O Espectro Eletromagnético

O Espectro Eletromagnético

Luz Visível

•

• a luz visível é uma faixa ínfima do espectro;

• quanto menor o λ, mais retilínea a propagação da onda;

• as ondas vão desde muito longas (baixas freqüências), que são as ondas de rádio,

passando pelas ondas infravermelhas e de luz visível até chegar a comprimentos muito curtos (freqüências muito altas) raios gama e raios X.

Raios Gama

z

tipo de radiação eletromagnética que

possui o comprimento de onda mais

curto e, conseqüentemente, a mais alta

freqüência em todo o espectro

eletromagnético. Isto também implica

que os raios gama possuem a mais alta

energia entre todas as formas de radiação

eletromagnética.

z

Usualmente, qualquer fóton que tem

energia maior do que, aproximadamente,

100 keV é chamado de raios gama.

Raios X

z Foram descobertos pelo físico alemão William Roentgen (1845-1923) em 1895.

z A região dos raios X estende-se dos 2,4x1016 Hz aos 5x1019 _{Hz, com comprimentos de onda}

extremamente reduzidos, quase sempre inferiores aos diâmetros atômicos.

z Um dos mecanismos mais eficientes para a produção de raios X é a desaceleração rápida de partículas carregadas a alta velocidade. Uma gama extensa de freqüências resultantes manifesta-se quando um feixe de elétrons com energia elevada é projetado contra um alvo de cobre, por exemplo. As colisões com os núcleos de Cu produzem deflexões no feixe de elétrons que, por sua vez, radiam fótons de raios X.

Raios Ultravioleta

z É a região do espectro eletromagnético

que gera comprimentos de onda que variam de 91,2 a 350 nm.

z Está localizada entre a região visível e a

dos raios X. (os fótons que compõem a luz ultravioleta são mais energéticos do que os fótons que formam a luz visível).

z Tem comprimento de onda mais curto

do que a extremidade violeta do intervalo de luz visível.

z A atmosfera da Terra bloqueia a maior

parte das radiações ultravioleta.

z Não é percebida pelo olho humano. A

cor "bronzeada" obtida pelas pessoas após uma exposição ao Sol é resultado direto da interação entre os raios ultravioletas emitidos pelo Sol e uma substância chamada melanina que existe na pele.

Milho com Fungo Milho Normal

O Infravermelho

z

Emitido por dispositivos ou corpos aquecidos – radiação térmica.

z

As moléculas de um corpo a uma temperatura superior à do zero

absoluto (-273 °Celsius) radiam no IV ainda que com intensidade

reduzida.

Infravermelho

z Corpos quentes, tais como aquecedores elétricos e carvão em brasa emitem

radiações infravermelhas de forma abundante.

z Como todos os animais de sangue quente, o ser humano irradia no

infravermelho. Esta emissão é explorada por dispositivos de visão noturna, bem como por alguns animais, como os mosquitos, que conseguem detectar as radiações infravermelhas emitidas por suas presas, e algumas serpentes de hábitos noturnos.

z Cerca de metade da energia emitida pelo Sol é IV

z Uma lâmpada elétrica normal emite mais IV do que luz visível. z Aplicações:

9 As radiações infravermelhas são utilizadas nos controles de aparelhos de televisão, de portas de automóveis, etc.

9 Existem certas películas que são sensíveis a estas radiações, sendo utilizadas para fotografar objetos no escuro. Alguns satélites em órbita da Terra, tiram fotografias em infravermelho do nosso planeta. Essas fotografias podem detectar movimentos de corpos, por exemplo: o lançamento de mísseis e o movimento de nuvens, o que representa uma ajuda preciosa para os meteorologistas.

9 Existem mísseis que se orientam em função da posição de fontes de calor e são guiados por IV, lasers de IV e telescópios de IV que procuram melhor conhecimento do cosmos.

9 Os raios infravermelhos são também utilizados no tratamento de doenças, devido ao seu elevado poder térmico.

Microondas

z Fontes desta radiação: além de circuitos eletrônicos podemos ter emissões deste tipo em transições atômicas desde que os níveis energéticos envolvidos estejam próximos.

z Aplicações:

9 Uma vez que os comprimentos de onda são capazes de penetrar na

atmosfera terrestre (variam entre 1 cm e 30 metros), as micro-ondas têm interesse para a comunicação com veículos espaciais, bem como para a rádio astronomia.

9 Nos fornos de microondas: a energia destas ondas aumenta a agitação

das moléculas de água que existem nos alimentos. Os alimentos

absorvem a energia das ondas e se aquecem (quanto mais água tiver um alimento mais rapidamente ele aquece neste tipo de fornos).

9 Microondas são emitidas pela terra, carro, aviões e atmosfera, que

podem ser detectadas para dar informação de temperatura dos objetos que emitem as ondas

9 A transmissão de conversas telefônicas e de televisão, a orientação de

aviões, estudo da origem do Universo, aberturas de portas de garagem e estudo da superfície do planeta são algumas aplicações das

Ondas de Rádio

z Localização no espectro: A região das ondas de rádio estende-se desde alguns hertz até aproximadamente 109 _{Hz (comprimento de}

onda - muitos quilômetros até mais ou menos 30 cm).

z Ondas de rádio com comprimentos de ondas de poucos centímetros podem ser transmitidas por um satélite ou antena de um avião.

z Fontes desta radiação: são habitualmente produzidas em circuitos eletrônicos.

z Aplicações: são utilizadas para emissões de rádio e televisão, radares e pela polícia, para medir a velocidade dos automóveis. São usadas para transmitir sinais de rádio e de TV.

z Podem ser usadas para criar imagens. As ondas refletidas podem ser usadas para gerar uma imagem da superfície da terra no escuro ou através de nuvens.

Aplicações Industriais

Sistemas de controle

de qualidade por

inspeção visual.

Automação - Robos

guiados por visão

utilizados em linhas

de montagem.

Análise de

características

mecânicas de materiais

por microscopia

eletrônica de alta

resolução

Identificação/Segurança

Reconhecimento

automático de

assinaturas

Reconhecimento

de rosto

Identificação por

impressões digitais

Sistemas Biométricos

Aplicações Médicas

Diagnóstico a partir

de radiografia

Diagnóstico a partir

de tomografia

computadorizada

Diagnóstico a

partir de

ressonância

magnética

Sensoreamento Remoto

Classificação

Imagem de Satélite de Água

Limpa - Bandas 3, 4 e 5

transformada em RGB

Imagem de Água Limpa

-classificada automaticamente,

segundo o tipo de cobertura

do solo

Outras Áreas de Aplicação

z

Automação de escritório / banco / Biblioteca eletrônica

9 OCR 9 WEB

9 Base de dados multimídia 9 Transmissão

9 Armazenamento

z

Arte / editoração

9 Fotografia (edição, composição de cenas, efeitos especiais, etc) 9 Edição de layout para impressão

9 Museus virtuais z

Vídeo digital

Outras Áreas de Aplicação(continuação)

z

Biociências

9 Mamografia

9 Análise de imagens de microscopia

9 Pesquisa biológica (análise de células, tecidos e ossos, análise de DNA) 9 Reconstrução 3D

9 Diagnóstico médico (X-ray -- angiografia, tomografia -- CT, MRI, PET scanners) z

Justiça forense

Defesa / Militar

9 Alvos em imagens de satélite

Áreas onde Imagens são Utilizadas (continuação)

z

Ciência dos materiais

9

Análise de imagens de microscopia

9

Análise de estruturas (cristalografia, etc)

9

Análise de componentes, contagem e classificação de objetos

Exploração espacial

9 Distorção, ruído, bluring 9 Atividade solar

9 Atividade cósmicas 9 Atividade de planetas

z

Outros

9 Reconhecimento de placas de veículo 9 Cartografia

Elementos de um Sistema de

Processamento de Imagens Digitais

Câmeras de Vídeo Scanner Computador Monitores de Vídeo Impressoras Ploters Discos Ópticos Discos Magnéticos Fitas Magnéticas Videotape

Aquisição Processamento Saída

Estrutura de um Sistema de Reconhecimento e

Interpretação

Aquisição e Representação

Tratamento

Segmentação

Extração de Características e Descrição

Reconhecimento e Interpretação

O Reconhecimento de Padrões / Facial

Lena

Qual a aparência

atual

1

a

_{Lista de Exercícios}

• Objetivo

Proporcionar uma oportunidade de

familiarização com o Toolbox de

Processamento de Imagens do MatLab.

• Entrega

até

20/03/2003

, incidindo uma multa de 5%

• Instruções

- todos os exercícios abaixo devem ser implementados

em MatLab, não importando qual a versão;

- os exercícios devem ser resolvidos individualmente;

- na implementação é importante que sejam exploradas

as facilidades que o MatLab oferece;

- a lista deve ser entregue em um disquete devidamente

identificado ;

- o código do programa deve estar devidamente comentado

a fim de facilitar o entendimento do mesmo;

Exercícios:

1. Familiarização com a Toolbox

a) Listar as funções disponíveis na Toolbox;

b) Realizar as seguintes operações usando a janela de comandos:

- Obter as informações constantes no “header” do arquivo imagem fornecido em anexo a esta lista;

- Ler o arquivo para o ambiente de trabalho do MatLab; - Visualizar a imagem RGB;

- Visualizar em diferentes janelas, os planos R, G e B da imagem; - Rodar a imagem de + e – 300_{, visualizar as imagens rotacionadas;}

- Transformar a imagem para níveis de cinza; - Achar o negativo da imagem;

- Transformar o formato de uint8 para doublé;

- Estudar os diferentes formatos de representação numérica. c) Realizar um “tour” pelos programas de demonstração da Toolbox.

Exercícios:

Construir uma “Função MatLab” com as seguintes funcionalidades: a) Leia qualquer arquivo imagem a partir da informação de

“caminho”, “nome do arquivo” e “formato”, a ser passada pelo usuário.

b) Apresente na janela “figura(1)” a imagem lida e acrescente à figura o título “Imagem Original”.

c) Ofereça ao usuário o seguinte Menu de funções:

¾ Converter para níveis de cinza

¾ Binarizar a Imagem

¾ Redimensionar a Imagem

¾ Mostrar Histograma da Imagem

¾ Visualizar a Imagem