Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Visão Computacional
Prof. Leandro Augusto Frata Fernandes [email protected]
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1)
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 (2012.1) 2
Visão Humana
• Os olhos são órgãos responsáveis por Captar informação luminosa
Transformá-la em impulsos a serem decodificados pelo sistema nervoso
• Os impulsos vão sendo 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 (2012.1) 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 (2012.1) 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
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 5
Aplicações de Visão Computacional
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 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
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 7
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
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 8
Fundamentos
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 9
Hierarquia de um Sistema Geral de Visão Computacional
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 10
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 (2012.1) 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
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 12
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 (2012.1) 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 (2012.1) 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 (2012.1) 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 (2012.1) 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 (2012.1) 17
Você consegue ver retas na imagem?
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 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 (2012.1) 19
Pontos de Entrada Representação
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 20
Espaço de Imagem
x
y
p p = (x, y)
Coordenadas cartesianas do ponto
Retas Detectadas Representação
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 21
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 (2012.1) 22
Não vale a pena!
Muito esforço computacional
Transformada de Hough
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 23
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 (2012.1) 24
Espaço de Imagem Espaço de Parâmetros
Pré-Processamento
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 25
Converter imagens coloridas para imagens de borda
Visão Computacional em Ciência da Computação
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 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 (2012.1) 27
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1)
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 (2012.1) 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 (2012.1) 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 (2012.1) 31
Obrigado!
TCC-00.169 Introdução à Ciência da Computação (2012.1) 32