:/FILTROS E S P A C I A I S / P E T E C A ^ PE B O R P A S / O P E R A D O R E S

D I R E C I O N A I S

Funções ••

Fl M a s c a r a s direcionais de P r e w i t t

F2 M á s c a r a s direcionais de K i r s c h

F3 M á s c a r a s simples de 3 n í v e i s

F4 M á s c a r a s simples de 5 n í v e i s

FIO R e t o m a

O U T R A T E C L A M e n u p r i n c i p a l

SubmóduZo I:/FILTROS ESPACIAIS/SUAl/IZAÇÂO

Funçõcò ••

Fl F i l t r o da m e d i a

F2 Filtros d a o r d e m

F3 S u a v i z a ç ã o com v i z i n h a n ç a s e l e c i o n a d a p o r v a r i â n c i a

F4 S u a v i z a ç ã o com v i z i n h a n ç a s e l e c i o n a d a p o r s o m a d e d i f e r e n

ças absolutas

F5 F i l t r o d a m é d i a c o m o s k-vizinhos m a i s p r ó x i m o s

F 6 F i l t r o signa

FIO R e t o m a

O U T R A T E C L A M e n u p r i n c i p a l

Módulo 7: G E R A Ç Ã O PE IMAGENS

Funçõeò •'

Fl C í r c u l o

F2 R e t â n g u l o

F 3 Q u a t r o q u a d r a d o s

F4 T a b u l e i r o

F5 D i s p l a y de imagens

F9 A u x í l i o

FIO R e t o m a

Módulo $'• G E R A Ç Ã O PE RUIVOS

Funçõte•

Fl R u í d o c o m d i s t r i b u i ç ã o u n i f o r m e

F 2 R u í d o com d i s t r i b u i ç ã o gaussiana

F3 U i s p l a y de imagens

F9 A u x í l i o

FIO R e t o m a

Módulo 9: AUXÍLIO

O n ó d u l o A U X I L I O c o n t é m i n f o r m a ç õ e s básicas s o b r e a u t i l i z a ç ã o de

P 1 C T Ó R E A . C a d a u m dos módulos cb M E N U P R I N C I P A L d i s p õ e de u m a função A U X l

LIO d e d i c a d a a e s t e m o d u l o , onde algumas informações s o b r e os algoritmos e

p a r â m e t r o s n e c e s s á r i o s ao seu f u n c i o n a m e n t o são f o r n e c i d a s ao u s u á r i o .

Módulo 10: FIM

E s t e m ó d u l o e n c e r r a a e x e c u ç ã o d o P R O G R A M A S P D 1 , t r a n s f e r i n d o o con

c o n t r o l e ao M E N U DE A B E R T U R A do s i s t e m a .

P I C T Õ R E A c o n t e m f u n ç õ e s de a p o i o , tais c o m o : F l O - R e t o r n a , q u e p õ e o

m e n u i m e d i a t a m e n t e a n t e r i o r ã d i s p o s i ç ã o do u s u á r i o ; O U T R A T E C L A (presente

n o s s u b m õ d u l o s 1 e I I ) , q u e indica q u e o u s u á r i o d e v e p r e s s i o n a r q u a l q u e r

tecla p a r a r e t o r n a r ao M E N U P R I N C I P A L , e a f u n ç ã o E S C A P E , q u e a n u l a a o c o r

rcncia d e uma função no m o m e n t o da sua c h a m a d a .

0 m ó d u l o A U X I L I O , b e m c o m o as f u n ç õ e s de a p o i o , a p a r e c e m , c o m o v e r e

m o s , em v á r i o s o u t r o s m ó d u l o s e s u b m õ d u l o s do s i s t e m a . C o m o m e d i d a d e sim

p l i f i c a ç á o , o s m e s m o s n ã o m a i s s e r ã o m e n c i o n a d o s n o d e c o r r e r dos c a p í t u l o s

s e g u i n t e s .

D o i s a l g o r i t m o s i m p l e m e n t a n d o as t r a n s f o r m a d a s r á p i d a s d e F o u r i e r e

de W a l s h s ã o f o r n e c i d o s ao u s u á r i o j u n t a m e n t e c o m P I C T Õ R E A . E s t e s a l g o r i t

m o s p o d e m s e r a c e s s a d o s a t r a v é s da f u n ç ã o P R O G R A M A D O U S U Á R I O do M E N U D E

A B E R T U R A d o s i s t e m a .

2 . 5 . C o n c l u s ã o

P I C T Õ R E A t e n t o u a g r u p a r , d e n t r o d o s seus d i v e r s o s m ó d u l o s , u m c o n j u n

to de a l g o r i t m o s q u e possa d a r ao u s u á r i o uma v i s ã o d o q u e v e m a s e r p r o

c e s s a m e n t o d i g i t a l d e i m a g e n s .

A r e d u ç ã o d o s n í v e i s de cinza da i m a g e m de 32 p a r a a p e n a s 4 c o r e s ,

na t e l a , ê e s t a b e l e c i d o p e l a c a p a c i d a d e d o c a r t ã o g r á f i c o C G A , c o m u m e n t e

d i s p o n í v e l n a s m á q u i n a s do tipo I B M - P C . P I C T Õ R E A p r o p õ e , p a r a c a r t õ e s d o

tipo E G A , uma outra v e r s ã o q u e p e r m i t e o " d i s p l a y " s i m u l t â n e o de até 16 co

d e p r o g r a m a s i n d e p e n d e n t e s dos dispositivos gráficos (estações d e traba

lho) u t i l i z a d o s . E l e c o n t é m u m a longa l i s t a d e funções gráficas e d e t e x

tos q u e s ã o e x p l i c i t a d a s , de u m a ú n i c a m a n e i r a , n o c o n t r o l e dos diversos

d i s p o s i t i v o s de e n t r a d a e s a í d a .

0 G D T c o n s i s t e d e u m C o n t r o l a d o r de I n t e r f a c e de D i s p o s i t i v o s V i r t u

ais - V D I ("Virtual D e v i c e I n t e r f a c e " ) ; u m c o n j u n t o d e d i s p o s i t i v o s "dri

v e r s " d e e n t r a d a e s a í d a ; b i b l i o t e c a s de " l i n k a g e m " r e f e r e n t e s as f u n ç õ e s

g r á f i c a s e funções de texto d i s p o n í v e i s , e u m m a n u a l c o n t e n d o i n f o r m a ç õ e s

s o b r e c a d a u n a destas f u n ç õ e s , de acordo c o m a l i n g u a g e m d e p r o g r a m a ç ã o es

p e e i f i c a .

3.1. 0 c o n t r o l a d o r de i n t e r f a c e d e d i s p o s i t i v o s virtuai s - V D I

0 V D I defin e u n a l i n g u a g e m c o m u m o u p r o t o c o l o q u e p e r m i t e a c o m u n i c a

ção e n t r e u m p r o g r a m a , e o s diversos d i s p o s i t i v o s " d r i v e r s " associados ãs

suas e s t a ç õ e s de t r a b a l h o . E s t e p r o t o c o l o c o n s i s t e de u m c o n j u n t o de f u n

ções e p a r â m e t r o s q u e p o s s i b i l i t a m a realização do s o f t w a r e c o m as carac

t e r í s t i c a s d e s e j a d a s .

O s d i s p o s i t i v o s " d r i v e r s " c o m u n i c a m - s e d i r e t a m e n t e c o m o V D I e as es

tacões de t r a b a l h o . Estes d i s p o s i t i v o s , q u a n d o r e f e r e n c i a d o s em u m p r o g r a

m a q u a l q u e r , i n t e r a g e m d i r e t a m e n t e c o m o s i s t e m a o p e r a c i o n a l , d e uma m a n e i

ra t r a n s p a r e n t e ao u s u á r i o . C a d a u m dos d i s p o s i t i v o s d e e n t r a d a e s a í d a é

c o n t r o l a d o p o r u m " d r i v e r " q u e t e m como o b j e t i v o t r a d u z i r a informação pas

sada p o r uni p r o g r a m a a u m a r e s p e c t i v a e s t a ç ã o de t r a b a l h o .

3 . 1 . 1 . M o d o s de operação

Uma e s t a ç ã o de trabalho p o d e o p e r a r e m M O D O GRAFICO ou em M O D O C U R

S O R . A p e n a s u m deles p o d e s e r a t i v a d o e m d e t e r m i n a d o i n s t a n t e .

0 M O D O G R A F I C O p e r m i t e :

- E x e c u t a r funções gráficas de e n t r a d a e s a í d a

- O b t e r i n f o r m a ç õ e s s o b r e a e x e c u ç ã o de d e t e r m i n a d a f u n ç ã o (atribu

tos)

- U t i l i z a r p r i m i t i v a s gráficas p a r a desenhos

- U t i l i z a r textos alfanuméricos

- C o n t r o l a r textos g r á f i c o s .

N e n h u m a f u n ç ã o do m o d o c u r s o r d e v e s e r r e f e r e n c i a d a n o m o d o g r á f i c o .

0 M O D O C U R S O R s õ é a p l i c a d o e m d i s p o s i t i v o s d o tipo C R T . E s t e m o d o

p e r m i t e :

- A p a g a r u n a p á g i n a c o m p l e t a , linha ou p a r t e de u m a linha

- P o s i c i o n a r a s a í d a de d e t e r m i n a d o caracter n a tela

- A t r i b u i r d e t e r m i n a d a s c a r a c t e r í s t i c a s , tais c o m o : m o d o p i s c a n t e ,

s u b l i n h a g e m , v í d e o r e v e r s o e t c .

N e n h u m a f u n ç ã o g r á f i c a deve s e r r e f e r e n c i a d a no m o d o c u r s o r .

3. 2. 0 d r i v e r g r á f i c o V D I D Y 0 0 4 . S Y S

0 d i s p o s i t i v o g r á f i c o u t i l i z a d o n a e l a b o r a ç ã o do p r o g r a m a P I C T Õ R E A

(versão 4 c o r e s ) , é d e n o m i n a d o IBM C O L O R / G R A P H I C S M O N I T O R A D A P T E R - M É D I U M

R E S O L U T I O N 4 C O L O R (VDIDY004. S Y S ) . E u m d i s p o s i t i v o a s s o c i a d o a u m a e s t a

ção de t r a b a l h o de n o m e lógico D 1 S P L A Y e q u e representa o c o n t r o l a d o r de

um m o n i t o r de vídeo de r e s o l u ç ã o 3 2 0 x 2 0 0 .

Este " d r i v e r " , q u a n d o n o m o d o g r a f i c o , p o d e m o s t r a r , s i m u l t a n e a m e n t e ,

o c o n j u n t o das s e g u i n t e s cores ("default") :

ÍNDICE DE G O R E S

0

1

2

C O R E S

p r e t o ("background")

b r a n c o

m a g e n t a

c y a n

0 V D I D Y 0 0 4 . S Y S f o r n e c e , a i n d a , q u a t r o p a l e t a s d e cores d i f e r e n t e s as

q u a i s p o d e m s e r s e l e c i o n a d a s p e l o u s u á r i o . Estas p a l e t a s s ã o :

ÍNDICE DE P A L E T A P A L E T A P A L E T A P A L E T A

C O R E S

1

2 3 4

m a r r o m

venncllio

v e r d e

amarelo

c l a r o

venue'Dio

c l a r o

v e r d e

claro

cinza

m a g e n t a

c y a n

b r a n c o

m a g e n t a

claro

c y a n

c l a r o

P I C T O R H A

(versão 4 cores) u t i l i z a as cores " d e f a u l t " , m o s t r a d a s an

t e r i o r m e n t e , n a l i m i a r i z a ç ã o dos p i x e l s da i m a g e m .

No m o d o g r á f i c o , o sistema trabalha c m c o o r d e n a d a s N D C ("Normalized

D e v i c e C o o r d i n a t e s " ) , onde a relação e n t r e as dimensões h o r i z o n t a l e v e r t i

c a l da i m a g e m ("aspect r a t i o " ) e p r e s e r v a d a .

A q u a n t i d a d e de m e m ó r i a n e c e s s á r i a p a r a a l o c a r o s i s t e m a V D I ê igual

a 3 2 K octetos s e n d o n e c e s s á r i o s m a i s 3 1 K , a p r o x i m a d a m e n t e , p a r a os c o n t r o l a

doic:" g r á f i c o s .

3 . 3 . 0 m e n u d c abertura do s i s t e m a

A o c a r r e g a r o p r o g r a m a P I C T O R E A , O u s u á r i o d i s p õ e d e u m M E N U D E A B E R

T U R A c o n t e n d o as s e g u i n t e s o p ç õ e s :

P I C T O R E A - U M A F E R R A M E N T A D E E N S I N O P A R A T R A T A M E N T O DE I M A G E N S

V E R S Ã O 1.1 - J U L H O D E 1983

P O R

N E U C I M A R J. L E I T E , A R N A L D O DE A . A R A U J O E J O Ã O M . D E C A R V A L H O

P R O G R A M A SPDI

P R O G R A M A D O U S U Á R I O

D I R E T Ó R I O D E IMAGENS

A U X I L I O

E N C E R R A

D A T A : 23/04/89 T I M E : 1 0 : 0 0

L A B O R A T Ó R I O D E S I N A I S I M A G E N S E C O M P U T A Ç Ã O G R Á F I C A

D E E / C C T / U F P b - C A M P U S II

C X . P O S T A L 10105 - 5 3 1 0 0 C A M P I N A G R A N D E - P B

Fi gura 3 . 1 . M e n u de abertura

E s t e p r o g r a m a foi e l a b o r a d o e m l i n g u a g e m P A S C A L , dado a sua facilida

de e m a c e s s a r arquivos e x e c u t á v e i s e x t e r n o s a u m p r o g r a m a (Apêndice 2 ) .

A e s c o l h a de u m a das funções d o M E N U D E A B E R T U R A ê feita através das

teclas d e m o v i m e n t o de c u r s o r p a r a cima <+> o u p a r a b a i x o <+> s e g u i d a s d o

c o m a n d o < E N T E R > .

3 . 3 . 1 . P r o g r a m a SPDI

A o s e l e c i o n a r e s t a f u n ç ã o , o s i s t e m a c a r r e g a o p r o g r a m a S P D I . E X E , o

q u a l a c e s s a todos os m ó d u l o s de v i s u a l i z a ç ã o e p r o c e s s a m e n t o de imagens

d i s p o n í v e i s . Os capítulos 4 e 5 apresentam d e t a l h a d a m e n t e o c o n j u n t o das

funções contidas nos 10 m ó d u l o s d o P R O G P A M A S P D I .

3 . 3 . 2 . P r o g r a m a d o u s u ã r i o

P I C T Õ R E A p e r m i t e u m a e x p a n s ã o da sua e s t r u t u r a , o f e r e c e n d o u m a m a n e i

ra f l e x í v e l de i n t e r a ç ã o s i s t e m a - u s u ã r i o . N a e s c o l h a d e s t a f u n ç ã o , o u s u á

rio p o d e ter o s e u p r ó p r i o p r o g r a m a acoplado ao a p l i c a t i v o . P a r a a l i n g u a

g e m FORTRAN 7 7 , o m e s m o dispõe de u m a b i b l i o t e c a , P I C T Õ R E A . L I B , q u e o auxi

l i a n o c a r r e g a m e n t o e n o a n u a z e n a m e n t o da i m a g e m a s e r p r o c e s s a d a no s e u

p r o g r a m a .

3 . 3 . 5 . D i r e t o l i o de imagens

E s t a função m o s t r a , n a t e l a , todos os a r q u i v u e c o m e x t e n s ã o LMG. Es

tes arquivos c o n s t i t u e m os arquivos de-imagens f o r n e c i d o s ao u s u ã r i o , jun

t a m e n t e c e m o s i s t e m a P I C T Õ R E A . C a d a um deles c o n t e m u m a i m a g e m 64x64 c o

d i f i c a d a e m 32 n í v e i s de c i n z a , onde o " 0 " c o r r e s p o n d e ao p r e t o e o " 3 1 "

a o b r a n c o .

3 . 3 . 4 . A u x í l i o

C o n t ê m algumas informações à r e s p e i t o das funções p r e s e n t e s n o M E N U

DE A B E R T U R A .

3.3.5. E n c e r r a

F i n a l i z a a e x e c u ç ã o do p r o g r a m a P I C T Õ R E A , t r a n s f e r i n d o o c o n t r o l e ao

s i s t e m a o p e r a c i o n a l .

E x p l i c a ç õ e s a n í v e l de u t i l i z a ç ã o de P I C T Õ R E A e o u t r a s i n f o r m a ç õ e s

s o b r e o s e u c o n t e ú d o e s t ã o registradas n o M A N U A L D O U S U Á R I O .

3.4. C o n c l u s ã o

E m b o r a P I C T Õ R E A u t i l i z e , n a s u a s e g u n d a v e r s ã o , o c o n t r o l a d o r g r ã f i

le 16 cores V D I D Y O O D . S Y S (IMB E n h a n c e d Graphics A d a p t e r - M e d i u m R e s o l u

16 C o l o r ) , l i m i t a m o - n o s , n e s t e c a p í t u l o , e x c l u s i v a m e n t e ã d e s c r i ç ã o

uo v u I D Y 0 0 4 . S Y S . E s s e s dois c o n t r o l a d o r e s p o s s u e m as m e s m a s c a r a c t e r í s t i

c a s , e x c e t o n o q u e se refere ao p o s s í v e l c o n j u n t o das cores m o s t r a d a s n a

t e l a .

O q u a d r o a b a i x o c o n t é m as cores " d e f a u l t " empregadas n a v e r s ã o e m 16

cores de P I C T Õ R E A .

Í N D I C E D E C O R E S C O R E S

0 p r e t o

1 b r a n c o

2 v e n n e l h o

3 v e r d e

4 azul

5 amarelo

6 cyan

7 m a g e n t e

S m a r r o m

9 cinza c l a r o

v e r m e l h o c l a r o

m a g e n t a c l a r o

Os m ó d u l o s d o M E N U P R I N C I P A L , d o P R O G R A M A S P D I , s ã o os s e g u i n t e s :

M E N U P R I N C I P A L

1. E n t r a d a / s a í d a de imagens

2. D i s p l a y de imagens

3 . H i s t o g r a m a s e estatísticas

4. A r i t m é t i c a de imagens

5 . T r a n s f o r m a ç õ e s radiométricas

6 . F i l t r o s espaciais

7. G e r a ç ã o de imagens

8 . G e r a ç ã o d e r u í d o s .

P o r q u e s t õ e s de o r g a n i z a ç ã o , os m ó d u l o s de 1 a 5 s e r ã o apresentados

n e s t e c a p í t u l o ; o m ó d u l o 6, n o c a p í t u l o 5, e os m ó d u l o s 7 e 8, n o c a p í t u l o

s u b s e q u e n t e .

4 . 1 . M ó d u l o : E n t r a d a / s a í d a de imagens

E s t e m ó d u l o c o n t é m as seguintes f u n ç õ e s :

E N T R A D A / S A Í D A DE I M A G E N S

Fl C a r r e g a imagem

F 2 A r m a z e n a i m a g e m

F3 I m p r i m e i m a g e m

F4 T r a n s f e r e imagens entre M i ' s

F9 A u x í l i o

FIO R e t o m a

Fl r e a l i z a a t r a n s f e r ê n c i a de um arquivo d e i m a g e m , em d i s c o , p a r a

u m a á r e a de m e m ó r i a do c o m p u t a d o r ; F2 executa o p r o c e s s o i n v e r s o , transfe

rindo u m a r q u i v o de i m a g e m d a m e m ó r i a R A M p a r a u m a r q u i v o e m d i s c o , e F5

i m p r i m e i m a g e n s c o m 32 n í v e i s de c i n z a a t r a v é s d a s u p e r p o s i ç ã o dos s e g u i n

tes c a r a c t e r e s [ 7 ] .

M M M M M M H H H H H X H X O Z W M N O S = I * + + = s .

-w -w -w -w -w -w # # # + + + =

F i g u r a 4 . 1 . Caracteres u s a d o s p a r a a impressão dos 3 2 n í v e i s

de c i n z a da i m a g e m

O s c a r a c t e r e s de uma c o l u n a , q u a n d o s u p e r p o s t o s , p r o d u z e m os n í v e i s

cinza m o s t r a d o s abaixo:

F i g u r a 4 . 2 . N í v e i s de c i n z a gerados a p a r t i r da s u p e r p o s i ç ã o

dos c a r a c t e r e s da Figura 4 . 1 .

P a r a a i m p r e s s ã o das i m a g e n s , o u s u á r i o p o d e e s c o l h e r u m a d e n t r e as 4

-funções de t r a n s l a ç ã o d a e s c a l a de c i n z a :

E S C A L A F U N Ç Ã O

L i n e a r f (NC) = N C

R a i z - q u a d r ã t i c a f (NC) = 1/31* ( N C )

L o g a r í t m i c a f (NC) = ( 3 1 * l o g

( N C + l ) ) / l o g

3 2

A b s o r ç ã o f (NC) = 3 1 * e " C C l - N C / 3 1 ) * l o g

3 1 )

T a b e l a 4 . 1 . Funções de i m p r e s s ã o

N C r e p r e s e n t a a i n t e n s i d a d e d o p i x e l n o p o n t o x,y d a i m a g e m . 0 A p e n

d i c e 1 c o n t é m imagens impressas de a c o r d o c o m as funções a p r e s e n t a d a s n a

T a b e l a 4 . 1 .

A f u n ç ã o F 4 , deste m ó d u l o , t r a n s f e r e i m a g e n s entre as ••memórias de

i m a g e n s M i l , M I 2 e M I 3 , p e r m i t i n d o q u e p r o c e s s o s literati vos s e j a m aplica

dos s e m q u e a i m a g e m p r o c e s s a d a t e n h a q u e s e r armazenada e m d i s q u e t e e c a r

r e g a d a d e v o l t a ao s i s t e m a .

4 . 1 . 1 . M ó d u l o : D i s p l a y de imagens

E s t e m ó d u l o é responsável p e l a v i s u a l i z a ç ã o das imagens armazenadas

n a s M i ' s . P a r a o " d i s p l a y " destas i m a g e n s , u t i l i z a - s e o c a r t ã o g r á f i c o dis

p o n í v e l nas m á q u i n a s d o tipo IBM-PC o u c o m p a t í v e i s . Estas i m a g e n s são

a p r e s e n t a d a s com redução da e s c a l a de c i n z a de 32 níveis p a r a apenas 4 n í

v e i s o u cores

versão 4 c o r e s ) ou p a r a 16 cores

v e r

s ã o 16 c o r e s ) . P o d e - s e o b t e r o " d i s p l a y " d e até 2 imacens n u m a m e s m a tela

s e n d o p o s s í v e l , p o r e x e m n l o , u m a c o m p a r a ç ã o v i s u a l entre u m a i m a g e m origi

n a l e u m a i m a g e m p r o c e s s a d a . C a d a u m a delas p o d e s e r a c o m p a n h a d a de um t í

tulo d e a t e 14 d í g i t o s a l f a n u m é r i c o s q u e p o d e s e r v i r p a r a i d e n t i f i c a - l a s .

P a r a a g i l i z a r o p r o c e s s o de v i s u a l i z a ç ã o , D I S P L A Y D E I M A G E N S e s t a

p r e s e n t e n o s m ó d u l o s : A R I T M É T I C A D E I M A G E N S , 1KANSP0RM/VÇGES R A D I Q M L T R I C A S ,

F I L T R O S E S P A C I A I S , G E R A Ç Ã O D E I M A G E N S e G E R A Ç Ã O D E R U Í D O S . E s t e m ó d u l o n ã o

m a i s serã m e n c i o n a d o n o s p r ó x i m o s i t e n s .

4.1.2. M ó d u l o : H i s t o g r a m a s e e s t a t í s t i c a s

E s t e m ó d u l o p e r m i t e u m e s t u d o q u a l i t a t i v o d a s i m a g e n s , a t r a v é s d e pa

r â m e t r o s e s t a t í s t i c o s f o r n e c i d o s a o u s u á r i o . A s s e g u i n t e s f u n ç õ e s e s t ã o

d i s p o n í v e i s :

H I S T O G R A M A S E E S T A T Í S T I C A S

Fl D i s p l a y de h i s t o g r a m a g l o b a l

F2 D i s p l a y d e p e r f i l de linha o u coluna

F3 E s t a t í s t i c a s locais

F4 V e r i f i c a e/ou m o d i f i c a p i x e l s

F9 A u x í l i o

FIO R e t o r n a

A f u n ç ã o Fl a p r e s e n t a o histograma g l o b a l da i m a g e m , d a n d o i n f o r m a

çõcs s o b r e a d i s t r i b u i ç ã o da intensidade d o s p i x e l s n a i m a g e m d i g i t a l i z a d a

(Fig. 4 . 3 ) . O h i s t o g r a m a ê r e p r e s e n t a d o p e l o g r á f i c o d o s n í v e i s d e c i n z a ,

p r e s e n t e s n a i m a g e m , e m f u n ç ã o da q u a n t i d a d e d o s e l e m e n t o s p e r t e n c e n t e s a

cada u m d e s s e s n í v e i s (freqüência d e o c o r r ê n c i a ) . 0 c o n t e ú d o d e u m h i s t o

grama a p r e s e n t a u m a d e s c r i ç ã o geral do a s p e c t o de u m a c e n a . E l e e s p e c i f i c a

o n ú m e r o d e p i x e l s p a r a c a d a n í v e l d e c i n z a , s e m i n d i c a r a sua l o c a l i z a ç ã o

na i m a g e m . 0 h i s t o g r a m a é ú n i c o p a r a d e t e r m i n a d a c e n a ; no e n t a n t o , c e n a s

d i f e r e n t e s p o d e m t e r o m e s m o h i s t o g r a m a .

F2 a p r e s e n t a , g r a f i c a m e n t e , a i n t e n s i d a d e d o s e l e m e n t o s c o n t i d o s n u

m a linha o u c o l u n a de u m a i m a g e m . 0 e i x o d a s a b c i s s a s c o n t é m o n u m e r o de

linhas o u c o l u n a s , e o e i x o d a s o r d e n a d a s , o s r e s p e c t i v o s n i v e i s d e c i n z a .

A F i g u r a 4 . 4 m o s t r a o p e r f i l da linha 32 de u m a d a s imagens d i s p o n í v e i s n o

s i s t e m a .

e s t a t u a . h i s t

F i g u r a 4 . 3 . H i s t o g r a m a g e r a l de u m a imagem

e s t a t u a ~ " ~ " " " " ~ " I

CURS OR: L i n ha=3 2

A função F 3 d e s t e m ó d u l o f o r n e c e alguns dados e s t a t í s t i c o s da c e n a ,

tais c o m o : m é d i a , d e s v i o - p a d r ã o , valores m í n i m o (MIN) e m á x i m o (MAX) dos

p i x e l s c o n t i d o s n u m a j a n e l a m ó v e l e de t a m a n h o v a r i á v e l ( 4 x 4 , 8 x 8 o u

1 6 x 1 6 ) , a l é m de a p r e s e n t a r o s e u h i s t o g r a m a l o c a l (Fig. 4 . 5 ) .

F4 p e r m i t e a v i s u a l i z a ç ã o dos n í v e i s de c i n z a p r e s e n t e s n a c e n a dos

e l e m e n t o s contidos n u m a j a n e l a m ó v e l , de t a m a n h o 5x5 (Fig. 4 . 6 ) , b e m c o m o

a m o d i f i c a ç ã o d e s t e s e l e m e n t o s . E s t a função p e r m i t e q u e o u s u á r i o a l t e r e

•-udo o c o n t e ú d o de uma m e m ó r i a de i m a g e m , p o d e n d o m e s m o c r i a r u m a n o v a ce

n a .

4 . 1 . 4 . M ó d u l o : A r i t m é t i c a de imagens

E s t e m ó d u l o r e a l i z a as s e g u i n t e s o p e r a ç õ e s e m i m a g e n s :

A R I T M É T I C A D E I M A G E N S

Fl A d i ç ã o d e M i l e M I 2

F 2 S u b t r a ç ã o de 2 imagens

F 3 D i f e r e n ç a a b s o l u t a e n t r e M i l e M I 2

F4 M é d i a d a d i f e r e n ç a a b s o l u t a e e r r o m é d i o q u a d r á t i c o e n t r e 2 ima

gens

F5 E f e i t o zoom

F6 R e d u ç ã o d e i m a g e m

F 7 D i s p l a y de imagens

F9 A u x í l i o

FIO R e t o m a

s a t u r n o

M o d i f i q u e p i x e l e

t e c l e <ENTER>

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

J a n e 1 a l 5 ^ 5

L i n h a = 23

C o l u n a = 7

F i g u r a 4 . 6 . V i s u a l i z a ç ã o dos n í v e i s de c i n z a de uma ãrea

d a i m a g e m

A s funções F l e F2 d e s t e m ó d u l o e x e c u t a m as o p e r a ç õ e s p o n t u a i s de

a d i r ã o e s u b t r a ç ã o , r e s p e c t i v a m e n t e , a r m a z e n a n d o o r e s u l t a d o em M I 3 . A a d i

ç ã o p o d e s e r u t i l i z a d a , p o r e s e m p l o , p a r a s o b r e p o r o c o n t e ú d o d e u m a i m a

g e m s o b r e o u t r a , e n q u a n t o a s u b t r a ç ã o p o d e s e r v i r p a r a d e t e c t a r m u d a n ç a s

e n t r e duas imagens de u m a m e s m a c e n a .

A diferença a b s o l u t a e n t r e M i l e M I 2 , f u n ç ã o F 3 , a p r e s e n t a - s e c o m o

u m a m e d i d a v i s u a l da f i d e l i d a d e de u m a i m a g e m p r o c e s s a d a e m relação â i m a

g e m o r i g i n a l . A m é d i a da d i f e r e n ç a a b s o l u t a (MDA) e o e r r o m é d i o q u a d r ã t i

c o ( E M Q ) , e n t r e 2 i m a g e n s , a p r e s e n t a m - s e c o m o p a r â m e t r o s q u a l i t a t i v o s des

t a f i d e l i d a d e .

Os valores do E M Q e da M D A s ã o dados p o r :

, N - l N - l

E M Q = - i - Z Z [ g ( x , y ) - f ( x , y ) ]

E q . 4.1

N

x = 0 y = 0

, N - l N - l

M D A = — Z Z | g ( x , y ) - f ( x , y ) | E q . 4.2

N

x = 0 y = 0

o n d e g ( x , y ) é a i m a g e m p r o c e s s a d a , f (x,y) ê a i m a g e m o r i g i n a l e N = 6 4 .

A f u n ç ã o F5 r e a l i z a u m a a m p l i a ç ã o de u m s e g m e n t o d a i m a g e m s e l e c i o n a

d o p o r u m a j a n e l a m ó v e l de d i m e n s ã o 16x16 p i x e l s , dando o r i g e m ao q u e c h a

m a m o s e f e i t o " z o o m " . Dois fatores p o s s í v e i s de a m p l i a ç ã o : 2x e 4 x . E s t a

o p e r a ç ã o r e s u l t a n o a u m e n t o ou ampliação da ã r e a d a j a n e l a , d e . - a c o r d o

c o m o f a t o r d e f i n i d o p e l o u s u á r i o . 0 r e s u l t a d o do p r o c e s s a m e n t o ê a r m a z e

n a d o e m M I 3 . A F i g u r a 4.7 m o s t r a o "zoom" (fator i g u a l a 4 ) d a á r e a i n d i c a

d a n a i m a g e m .

A f u n ç ã o F6 r e a l i z a u m a r e d u ç ã o de 2x ou de 4x s o b r e t o d a a i m a g e m

6 4 x 6 4 , r e s u l t a n d o e m imagens de t a m a n h o 32x32 ou 1 6 x 1 6 p i x e l s , r e s p e c t i v a

m e n t e (Fig. 4 . 8 ) .

4 . 1 . 4 . M ó d u l o : T r a n s f o r m a ç õ e s r a d i o m é t r i c a s

E s t e m ó d u l o d o p r o g r a m a a p r e s e n t a u m c o n j u n t o de funções q u e m o d i f i

c a m o v a l o r dos n í v e i s de c i n z a dos p i x e l s d a i m a g e m . E s t a s t r a n s f o r m a ç õ e s

s ã o do tipo p o n t u a l , e m q u e o v a l o r do p i x e l de s a í d a d e p e n d e apenas do v a

lor do p i x e l de e n t r a d a c o r r e s p o n d e n t e , e cujo o b j e t i v o ê e n f a t i z a r a l g u m a

c a r a c t e r í s t i c a de i n t e r e s s e de u m a c e n a ( R E A L C E ) .

E s t e b l o c o c o m p r e e n d e as s e g u i n t e s o p ç õ e s :

T R A N S F O R M A Ç Õ E S R A D I O M E T R I C A S

Fl E q u a l i z a ç ã o h i s t o g r â m i c a

F 2 M a p e a m e n t o dos n í v e i s de cinza

F3 D i s p l a y de i m a g e n s

F9 A u x í l i o

F I O R e t o m a

A p e s a r d a s u a s i m p l i c i d a d e , as o p e r a ç õ e s p o n t u a i s a b r a n g e m i m p o r t a n

tes t é c n i c a s de p r o c e s s a m e n t o de i m a g e n s .

Quaiiuu u m a o p e r a ç ã o p o n t u a l q u a l q u e r g e r a u m a i m a g e m de s a í d a a p a r

t i r de u m a i m a g e m d e e n t r a d a , d e v e e x i s t i r u m a c o r r e s p o n d ê n c i a e n t r e o s

p o n t o s n a s duas i m a g e n s , onde c a d a p i x e l da i m a g e m de s a í d a e s t á a s s o c i a d o

a u m p i x e l d a i m a g e m de e n t r a d a . As t r a n s f o r m a ç õ e s r a d i o m ê t r i c a s , vistas

n e s t e b l o c o , s ã o aquelas em q u e o s n í v e i s de c i n z a das i m a g e n s s ã o m o d i f i

c a d o s , s e m q u e o c o r r a u m a a l t e r a ç ã o d a g e o m e t r i a e s p a c i a l .

A f u n ç ã o Fl executa a t r a n s f o r m a ç ã o h i s t o g r â m i c a d a n d o o r i g e m a u m a

s e g u n d a i m a g e m c o m u m a d i s t r i b u i ç ã o m a i s u n i f o r m e dos n í v e i s d e c i n z a £ 7 ] .

C o n s i d e r a n d o u m a v a r i á v e l

_{r como sendo o nível de cinza dos pixels}

de u m a i m a g e m a s e r p r o c e s s a d a , e a s s u m i n d o q u e os s e u s v a l o r e s s ã o n o r m a

l i z a d o s , e n t ã o :

0 i r É 1 E q . 4.3

o n d e r = 0 K r e p r e s e n t a o p r e t o e r = 1 , o b r a n c o , n a e s c a l a de c i n z a .

P a r a q u a l q u e r r n o i n t e r v a l o £0,1] d e s e j a m o s o b t e r a s e g u i n t e

t r a n s f o r m a ç ã o :

s = T ( r ) E q . 4.4

a q u a l p r o d u z u m n í v e l de c i n z a s p a r a cada v a l o r d e r n a i m a g e m o r i g i n a l .

E s t a f u n ç ã o d e v e s a t i s f a z e r as s e g u i n t e s c o n d i ç õ e s :

1. T ( r ) e s t á a s s o c i a d o a u m ú n i c o v a l o r e ê m o n o t o n i c a m e n t e c r e s c e n

te n o i n t e r v a l o 0 é r - 1

2. 0 < T ( r ) < 1 p a r a 0 < r < 1

D e s t a f o r m a , p r e s e r v a m o s o i n t e r v a l o de m a p e a m e n t o e n t r e r e s , e a

o r d e m da e s c a l a de c i n z a , q u e vai do p r e t o (nível 0) a o b r a n c o (nível 1 ) .

A f u n ç ã o de t r a n s f o r m a ç ã o i n v e r s a ê d a d a p o r

c o m T * s a t i s f a z e n d o as condições 1 e 2.

A s s u m i n d o , p o r u m m o m e n t o , que os n í v e i s d e c i n z a da i m a g e m s ã o v a r i

ãveis contínuas n o i n t e r v a l o n o r m a l i z a d o [ 0 , 1 ] os n í v e i s d e c i n z a das d u

as i m a g e n s , original e t r a n s f o r m a d a , p o d e m s e r c a r a c t e r i z a d o s p o r s u a s fun

ções d e n s i d a d e de p r o b a b i l i d a d e p

( r ) e P

( s ) , r e s p e c t i v a m e n t e .

Sc p _ ( r ) c T ( r ) s ã o conhecidos c T

(sJ s a t i s f a z a c o n d i ç ã o 1, e n t ã o

a função d e n s i d a d e de p r o b a b i l i d a d e dos n í v e i s d e c i n z a t r a n s f o r m a d o s ê da

d a p o r :

p

( s ) - [ p

( r ) d r / d s ] ^ - 1 ^ ^

_

A e q u a l i z a ç ã o l ú s t o g r â m i c a realiza a t r a n s f o r m a ç ã o d a i m a g e m , c o n t r o

l a n d o a f u n ç ã o d e n s i d a d e de p r o b a b i l i d a d e dos n í v e i s de c i n z a através d a

f u n ç ã o de t r a n s f o r m a ç ã o T ( r ) .

C o n s i d e r e a s e g u i n t e função de d i s t r i b u i ç ã o c u m u l a t i v a (FDC) de r:

s = T ( r ) =

r

p

( w ) d w O í r ^ l E q .

Esta f u n ç ã o s a t i s f a z as condições 1 e 2 v i s t a s a n t e r i o r m e n t e , o n d e a

F D C cresce m o n o t o n i c a m e n t e de 0 a 1 em função de r.

Da e q u a ç ã o a c i m a p o d e m o s obter:

d s / d r = p (r) E q . 4 . 8

S u b s t i t u i n d o este v a l o r na E q . 4 . 6 temos:

P

( s ) = [ p

( r ) / p

( r ) ] r = T

( s )

P

( s ) - [ 1 ]

- l

= 1 O ^ s ^ 1 E q .

ou s e j a , P (s) a p r e s e n t a u m a d e n s i d a d e u n i f o r m e n o i n t e r v a l o s . I s t o s i g n i

fie '.jve s e usarmos u m a t r a n s f o r m a ç ã o T ( r ) igual â d i s t r i b u i ç ã o c u m u l a t i v a

de

_{r, teremos una imagem cujos níveis de cinza apresentam densidade unifor}

m e .

N o p l a n o d i s c r e t o , a p r o b a b i l i d a d e de o c o r r ê n c i a d o k - ê s i m o n í v e l de

cinza c d a d o p o r :

P

( r

) = n

/ n O ^ k -

'

k = 0,1 ... N - l

onde n ê o n ú m e r o de n í v e i s d e c i n z a , n^, ê o n ú m e r o de v e z e s q u e este n í

v e l a p a r e c e n a i m a g e m e n ê o n ú m e r o total d e p i x e l s d a i m a g e m .

A f o r m u l a d i s c r e t a p a r a a f u n ç ã o de t r a n s f o r m a ç ã o (Eq. 4 . 7 J é:

k

k

k

J

° -

k =

j

k - 0,1 ... N - l

k

s

• l p

( r . j E q . 4.11

j = 0

A e q u a l i z a ç ã o liistogrâmica p o d e s e r o b t i d a d i r e t a m e n t e a t r a v é s d a Eq,

4 . 1 1 . A Figura 4.9 m o s t r a u m a i m a g e m c o m s e u h i s t o g r a m a u n i f o r m i z a d o p e

lo p r o c e s s o d e s c r i t o a c i m a .

E q u a l i z a c a o H i s t o g r a ^ i c a