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La pirotecnia es ampliamente usada en la industria del entretenimiento alrededor del mundo, sin embargo; esta es nociva para la salud pública, el medio ambiente, especies silvestres, y mascotas, entre otros, no obstante, desde 2012, los espectáculos de luces con drones fueron introducidos en el mercado. En este documento se propone CrazyKhoreia, un sistema de percepción robótica para el diseño de coreografías orientado a vehículos aéreos no tripulados, el cual, por medio de algoritmos de visión computacional, procesa una imagen digital con el fin de obtener un plan de vuelo. Este plan de vuelo es después ejecutado y recreado usando fotografía de alta exposición con un único dron, o una formación de múltiples drones, libre de colisiones que imita la imagen original. Fireworks are widely used in the entertainment industry all over the world, however, they are harmful to human health, the environment, natural species, pets, and so on, nonetheless, since 2012 drone light shows were introduced into the market. In this paper we propose CrazyKhoreia, a robotic perception system for Unmanned Aerial Vehicles (in short, UAVs) choreography design algorithm, which takes a digital image, and applies image processing algorithms to it to obtain a flight which can be used in high exposure photography with a single UAV, or multiple UAVs may be arranged to mimic the original image Proyecto de grado (Ingeniero Mecatrónico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2022 Pregrado Ingeniero(a) Mecatrónico(a)

Este trabajo de pasantía se enfoca en el desarrollo de una biblioteca de 30 casos de reconstrucción 3D de la anatomía cráneo-maxilofacial con asimetrías o anomalías en casos clínicos de pacientes latinoamericanos. Para el desarrollo de esta biblioteca se trabajó segmentación de diferentes zonas anatómicas maxilofaciales tales como: mandíbula, maxilar, vías aéreas, nervios y dientes, todo lo anterior obtenido de imágenes médicas provenientes de tomografía axial computariza (TAC) o ConeBeam (CBCT). Adicionalmente, se tomaron medidas de referencia que incluyeron el diámetro mediolateral de los cóndilos derecho e izquierdo, el volumen maxilar, volumen mandibular y la medición del área transversal de vía aérea. Se logró trabajar con un software de acceso libre y se comparó con uno comercial, obteniendo así una réplica de procesos que se utilizan en ambos software de segmentación, llegando a la conclusión de que hay herramientas en el software comercial que facilitan y ahorran un poco más de tiempo en el proceso. Esto permitió establecer una metodología de trabajo y de aseguramiento de calidad en la segmentación médica. Posteriormente, la segmentación resultante de los 30 casos permitió la obtención de biomodelos, en formato STL y listos para procesos consecuentes tales como planeación virtual quirúrgica, impresión 3D, guías de corte e implantes. This internship work focuses on the development of a library of 30 cases of 3D reconstruction of the cranio-maxillofacial anatomy with asymmetries or anomalies in clinical cases of Latin American patients. For the development of this library, segmentation of different maxillofacial anatomical zones was worked on, such as: jaw, maxilla, airways, nerves and teeth, all obtained from medical images from computed axial tomography (CT) or Cone Beam computed tomography (CBCT). Additionally, baseline measurements were taken that included the mediolateral diameter of the right and left condyles, maxillary volume, mandibular volume and measurement of the transverse area of the airway. We were able to work with an open access software and we compare it with a commercial one, obtaining a replica of the processes used in both segmentation software; there are tools in the commercial software that facilitate and save time during the process. This opened the way to establish a work methodology and quality assurance in medical segmentation. After that, the results of the 30 segmentations were biomodels, in STL format and ready for the next processes such as virtual surgical planning, 3D printing, cutting guides and implants. Pasantía institucional (Ingeniero Biomédico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2022 Pregrado Ingeniero(a) Biomédico(a)

Pasantía institucional (Ingeniero Biomédico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2022 Pregrado Ingeniero(a) Biomédico(a)

ilustraciones, fotografías a color, gráficos El proyecto tuvo como propósito desarrollar un sistema automático de adquisición y reconocimiento de las mediciones realizadas por multímetros digitales mediante el uso de imágenes; esto planteado con el fin de mejorar su proceso de calibración en las magnitudes de intensidad de corriente continua, alterna, tensión continua, alterna y resistencia eléctrica. Se desarrolló así un sistema que automáticamente captura, procesa y reconoce los valores asociados a las lecturas de multímetros en su proceso de calibración, el cual se implementó en tres etapas: La primera etapa consistió en la creación de una base de datos con información de los modelos de multímetro a calibrar, del instrumento patrón (evaluando la viabilidad de usarlo en el proceso) y de los puntos de calibración. En una segunda etapa, se elaboró un algoritmo de identificación y clasificación de los valores visualizados en el multímetro bajo prueba. Este algoritmo alcanzó un nivel de exactitud de reconocimiento global (realizado sobre 600 muestras) del 99,33 %. En una tercera etapa se realizó el proceso de estimación de incertidumbres, el reporte y evaluación de la validez de los resultados. A partir de este último subproceso se determinó que el sistema de captura y de estimación de las incertidumbres es adecuado para realizar la calibración de los multímetros digitales de mano evaluados. (texto tomado de la fuente) The purpose of the project was to develop an automatic system for the acquisition and recognition of measurements taken by digital multimeters through the use of images; this was proposed in order to improve their calibration process in the magnitudes of direct and alternating current, direct and alternating voltage and electrical resistance. Thus, a system was developed to automatically capture, process and recognize the values associated with multimeter readings in its calibration process, divided in three stages: The first stage consisted onto create a database with information of the multimeter models to be calibrated, the standard instrument (evaluating the feasibility of using it in the process) and the calibration points. In a second stage, an algorithm was developed to identify and classify the values displayed on the under test multimeter. This algorithm achieved a global recognition accuracy level (performed on 600 samples) of 99,33 %. In a third stage, the process of uncertainty estimation, reporting and evaluation of the validity of the results was carried out. From this last subprocess, it was determined that the capture and uncertainty estimation system is adequate to perform the calibration of the evaluated handheld digital multimeters. Maestría

Orientador: Yuzo Iano Tese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A pesquisa apresenta novas formas e visões para o processamento digital de animações audiovisuais e modelagens médicas, levando em consideração três abordagens, sendo elas: eficiência, qualidade e compressão. Além dos processos padrões de software, os algoritmos matemáticos foram unidos com o poder dos clusters e threads, utilizando alguns recursos/serviços cloud, para obter os resultados e validar entre eles os melhores sistemas para cada situação, passando por etapas e mostrando as conclusões obtidas com as imagens e animações/modelagens. Os modelos de hardware para o processamento digital são criados, utilizando processadores convencionais, como CPU - Central Process Unit, GPU - Graphics Processing Unit, CPU + GPU e, por último, utilizando microcontroladores (Arduino e Raspberry Pi) para executar todos os processos solicitados pela aplicação web. As técnicas aplicadas possuem um processo de maturação dos pixels nas imagens e pontos gráficos para verificação total de uma forma geométrica e assim, criação das animações digitais, com a utilização de sequências internas para reconhecimento da imagem/modelagem gerando um modelo matricial de pixels/pontos, executando uma varredura e padronizando o fechamento ou vizinhança, artifício da rede neural de múltiplos pontos, para entendimento das etapas e aplicação de inteligência artificial. Ao inverso das técnicas convencionais, que tem processos demorados e precisam de alta demanda em armazenamento, com o novo modelo de algoritmo e melhoria será possível ganhar em tempo de processamento e qualidade de animação/modelagem. Todas os testes efetuados e validados dentro dos modelos de clusters, podem ser comprovados pela resultante, ou seja, na formação de uma imagem/cenário digital e na geração de animações/modelagens gráficas, além de experimentos em jogos digitais e filmes Abstract: The research presents new ways and visions for the digital processing of audiovisual animations and medical modeling, considering three approaches, namely: efficiency, quality and compression. In addition to the standard software processes, the mathematical algorithms were united with the power of clusters and threads, using some cloud resources/services, to obtain the results and validate among them the best systems for each situation, going through steps and showing the conclusions obtained with the images and animations/modeling. Hardware models for digital processing are created, using conventional processors, such as CPU - Central Process Unit, GPU - Graphics Processing Unit, CPU + GPU and, finally, using microcontrollers (Arduino and Raspberry Pi) to execute all requested processes by the web application (Angular 12 + .Net Core 5). The applied techniques have a process of maturation of pixels in the images and graphic points for full verification of a geometric shape and thus, creation of digital animations, with the use of internal sequences for image recognition/modeling generating a matrix model of pixels/dots, performing a sweep and standardizing the closure or neighborhood, a multi-point neural network artifice, for understanding the steps and application of artificial intelligence. Unlike conventional techniques, which have time-consuming processes and require high storage demands, with the new algorithm model and improvement it will be possible to gain in processing time and animation/modeling quality. All tests carried out and validated within the cluster models can be proven by the result, that is, in the formation of a digital image/scenario and in the generation of animations/graphic modeling, in addition to experiments in digital games and films Doutorado Telecomunicações e Telemática Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Marco Antonio Garcia de Carvalho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia Resumo: A síndrome de Tourette (ST) é uma patologia genética, associada às alterações neurofisiológicas e neuroanatômicas que geralmente afetam pessoas na faixa etária entre 2 e 18 anos. Movimentos involuntários e tiques vocais são características comuns nas pessoas que possuem esta síndrome. O uso de imagens como Ressonância Magnética Funcional (RMf, do inglês \textit{Funtional Magnetic Ressonance}) e Ressonância Magnética Estrutural (RMs, do inglês \textit{Structural Magnetic Ressonance}) são recorrentes para o diagnóstico, estudo e análise da ST. As principais análises destas imagens consistem na avaliação das alterações neuroanatômicas causadas em diferentes regiões cerebrais, conforme a sua intensidade (estimulações) ou formas. Alterações nas regiões do tálamo, gânglio da base, e os córtex pré-Frontal e Cingulado são as mais comumente relacionadas com a ST. O objetivo deste trabalho foi prover suporte ao diagnóstico da ST por meio da classificação de imagens cerebrais do tipo RMf e RMs. A abordagem proposta possui quatro etapas distintas: (i) pré-processamento, em que foi realizada a segmentação estrutural anatômica utilizando o \textit{software Freesurfer} em RMs; (ii) Registro de imagens, responsável por registrar os volumes de RMf e RMs, permitindo assim identificar regiões em RMf; (iii) Extração de características de textura em imagens volumétricas utilizando os descritores GLCM, GLRLM, GLSZM, NTGDM; (iv) Classificação de imagens por meio das técnicas \textit{Support Vector Machine (SVM)} e \textit{Naive Bayes (NB)}. Os experimentos computacionais foram efetuados em um \textit{dataset} disponibilizado pela National Taiwan University composto de dois grupos de pacientes, sendo 34 indivíduos portadores da ST e 34 do grupo controle, nas duas modalidades de imageamento, RMs e RMf. Os resultados obtidos foram avaliados por métricas quantitativas e indicaram que as regiões do sistema límbico como: amígdala, hipocampo, tálamo e putâmen, são mais relacionadas à existência da ST. Em regiões corticais como, córtex superior frontal direito, córtex medial orbitofrontal direito e córtex da ínsula direita apresentaram maiores relações com ST. A abordagem proposta foi efetiva em encontrar as regiões mais relevantes para a análise da Síndrome de Tourette utilizando características de textura e classificação de imagens, apresentando taxa de acurácia de 85\% em RMf e 90\% em RMs quando os descritores são combinados. Concluindo que as maiores influências estão relacionadas ao hemisfério direito à área do sistema límbico do cérebro Abstract: Tourette syndrome (TS) is a genetic pathology associated with neurophysiological and neuroanatomical changes that might affect people between 2 and 18 years. Involuntary movements and vocal Tics are common features in this syndrome. The use of images, such as functional (fMRI) and structural Magnetic Resonance Imaging (sMRI), are recurrent for diagnosing, studying, and analyzing TS. The major contribution of these modalities consists of evaluating the neuroanatomical changes in different brain regions, either according to their intensity (stimulations) or forms. Changes in the thalamus, basal ganglia, prefrontal, and cingulate cortex are most related to TS. This work aims to support the diagnosis of TS through the classification of fMRI and sMRI scans. The proposed approach has four sequential steps: i) Pre-processing, where anatomical structural segmentation is performed using Freesurfer software in sMRI; ii) Image registration, responsible for aligning the fMRI to sMRI space, thus allowing the identification regions in fMRI; iii) Feature extraction, where texture features in volumetric images are extracted using GLCM, GLRLM, GLSZM, NTGDM; iv) Image classification, using the Support Vector Machine (SVM) and Naive Bayes (NB) to classify whether a subject has TS or not. The experiments were performed in a dataset provided in collaboration with the National Taiwan University, composed of two groups of patients, 34 individuals with TS and 34 in the control group, where each of them disposes of sMRI and fMRI scans. The results obtained strongly indicated that the limbic system regions, such as the amygdala, hippocampus, thalamus, and putamen, are more related to TS, which is mentioned in the literature in the area. In addition, the right-superior frontal cortex, right-orbital frontal-medial and cortex right-insula the cortex are the most related in cortical regions. The proposed approach effectively found the most relevant regions for the analysis of Tourette's Syndrome using texture features and image classification, presenting an accuracy rate of 85\% in fMR and 90\% in fRM. Concluding that the most significant TS regions are related to the right hemisphere and the limbic system area Mestrado Sistemas de Informação e Comunicação Mestre em Tecnologia CAPES 001

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Recentemente, novos métodos de beamformers adaptativos usando a técnica de ondas planas foram propostos por diversos autores com o intuito de melhorar a qualidade das imagens médicas formadas por ultrassom. Muitos desses métodos, apesar de promissores, são relativamente novos tendo espaço para novos estudos e desenvolvimento. O objetivo principal deste trabalho foi de combinar os beamformers Mínima Variância Generalized Sidelobe Canceller (MVGSC) e Eigenspace-based Generalized Sidelobe Canceller (EBGSC) com os pós-filtros adaptativos Frost, Frost Modificado, Gamma Map, Lee, Kuan e suas formas aprimoradas para melhorar a qualidade das imagens de ultrassom utilizando ondas planas. Todos os dados simulados para o desenvolvimento deste trabalho foram obtidos do site Plane Wave Challenge in Medical Ultrasound Imaging. Os resultados foram comparados com o método de Delay-and-Sum, por ser o mais difundido e com os próprios beamformers sem a utilização dos filtros. Os métodos MVGSC-Frost e EBGSC-Frost se destacaram em relação ao contraste tendo um desempenho superior aos outros métodos, porém gerando imagens menos precisas. O MVGSC-Frost Modificado e EBGSC-Frost Modificado apresentaram desempenho similar em relação ao contraste quando comparado aos métodos MVGSC e EBGSC, destacando-se desses métodos em relação contraste/ruído e resolução. O pós-filtro Frost Aprimorado aliado às técnicas de beamformer gerou ruído indesejado nas imagens, mostrandose não promissor. Os métodos MVGSC-Gamma MAP, MVGSC-Kuan, MVGSC-Kuan Aprimorado, MVGSC-Lee, MVGSC-Lee Aprimorado, EBGSC-Gamma MAP, EBGSC-Kuan, EBGSC-Kuan Aprimorado, EBGSC-Lee e EBGSC-Lee Aprimorado se mostraram promissores para a formação de imagens de ultrassom por diminuírem o ruído nas imagens. Alguns dos métodos aplicados neste trabalho ajudaram a melhorar as imagens médicas de ultrassom, com destaque as técnicas MVGSC-Frost, EBGSC-Frost, MVGSC-Frost Modificado e EBGSC-Frost Modificado que geraram imagens com alto contraste utilizando menos recurso computacional. Recently, new adaptive beamformers methods using the plane wave technique have been proposed by several authors in order to improve the quality of medical images formed by ultrasound. Many of these methods, although promising, are relatively new and have room for further studies and development. The main objective of this work was to combine the Minimum Variance Generalized Sidelobe Canceller (MVGSC) and Eigenspace Generalized Sidelobe Canceller (EBGSC) beamformers with the adaptive post-filters Frost, Modified Frost, Gamma Map, Lee, Kuan and their updated shapes to improve the quality of ultrasound images using flat. All simulated data for the development of this work were obtained from the Plane Wave Challenge in Medical Ultrasound Imaging website. The results were compared with the Delayand-Sum method, as it is the most widespread, and with the beamformers themselves without the use of filters. The MVGSC-Frost and EBGSC-Frost methods stood out in relation to contrast, having a better performance than the other methods, but generating less accurate images. The modified MVGSC-Frost and modified EBGSC-Frost performed similarly in relation to contrast when compared to the MVGSC and EBGSC methods, with these methods standing out in relation to contrast/noise and resolution. The Enhanced Frost post-filter combined with beamformer techniques generated unwanted noise in the images, proving to be unpromising. The MVGSC-Gamma MAP, MVGSC-Kuan, Enhanced MVGSC-Kuan, MVGSC-Lee, Enhanced MVGSC-Lee, EBGSC-Gamma MAP, EBGSC-Kuan, Enhanced EBGSC-Kuan, Enhanced EBGSC-Lee for EBGSC-Lee methods the formation of ultrasound images by decreasing the noise in the images. Some of the methods in this work helped to improve medical ultrasound images, with emphasis on the techniques MVGSC-Frost, EBGSCFrost, Modified MVGSC-Frost and Modified EBGSC-Frost that generated images with high contrast using less computational resources.

Orientador: Siome Klein Goldenstein Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação Resumo: Nesta dissertação de mestrado, é mostrada uma comparação entre três algoritmos de reconhecimento de face no contexto de acessibilidade para o projeto Microsoft com parceria com a FAPESP, para o módulo de reconhecimento de pessoas utilizando o Microsoft Kinect e substituição sensorial. O algoritmo k-Nearest Neighbours, junto do descritor Histograma de Gradientes Orientados, foi utilizado como base por ser uma abordagem simples e de baixo custo computacional. Os algoritmos Eigenfaces e Local Binary Pattern Histogram foram comparados com o anterior em quatro experimentos. Inicialmente, é descrito o Projeto Vision for the Blind e seus diversos módulos. Este projeto foi desenvolvido por uma equipe aqui no Brasil, que obteve bons resultados para os módulos de navegação e reconhecimento de face, sempre com a ideia de usar o áudio 3D para passar a informação desejada ao usuário. Em seguida, é apresentada uma revisão do estado da arte com projetos no contexto de acessibilidade e substituição sensorial, apontando suas limitações. Logo após é feita uma revisão sobre os três algoritmos de reconhecimento facial utilizados e, então, como foi construída o banco de imagens deste projeto. Foram obtidos bons resultados com os três algoritmos, apesar de haver diferenças significativas entre eles. O Eigenfaces e o Local Binary Pattern Histogram, por serem técnicas mais complexas que o k-Nearest Neighbours, atingiram taxas de reconhecimento com metade dos recursos que este último utiliza para chegar próximo dos valores, sendo o Eigenfaces mais rápido, porém demorado na parte de aprendizagem. Ainda assim, por ser uma técnica simples, vale notar o quão bem o k-NN executa a mesma tarefa e pode ser utilizado para o módulo do projeto Abstract: In this master dissertation is shown a comparison between three face recognition algorithms within the context of accessibility to the Microsoft project in partnership with FAPESP for the people recognition module using Microsoft Kinect and sensory substitution. The k-Nearest Neighbours algorithm, with Histogram of Oriented Gradients, was employed as a basis for being a simple and low computational cost. The Eigenfaces and Local Binary Patter Histogram algorithms were compared with the previous one in four experiments. Initially, the Project Vision for the Blind and its different modules is described. This project was developed by a team in Brazil which achieved good results for navigation and face recognition modules, always with the idea of using audio 3D to convey the desired information to the user. It will next be shown a review of the state of art with projects within the context of accessibility e sensory substitution, pointing out its limitations. Immediately after it is done a review about the three face recognition algorithms used and then how the image database from this project was created. Good results were achieved with the three algorithms although there are significant differences among them. Eigenfaces and Local Binary Pattern Histogram, for being more complex techniques than k-Nearest Neighbours, reached recognition rates with half of the resources than the last one use to get close to the result values, with Eigenfaces being the fastest. Nonetheless, for being a simple technique, it is worth take note how good k-NN executes the same task and could be used in the project module Mestrado Ciência da Computação Mestre em Ciência da Computação CAPES FAPESP

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Roberto de Alencar Lotufo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A tomografia computadorizada de raios-x tem extrapolado a área médica e ganhado campo em inúmeras aplicações onde se faz necessária a interpretação (qualitativa e quantitativa) da estrutura interna de um material opaco, sem destruí-lo. O presente trabalho demonstra a aplicação desta técnica em ensaios não destrutivos, utilizando-se amostras de materiais e componentes de diferentes densidades e geometrias, com defeitos simulados e reais, ensaiados em tomógrafos médicos. Demonstra-se, também, o uso da técnica na caracterização de filtros eletroquímicos usados para remoção de agentes contaminantes (no caso, zinco) de efluentes industriais. Foram usadas técnicas de processamento digital de imagens (sistema Khoros) para a caracterização dos defeitos encontrados, através da medida do coeficiente de atenuação do material em regiões de interesse, e por meio do cálculo de parâmetros dimensionais tais como área e perímetro. Foram aplicadas operações de filtragem matemática para a correção do efeito de endurecimento de feixe, verificado nas imagens de materiais metálicos, sobretudo no alumínio. Devido à sua natureza qualitativa e quantitativa, a tomografia computadorizada de raios-x demonstrou ser uma ferramenta promissora em ensaios não destrutivos de materiais. Este trabalho demonstra e reforça sua aplicabilidade através do uso de processamento digital de imagens Abstract: X-ray computed tomography (XCT), originally developed for medical purposes is becoming increasingly applied to several applications where it is necessary the interpretation of the internal structure of an object nondestructively. The present work shows the application of this technique to nondestructive testing using materiaIs and components of different density and geometry, with simulated and real defects tested in a medical scanner. Characterization of electrochemical filters used to remove contamination agents (in this case, zinc) in industrial effluents, by XCT technique is also described. Digital image processing have been used (software Khoros) for defects characterization, determining the attenuation coefficient in regions of interest and measuring parameters like area and perimeter. Digital filtering operations have been applied for beam hardening correction in metallic materiaIs images, mainly aluminum. Due its qualitative and quantitative nature, XCT technique established to be a promising tool of nondestructive materiaIs evaluation and this work emphasizes its applicability through digital image processing Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho apresenta o estudo do desenvolvimento de um método para melhorar as condições de observação e aprimorar resultados em experimentos de laboratório, a partir de um microscópio estereoscópico (lupa), da membrana corioalantoica de embrião (CAM) em ovos de galinha. Nesses experimentos foram implantados diferentes tipos de compostos que alteram os fatores de crescimento de vasos sanguíneos tanto para mais quanto para menos, ou seja, provocam uma alteração na densidade de vasos sanguíneos na região afetada. Essas pesquisas requerem a quantificação da vascularização para comparação dos efeitos estimuladores ou inibidores provocados por diversos agentes. Essa quantificação deve ser acurada, objetiva e consistente, por isso as imagens devem ter uma maior clareza nos aspectos observáveis e fatores que degradam a qualidade de uma imagem como: áreas de sombra, a falta de brilho e profundidade na visualização entre outros fatores devem ser minimizados. Para isso, primeiramente, foram observadas as principais limitações do sistema de iluminação da lupa na aquisição de imagens de CAMs e a partir do estudo das características das fontes de iluminação originais do microscópio e de fontes de iluminação alternativas e somando a utilização de recursos disponíveis, foi desenvolvido um aparato para melhorar a qualidade e o controle da iluminação. Para comparação dos resultados obtidos pelos dois métodos, foram utilizados nas imagens obtidas um método de contagem por grade e também um método de processamento digital, o B-COSFIRE para segmentar e possibilitar a medição das variações de densidade de vasos captados através do uso de fractais. Devido às características do método de iluminação proposto e desenvolvido para o estudo das membranas corioalantoicas, analisou-se um ganho nos resultados à medida que mais detalhes das imagens foram observados, isso tudo em comparação às imagens obtidas com a iluminação original do microscópio utilizado. Tornou-se nítido que, com uma melhor iluminação, destacam-se os vasos mais sutis, garantindo assim resultados melhores para uma posterior análise das imagens e medição da densidade dos vasos dentro do campo de visão. This work presents the study of the development of a method to improve the observation conditions and improve results in laboratory experiments, from a stereoscopic microscope (magnifying glass), of the embryo chorioallantoic membrane (CAM) in hen eggs. In these experiments, different types of compounds were implanted that alter blood vessel growth factors for both more and less, that is, they cause a change in the density of blood vessels in the affected region. These studies require the quantification of vascularization to compare the stimulatory or inhibitory effects caused by different agents. This quantification must be accurate, objective and consistent, só the images must have greater clarity in the observable aspects and factors that degrade the quality of an image such as: shadow areas, lack of brightness and depth in the visualization, among other factors, must be minimized. For this, first, the main limitations of the magnifying glass lighting system in the acquisition of images from CAMs and from the study of the characteristics of the original light sources of the microscope and alternative light sources, and adding the use of available resources, were observed, an apparatus was developed to improve the quality and control of lighting. To compare the results obtained by the two methods, a grid counting method and a digital processing method, the B-COSFIRE were used in the images obtained to segment and enable the measurement of density variations of captured vessels through the use of fractals. Due to the characteristics of the illumination method proposed and developed for the study of chorioallantoic membranes, a gain in the results was analyzed as more details of the images were observed, all this compared to the images obtained with the original illumination of the microscope used. It became clear that, with better lighting, more subtle vessels stand out, thus ensuring better results for further image analysis and measurement of vessel density within the field of view.

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de metodologias para o estudo de filtros e processos de filtração, utilizando a tomografia de raios-X, técnicas de processamento digital de imagens e simulação numérica. Os ensaios convencionais utilizados pelos fabricantes são realizados através da medida de parâmetros, tais como pressão e vazão, em pontos localizados a montante e a jusante do filtro. Estes ensaios não são eficientes na caracterização de defeitos e não revelam como ocorre o processo de saturação no interior do filtro. Neste trabalho, a tomografia de raios-X foi utilizada para duas finalidades básicas: estudar a distribuição de contaminantes e analisar defeitos no interior de elementos filtrantes. Os modelos de filtração encontrados na literatura não levam em conta o efeito do acúmulo de contaminantes no desempenho do filtro ao longo do processo de filtração. Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo acoplando-se as equações de filtração com as equações fenomenológicas (lei de Darcy e equação da continuidade), de tal forma que o acúmulo de partículas no meio poroso (filtro) fosse considerado na simulação do processo de filtração. Os resultados demonstraram que o processo de saturação no interior dos elementos analisados não ocorre de forma homogênea, ou seja, o acúmulo de partículas é predominante em determinadas regiões. Em geral, há formação de canais preferenciais e o espaço interno do filtro não é totalmente utilizado na captura de partículas. Demonstrou-se também que, em alguns casos, o comportamento do filtro não é coerente com a especificação do fabricante. Foi possível, por fim, a utilização dos dados experimentais, obtidos via tomografia, para a validação do modelo teórico desenvolvido Abstract: The development of methods for analysis of filters and filtration process, using X-ray computerized tomography, digital image processing and numerical simulation, was the objective of this work. Tests conventionally used by filter manufacturers are made through the measurement ofparameters, such as flow and pressure, at upstream and downstream ofthe filter. These tests are not efficient in the characterization of defects and do not reveal how the saturation process occurs within the filter. In this work, X-ray computerized tomography was used for two basic purposes: to evaluate contaminant distribution and to detect defects within the interior of the filter elements. The filtration models found in the literature do not consider the effect of contaminant concentration on the filter efficiency during the filtration processo In this work, filtration equations and phenomenological equations (Darcy's law and continuity equation) were coupled and a model that takes into account the contaminant accumulation on the filter performance was developed. The results demonstrated that the saturation process within the analyzed filters is not homogeneous, that is, the accumulation of partic1es is predominant in some regions. Generally, there are preferential channels and the interior of the filter elements is not totally utilized. In some cases, it was also demonstrated that the filter behavior does not agree with the manufacturer specifications. Finally, it was possible to use the experimental data obtained with X-ray computerized tomography, in order to validate the theoretical developed model Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Anderson de Rezende Rocha, Jefersson Alex dos Santos Tese (doutorado) Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação Resumo: O desenvolvimento de abordagens para autenticar e indicar a fonte de documentos questionados tem atraído a atenção da comunidade científica nos últimos anos, atenção esta causada, principalmente, pela enorme quantidade de informação disponível hoje em dia para as pessoas comuns, tais como vídeos e imagens, e que podem ser facilmente alteradas para forjar o seu significado. Além disso, materiais impressos são criados diariamente para falsificar documentos como dinheiro, cláusulas contratuais e também são usados para distribuir pornografia infantil. Soluções propostas na literatura frequentemente exploram diferentes ramos de pesquisa, tais como detecção de manipulação de imagem, atribuição de origem, esteganálise, detecção de pornografia, entre outros, por meio da investigação de artefatos característicos nestas imagens chamados de inconsistências estruturais. No entanto, para investigar um determinado artefato para uma determinada aplicação forense, normalmente diferentes abordagens são criadas. Nesta tese, propomos novos algoritmos que realizam análise forense de documentos digitais focados em diferentes aplicações, mas com base em uma idéia principal, chamada de multi-análise. Esta nova abordagem para o desenvolvimento de algoritmos de análise forense de documentos digitais leva em conta a análise de diversos cenários na imagem de entrada, tais como a análise de multi-direcionalidade, multi-perturbações, múltiplas resoluções entre outros. Esses cenários investigativos podem ser aplicados em qualquer fase da investigação de uma imagem questionada como, por exemplo, pré-processamento, descrição e classificação. Mostramos através de uma série extensa de experimentos que as soluções propostas para atribuição de impressora a laser, detecção de filtragem de imagens e detecção de manipulação por cópia e colagem são eficazes quando comparadas com os seus homólogos da literatura e que a abordagem proposta nesta tese pode ser a base de diversos outros algoritmos de análise forense de documentos digitais no futuro Abstract: The development of approaches to authenticating and pinpointing the source of questioned documents attracted the attention of the research community in recent years, mostly because of the huge amount of information available today to ordinary people, such as videos and images, which can be easily tampered with to in order to produce deceitful information. Moreover, printed materials are daily created to forge documents such as currency, contractual clauses, and also are used to distribute child pornography photos. Solutions proposed in the literature often explore different branches of research, such as image manipulation detection, source attribution, steganalysis, pornography detection among others, by investigating characteristic artifacts in these images called structural inconsistencies. However, to investigate a given artifact for a given digital image forensic application, normally a very different approach is created. In this thesis, we aim at proposing new digital image forensic algorithms focused on different applications, but based on a core idea, called the multi-analysis. This new approach to create digital image forensic algorithms takes into account the analysis of several scenarios for the input image, such as the analysis of multi-directionality, multiple perturbations, multiple-resolutions, among others. These investigative scenarios can be applied in any step of the image investigation, such as pre-processing, description and classification. We show through an extensive series of experiments that the proposed solutions for laser printer attribution, image filtering detection and copy-move detection are efficient when compared with their literature counterparts and the approach proposed in this thesis can be the root of several other digital image forensic algorithms in the future Doutorado Ciência da Computação Doutor em Ciência da Computação CNPQ 870358/1997-9 CAPES 99999.002341/2015-08

Orientador: Regina Helena Pereira Johas Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Artes Resumo: A pesquisa Entre Mapas, Entre Espaços: Itinerários Abertos consiste no mapeamento de minha produção plástica no período entre o início de 2008 e o início de 2010. É formada por quatro livros de artista intitulados Lugares Imaginários I, II, III e IV e Espaços Afluentes, composto por dezoito imagens digitais divididas entre as séries Rotas Imaginárias, São Paulo, Intersecções I, Paisagens Mapeadas, UnHorizont e Paisagem Oceânica. Ambos partilham o mesmo campo de investigações, composto de três eixos norteadores que sustentam pensamento e processo criativo. O primeiro destes eixos trata de TranSituAções, conceito que abrange as diferentes maneiras de conceber espaço e lugar, apresentado a partir da reflexão de autores que discutiram este tema. O segundo eixo estrutura a proposição Espaços Empilhados, tratados a partir da definição do virtual segundo Pierre Lévy e do conceito de remix cunhado por Lev Manovich e citado, por sua vez, por autores brasileiros que destrincharam o assunto, como André Lemos e Marcus Bastos. O terceiro e último eixo aborda a questão dos mapas, sendo que a primeira parte compreende uma breve história da cartografia com seu surgimento e características específicas; e a segunda parte consiste na investigação dos mapas deturpados, ou seja, como alguns escritores, artistas e cineastas fizeram uso dos mapas convencionais, tirando deles a função utilitária de localização em relação ao lugar físico. O corpo prático reflexivo aqui apresentado pretende situar meus trabalhos dentro de questionamentos pertinentes ao nosso tempo, e inserir tal pesquisa como resultado de uma investigação que não se encerra, mas continua infinitamente Abstract: The research Among Maps, Among Spaces: Open Itineraries consists in mapping my artistic practice from the beginning of 2008 until the beginning of 2010. It is composed of four artist's books entitled Imaginary Places I, II, III, and IV, and Affluent Spaces, composed of eighteen digital images divided in the series Imaginary Routes, São Paulo, Intersections I, Mapped Landscapes, UnHorizont, and Oceanic Landscape. Both works share the same investigations, composed of three guiding axes that support thoughts and the creative process. The first axis approaches TranSituActions, a concept that comprises different ways of conceiving space and place, presented from the reflection of authors that investigate this theme. The second axis structures the proposition Heaped Spaces, treated from the definition of virtual according to Pierre Lévy and the concept of remix, coined by Lev Manovich and cited by Brazilian authors that explained the subject, like André Lemos e Marcus Bastos. The last axis approaches the question of maps: the first part comprehends a brief history of cartography with its appearance and specific characteristics and the second one consists of investigating the corrupted maps, that is, how some writers, artists and filmmakers used conventional maps, extracting from them the utilitarian function of localization in relation to a geographic place. The practical-reflexive body presented here intends to place my works inside relevant questions to our time, and introduce such research as a result of an investigation that does not close but continues infinitely Mestrado Artes Mestre em Artes

Orientador: Alexandre Xavier Falcão Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação Resumo: Atualmente, doenças respiratórias afetam uma grande parcela da população mundial. A melhor maneira para detecção e análise desse tipo de doença é o diagnóstico por imagem, principalmente a tomografia computadorizada (CT). Sistemas de apoio ao diagnóstico foram desenvolvidos para auxiliar especialistas clínicos na análise de imagens de CT e na obtenção de diagnósticos precisos e rápidos. Em tais sistemas, a segmentação dos pulmões é um passo primordial a ser realizado, sendo fundamental para análises quantitativas. Ao longo dos últimos anos, muitos métodos de segmentação dos pulmões foram propostos. Entretanto, eles sofrem de pelo menos uma das seguintes limitações: alto tempo computacional, fracas condições para separação da traqueia e de cada pulmão, e um número limitado de amostras para validação. Abordando tais limitações, esta dissertação de mestrado propõe um método rápido e automático chamado Automatic Lung and Trachea Image Segmentation (ALTIS), para segmentação dos pulmões e da traqueia em imagens de CT do tórax. O método ALTIS se fundamenta na competição ótima de sementes para segmentar os pulmões e a traqueia em tempo proporcional ao tamanho da imagem. Ele consiste de uma rápida sequência de operações de processamento de imagem baseadas em características anatômicas que são robustas para a maioria das variações de forma e aparência dos pulmões. Isto é, a partir da premissa de que o sistema respiratório em uma imagem de CT representa o maior objeto cercado por tecido mais claro, os pulmões e a traqueia são extraídos criando o volume de interesse. Considerando que os pulmões direito e esquerdo são mais largos do que a traqueia e que a traqueia é um objeto longo e distante dos pulmões, sementes com rótulos diferentes dentro de cada um desses componentes são estimadas por meio de transformadas de distância. A competição ótima de sementes propaga esses rótulos para o resto do volume de interesse, realizando o delineamento dos objetos. O delineamento é feito nos volumes de ar da traqueia e dos pulmões até a pleura visceral. Assim, a segmentação da cavidade pleural está fora do escopo deste projeto. O método ALTIS foi extensivamente avaliado em um conjunto de aproximadamente 1.750 imagens de tomografia, unindo tanto bases de dados internas como públicas. Até onde sabemos, esse é o maior conjunto de imagens para validação dentre os trabalhos reportados na literatura. Além do método ALTIS, outros dois métodos baseados em modelos de forma, MALF e SOSM-S, foram quantitativamente avaliados em 250 imagens desse conjunto. Essa avaliação foi feita através da análise de sobreposição e distância até a borda das segmentações interativas consideradas corretas. Os experimentos realizados indicaram que o método ALTIS é estatisticamente superior e consideravelmente mais rápido que ambos os métodos comparados. As 1.500 imagens restantes foram utilizadas para verificação da robustez do método proposto. Nesta etapa, cada uma das imagens de segmentação geradas pelo ALTIS foram visualmente examinadas à procura de falhas. Foram observados erros de segmentação em uma pequena porcentagem delas Abstract: On the present day, respiratory diseases affect a great portion of people worldwide. The best way to detect and analyze this kind of disease is by diagnostic imaging, mainly Computed Tomography (CT). Computer-aided diagnosis systems have been developed to help specialists with the analysis of CT images to obtain an accurate and fast diagnosis. In such systems, the segmentation of the lungs is paramount for quantitative analysis. In the past years, many lung segmentation methods have been proposed. However,they suffer from at least one of these limitations: high computational time, weak conditions for separating the trachea and each lung with internal structures brighter than the air, and a limited number of samples for validation. Addressing those limitations, this master¿s thesis proposes a fast lung and trachea segmentation method, called Automatic Lung and Trachea Image Segmentation (ALTIS), on CT images from the thorax. The ALTIS method uses optimum seed competition to segment the lungs and the trachea in a time proportional to the domain of the image. It consists of a fast sequence of image processing operations which takes into consideration anatomical characteristics that are robust for most appearance variations of abnormal lungs. That is, from the premise that the respiratory system on a CT image represents the largest object surrounded by brighter tissue, the lungs and the trachea are extracted creating the volume of interest. Considering that the lungs are larger than the trachea and the trachea is a thin object distant from the lungs, seeds with different labels are estimated inside each component by means of distance transforms. The optimum seed competition propagates these labels to the rest of the volume of interest, delineating the objects. The delineation is performed on the volumes of air inside the trachea and both lungs, limited by the visceral pleura. Therefore, the segmentation of the pleural cavity is not within the scope of this project. The ALTIS method was extensively evaluated on a set of approximately 1.750 CT images, gathering both in-house and public datasets. To the best of our knowledge, this is the largest set of CT images used for validation ever reported in the literature. Besides ALTIS, two other shape model-based methods, MALF and SOSM-S, were quantitatively evaluated on 250 CT images from the original set. This evaluation was made through overlapping and border distance analysis over the ground-truth segmentations. The performed experiments indicated that ALTIS is statistically superior and considerably faster than both compared methods. The remaining 1.500 images were used to verify ALTIS¿s robustness. At this stage, each ALTIS¿s segmentation was visually analyzed on the search for failures. Segmentation errors were observed in a small percentage of them Mestrado Ciência da Computação Mestre em Ciência da Computação CAPES

Orientador: Paulo Sérgio Scarazzato Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Embora a iluminação natural seja um recurso renovável, limpo e gratuito, coadjuvante da eficiência energética do ambiente construído e promotora do bem-estar e saúde de seus usuários, no Brasil ainda é grande o número de projetos que não a utiliza de modo eficiente, ao que parece, por desconhecimento de seus princípios, recursos e formas de avaliação. Por outro lado, no segmento industrial tem-se observado um cuidado crescente com relação à melhoria das condições do ambiente de trabalho, visando maior produtividade, com respeito ao meio ambiente, mas ainda com pouca atenção ao projeto. O objetivo desta pesquisa é analisar qualitativamente o desempenho dos sistemas de iluminação natural empregados em edifícios industriais na Região Metropolitana de Campinas/SP. A distribuição de luminâncias nos setores de produção de edifícios industriais previamente selecionados foi levantada in loco através de fotografias, com a utilização da técnica de geração de Imagens de Grande Alcance Dinâmico - High Dynamic Range (HDR) convertidas em cores falsas. Na seqüência realizaram-se simulações computacionais para um dia específico sob condição de céu claro com o software DIALux (validado), para fins de comparação com as imagens HDR, uma vez que na situação real não foi possível fazer fotografias somente sob condições de iluminação natural. As condições de céu nas simulações foram as mesmas encontradas quando das visitas às indústrias. Modelo físico para uma das indústrias também foi feito e fotografado com a técnica de imagens HDR a fim de melhor compreensão acerca da distribuição da luz e também com o objetivo de testar a validade do procedimento, não presente na literatura temática sobre iluminação natural. A pesquisa concluiu que os principais problemas relacionados à iluminação natural em setores de produção das indústrias analisadas devem-se aos seguintes fatores: ausência de manutenção dos sistemas para captação da luz natural e falta de integração com o sistema de iluminação artificial, que sinaliza claramente que tais edifícios são concebidos como simples galpões para abrigo das atividades industriais, e não como obra de arquitetura Abstract: Although daylighting is a renewable resource, clean and costless, support to energy efficiency of a built environment and promoter of wellness state and health, it is not yet used in an efficient way in industrial building design, probably because architects and its clients ignore its principles, resources and possibilities. On the other hand, one notes an increasing interest related to the environment conditions improvement, focused on greater productivity shared with respect to the environment, but yet with few attention to the project. The main goal of this research is to qualitatively analyze in qualitative terms the performance daylighting systems used in industrial buildings at Metropolitan area of Campinas, São Paulo, Brazil, in order to diagnosticate them and, eventually to suggest possible design strategies for future buildings of such typology, that could encourage a maximum daylight's quality usage. It includes the industrialization phenomena in Brazil and in the city of Campinas, as well as other daylighting principles applied to industrial buildings. The luminance's distribution in the production area of industrial buildings previously selected was taken by photographs taken in loco, with image's creation of High Dynamic Range (HDR) converted in false colors. After that, computer based sequences were simulated in a specific daylighting condition under clear-sky using DIALux software (validated), in comparison with HDR images, since in a real situation it was not possible to take pictures only under pure daylighting. The sky conditions in the simulations were the same ones that were found when visiting industries. A scale model for one of the industries was made and photographed using HDR images technique in order to have a better understanding about light distribution and also to test the procedure validation, that was not in the thematic literature about daylighting. This research concluded that the main problems related with daylighting in manufacturing areas of the industries analyzed are due to the following factors: lack of maintenance of daylighting capture systems and lack of integration with the artificial lighting system, which clearly states that those buildings are created for simple warehouses to place industrial activities, and not as an architectural building Mestrado Arquitetura e Construção Mestre em Engenharia Civil

Producción Científica, Heterogeneous and patchy landscapes where vegetation and abiotic factors vary at small spatial scale (fine-grained landscapes) represent a challenge for habitat diversity mapping using remote sensing imagery. In this context, techniques of spectral mixture analysis may have an advantage over traditional methods of land cover classification because they allow to decompose the spectral signature of a mixed pixel into several endmembers and their respective abundances. In this work, we present the application of Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis (MESMA) to quantify habitat diversity and assess the compositional turnover at different spatial scales in the fine-grained landscapes of the Cantabrian Mountains (northwestern Iberian Peninsula). A Landsat-8 OLI scene and high-resolution orthophotographs (25 cm) were used to build a region-specific spectral library of the main types of habitats in this region (arboreal vegetation; shrubby vegetation; herbaceous vegetation; rocks–soil and water bodies). We optimized the spectral library with the Iterative Endmember Selection (IES) method and we applied MESMA to unmix the Landsat scene into five fraction images representing the five defined habitats (root mean square error, RMSE ≤ 0.025 in 99.45% of the pixels). The fraction images were validated by linear regressions using 250 reference plots from the orthophotographs and then used to calculate habitat diversity at the pixel (α-diversity: 30 × 30 m), landscape (γ-diversity: 1 × 1 km) and regional (ε-diversity: 110 × 33 km) scales and the compositional turnover (β- and δ-diversity) according to Simpson’s diversity index. Richness and evenness were also computed. Results showed that fraction images were highly related to reference data (R2 ≥ 0.73 and RMSE ≤ 0.18). In general, our findings indicated that habitat diversity was highly dependent on the spatial scale, with values for the Simpson index ranging from 0.20 ± 0.22 for α-diversity to 0.60 ± 0.09 for γ-diversity and 0.72 ± 0.11 for ε-diversity. Accordingly, we found β-diversity to be higher than δ-diversity. This work contributes to advance in the estimation of ecological diversity in complex landscapes, showing the potential of MESMA to quantify habitat diversity in a comprehensive way using Landsat imagery., Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación - (Project 0190020007497), Ministerio de Educación, Cultura y Deporte - (Project FPU16/03070)

Orientador: Rangel Arthur Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia Resumo: A doença cardiovascular aterosclerótica é a principal causa de morte no mundo, e é caracterizada pelo acúmulo de lipídeos e células inflamatórias dentro das paredes de artérias. A avaliação ultrassonográfica da espessura da íntima-média da carótida (cIMT) é uma abordagem rápida e não invasiva, amplamente usada para estimar o risco cardiovascular. No entanto, a avaliação da espessura da subcamada íntima carotídea (cIT) é descrita como um melhor marcador de aterosclerose, e risco cardiovascular adverso, do que a cIMT. Até o momento, a avaliação da cIT é realizada por meio de medidas manuais de imagens da parede da carótida, geralmente obtidas de transdutores configurados em alta frequência (22MHz-25MHz). Com base em técnicas de morfologia matemática, um método totalmente automatizado para medir a espessura da cIT foi desenvolvido. As medidas geradas pelo método automático foram comparadas aos valores médios mensurados por três especialistas que avaliaram 160 imagens de carótidas em alta resolução, obtidas de 80 indivíduos. As imagens da carótida foram obtidas com um transdutor de ultrassom regulado em 10MHz, facilmente disponível na prática clínica. As medidas de cIT obtidas tanto pelo presente método automático e por procedimento manual mostraram uma correlação particularmente boa (r = 0,75). Este resultado é bastante significativo, considerando a complexidade de extrair uma medida tão tênue em imagens de ultrassom que podem ser facilmente obtidas em instalações clínicas convencionais Abstract: Atherosclerotic cardiovascular disease is the leading cause of death in the world and is characterized by the accumulation of lipids and inflammatory cells within the walls of arteries. Ultrasound evaluation of carotid intima-media thickness (cIMT) is a fast and non-invasive approach widely used to estimate cardiovascular risk. However, evaluation of the carotid intima sublayer thickness (cIT) is reported to be a better marker of atherosclerosis and adverse cardiovascular risk than cIMT. To date, evaluation of cIT is achieved by manual measures of carotid wall images usually derived from transducers set at high frequency (22MHz-25MHz). Based on mathematical morphology techniques, a fully automated method for measuring the thickness of cIT was developed. The numbers generated by the automatic method were compared to the average measurements performed by three specialists evaluating 160 high-resolution carotid images from 80 individuals. Carotid images were obtained with an ultrasound transducer set at 10MHz, which is easily available in clinical practice. The cIT measurements obtained by the automatic and manual methods showed a particularly good correlation (r=0.75). This result is quite significant, considering the complexity of extracting such a faint measure in ultrasound images that can be easily obtained in routine clinical settings Doutorado Sistemas de Informação e Comunicação Doutor em Tecnologia CAPES 001

Orientador: Esther Luna Colombini Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação Resumo: Na Odometria Visual Monocular, existem várias abordagens relacionadas à otimização de pose e estrutura. Algumas permitem o uso de observações em granularidade fina (ex.: pontos de interesse), mas requerem um número grande de parâmetros. Isso limita a densidade da reconstrução de estrutura e o número de poses que podem ser otimizadas em tempo real. Nós investigamos uma caracterização com poucos parâmetros da Odometria Visual que consiste apenas de poses e das posições de epipolos em pares de imagens. Fazemos isso formulando um tipo indireto de Bundle Adjustment, onde parâmetros de estrutura como profundidade inversa de pontos são substituídos por epipolos da geometria de dois pontos de vista. Nossa formulação permite a reconstrução da cena com a mesma densidade que qualquer conjunto de associações de pontos-chave. Além disso, tal reconstrução não aumenta o número de parâmetros quando o número de pontos aumenta e possui custo computacional de tempo linear no número de pontos. Para verificar se a formulação proposta reflete dados do mundo real, construímos uma pipeline de Odometria Visual baseada em características (indireta) que minimiza o erro da reprojeção com relação às poses e epipolos. Nós usamos gradientes de segunda ordem para otimizar as poses na álgebra do SE(3) e os epipolos em seu espaço original. Daí executamos a odometria e a reconstrução de cena na base de dados KITTI. Os experimentos mostram que a abordagem proposta de fato se encaixa com observações reais e tem resultados de odometria compatíveis com os da literatura, ao mesmo tempo que exerce controle sobre a estrutura sem usar parâmetros de pontos Abstract: In Visual Odometry, there are many approaches related to the optimization of pose and structure. Some allow for fine-grained use of the observations, like feature points, but require many parameters. This limits the density of structure reconstruction and the number of poses that can be optimized in real-time. In this work, we propose a low-parameter characterization of Visual Odometry that consists solely of poses and the locations of eipoles in pairs of images. We do that by formulating an indirect type of Bundle Adjustment that consists of replacing structure parameters like inverse point depths with epipoles from two-view geometry. Our formulation allows us to reconstruct the scene with the same density as any set of point associations provided. Furthermore, this reconstruction does not increase the number of parameters when the number of points increases, and it has a linear computational time cost on the number of points. To check if the proposed formulation fits real-world data, we build a feature-based (indirect) VO pipeline that minimizes the reprojection error concerning poses and epipoles. We employ second-order gradients to optimize the poses in the algebra of SE(3) and the epipoles in their original space. Then, we perform odometry and structure reconstruction in the KITTI dataset. Experiments show that the proposed approach indeed fits real observations and has odometry results compatible with the literature while allowing for some control over structure without point parameters Mestrado Ciência da Computação Mestre em Ciência da Computação CNPQ 130887/2018-8

Orientadores: Marco Antonio Garcia de Carvalho, Paulo Sérgio Martins Pedro Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia Resumo: A Doença de Alzheimer (AD, do inglês Alzheimer Disease) é uma das patologias que mais provoca morte no mundo. Além disso, esta doença compromete regiões associadas à memória, ao comportamento, e ao julgamento. Diagnóstico e prognóstico são ações importantes a fim de mitigar os avanços da doença. Os estágios iniciais da doença, conhecido como pródromos, têm sido foco de estudo devido à sua importância no tratamento precoce do paciente. Nos estágios pródromos, as alterações no cérebro e em suas estruturas anatômicas são de difícil percepção e, portanto, dificilmente reconhecidas através da visão humana. Para este fim, abordagens computacionais que fazem uso de soluções não-triviais para inferir diagnósticos e prognósticos são abordadas neste trabalho. Duas técnicas se mostram promissoras: o uso da Inteligência Artificial (IA) e de Ranqueamento de Imagens. Esta tese reúne propostas e contribuições em diversos aspectos da análise e predição da AD: (1) uma revisão sistemática da literatura, enfatizando as abordagens para classificação e recuperação de imagens de indivíduos com AD; (2) um estudo das regiões cerebrais mais afetadas pela AD por meio da análise estrutural da ressonância magnética; (3) uma abordagem para realizar a extração do encéfalo via análise da projeção em várias fatias; (4) uma abordagem que combina redes neurais artificiais e processamento de imagens para detecção de estágios iniciais da doença com poucas imagens; (5) a construção de um software que permite selecionar o melhor escaneamento cerebral por paciente; (6) um estudo de ranqueamento de imagens que combina multimodalidades de imageamento e diferentes descritores. Os estudos e experimentos desenvolvidos permitiram realizar descobertas em diferentes vertentes associadas à análise da AD. Dentre os principais resultados, destacam-se: a determinação de um descritor de forma, o "Scale-Invariant Heat Kernel Signature", que permite avaliar a evolução das regiões anatômicas do cérebro nos estágios iniciais da AD e que sugere que a análise das regiões corticais podem conduzir a uma melhor predição; o emprego da combinação de técnicas de Aprendizagem de Máquina em multiprojeções cerebrais, indicando a possibilidade de distinguir pacientes em estágios pródromos mesmo com baixa quantidade de imagens disponíveis; a utilização de agregação de ranking para combinar as modalidades de imageamento PET e RM em uma abordagem que sugere que a multimodalidade para recuperação de imagens em AD é mais efetiva do que o uso das imagens de forma isolada Abstract: Alzheimer's Disease (AD) is one of the most deadly pathologies in the world. This disease compromises regions associated with memory, behavior, and judgment. Diagnosis and prognosis are important actions in order to mitigate the progress of the disease. The early stages of the disease, known as prodromal, have been the focus of studies due to their importance in the early treatment of the patient. In the prodromal stages, changes in the brain and its anatomical structures are difficult to detect and, therefore, complex to recognize through human vision. For this purpose, computational approaches that use non-trivial solutions to infer diagnoses and prognoses are addressed in this work. Two techniques have shown promising: the use of Artificial Intelligence (AI) and Image Ranking. This thesis gathers proposals and contributions in various aspects of AD analysis and prediction: (1) a systematic review of the literature, emphasizing approaches to classification and image retrieval from individuals with AD; (2) a study of the most affected brain regions by AD through the structural analysis of magnetic resonance imaging; (3) an approach to perform brain extraction via multi-slice in axial projection analysis; (4) an approach that combines artificial neural networks and image processing to detect early stages of the disease with few images; (5) the construction of software that allows selecting the best brain scan per patient; (6) an image ranking study that combines imaging multimodalities and different descriptors. The studies and experiments developed allowed for discoveries in different aspects associated with the analysis of AD. Among the main findings, the following stand out: the determination of a shape descriptor, the "Scale-Invariant Heat Kernel Signature", which allows evaluating the evolution of the anatomical regions of the brain in the early stages of AD and that suggests that analysis of cortical regions may lead to better prediction; the use of the combination of Machine Learning techniques in brain multi projections, indicating the possibility of distinguishing patients in prodromal stages even with a low amount of available images; the use of ranking aggregation to combine PET and MR imaging modalities in an approach that suggests that multimodality for image retrieval in AD is more effective than using the images separately Doutorado Sistemas de Informação e Comunicação Doutor em Tecnologia CAPES 001

Esta dissertação trata de um estudo sobre processamento de imagens com o intuito de automatizar o método de análise de termogramas de pacientes com suspeita diagnóstica de câncer. Atualmente, existem diversos exames por imagem que são utilizados para a triagem ou auxílio no diagnóstico complementar de tumores. No caso da mama, por exemplo, são realizados os exames de mamografia, ultrassonografia e, mais raramente, ressonância magnética. Para quadros da tireoide os exames de palpação, cintilografia e ultrassonografia são realizados. Também é adotado o exame por punção aspirativa com agulha fina para a realização da biópsia, que é considerada padrão ouro no diagnóstico de câncer. Em contraste, por se tratar de uma técnica não invasiva, a termografia tem sido amplamente estudada complementar no diagnóstico precoce de neoplasias. Os exames termográficos captam alterações de temperatura devido ao aumento da atividade metabólica na região comprometida. Contudo, a análise dos termogramas é em muitos casos é feita de forma visual, dependendo totalmente da percepção do examinador. Dessa forma, o objetivo desse trabalho é desenvolver um programa interativo de segmentação semiautomática para ROI contida em um termograma. Como metodologia foi desenvolvida uma rotina de segmentação, em linguagem Python, a partir de um algoritmo baseado em crescimento de regiões, capaz de agrupar pixels semelhantes para uma região do termograma. Assim, a partir desse pixel, é possível verificar a homogeneidade ou semelhança dos seus pixels vizinhos para captar regiões com alteração de temperatura nos tecidos analisados. Como resultados, são apresentados a área segmentada de forma semiautomática comparada com um método manual de delimitação de imagens térmicas, o tempo operacional médio foi de 16 segundos para o método proposto, contra 40 segundos aproximados de análise manual. Através da ferramenta desenvolvida, a região segmentada pode ser comparada com uma região circunvizinha a fim de comprovar diferença térmica entre os tecidos sadio e não sadio (com tumor). O programa também apresenta uma planilha com dados térmicos exportada diretamente do programa, explicitando as faixas de temperatura delimitadas pela ferramenta, para facilitar posteriores análises ou para fornecer informação para o prontuário médico. Os testes foram realizados em 20 termogramas coletados de pacientes com neoplasia da mama e tireoide, seguindo o protocolo de coleta e tratamento de imagens térmicas, e todos apresentaram temperaturas mínimas e médias delimitadas pelo método proposto superiores às encontradas pelo método manual. As comparações entre as regiões delimitadas de todos os vinte termogramas também evidenciaram que as temperaturas na região nodular eram superiores às dos tecidos vizinhos não comprometidos. This paper presents a study on image processing used in order to automate the method of analyzing thermograms of patients with suspected cancer diagnosis. Currently, there are several imaging tests that are used to do the triage of the patients, or to help in the complementary diagnosis of tumors. In the case of the breast, as an example, mammography, ultrasound and, more rarely, MRI scans can be performed. As for thyroid cases, palpation, scintigraphy and ultrasound examinations are performed. To performe the biopsy, the medical exam that can be used is the aspiration puncture with a fine needle, which is considered the gold standard in the diagnosis of cancer. On the other hand, since it is a non-invasive technique, thermography has been widely used in a complementary way in the early diagnosis of neoplasms. Thermographic exams can capture changes in temperature due to increased metabolic activity in the affected region. However, the analysis of thermograms in most of cases is done visually, depending entirely on the examiner’s perception. Thus, the objective of this work is to develop an interactive semiautomatic segmentation program for ROI contained in a thermogram. Therefore, a segmentation routine was developed, in Python language, from an algorithm based on region growth, capable of grouping similar pixels for a region of the thermogram. Thereby, from that pixel, it is possible to check the homogeneity or similarity of its neighboring pixels to capture regions with temperature changes in the analyzed tissues. As results, the segmented area is presented in a semi-automatic way when compared with a manual method of delimiting thermal images, and the average operational time was 16 seconds for the proposed method, against approximately 40 seconds of manual analysis. Making use of the developed tool, the segmented region can be compared with a surrounding region in order to prove thermal differences between healthy and non-healthy tissues (tissues with tumor). A spreadsheet with thermal data, exported directly from the program, is also presented, explaining the temperature ranges delimited by the tool that can be used to facilitate further analysis or to provide information for the medical record. The tests were carried out on 20 thermograms collected from patients with breast and thyroid cancer, following the protocol for collecting and treating thermal images, and they all presented minimum and average temperatures delimited by the proposed method, higher than those found by the manual method. Comparisons between the delimited regions of all twenty thermograms also showed that the temperatures in the nodular region were higher than those of neighboring non-compromised tissues.

A segmentação de estruturas anatômicas a partir de imagens médicas, como a tomografia computadorizada, tem sido aplicada no aperfeiçoamento de práticas como o planejamento cirúrgico, a fabricação de próteses, a realização de simulações e mais. Na área ortopédica, modelos 3d de ossos podem ser utilizados, por exemplo, na fabricação de guias e implantes personalizados. Extrair precisamente elementos complexos de uma imagem não é uma tarefa simples. A maioria das pesquisas relacionadas propõe métodos para a segmentação de uma única estrutura anatômica. Nesta pesquisa, decidiu-se testar as dificuldades referentes à segmentação da superfície dos quatro ossos que constituem a articulação do joelho (fêmur, patela, tíbia e fíbula) a partir de imagens de tomografia computadorizada e das unidades Hounsfield. O método proposto consiste em uma sequência de processamento que se inicia com a reamostragem dos dados, que são, então, pré-segmentados por global thresholding com limiar baseado no valor proposto pela literatura para segmentação de ossos: 200 UH. Em seguida, as descontinuidades das malhas obtidas, quando presentes, são corrigidas através de fechamento morfológico, e objetos indesejados, quando presentes, são removidos por erosão morfológica. Finalmente, os modelos são segmentados por Active Contour Without Edges executado por operadores morfológicos. Quatro estudos de caso com quatro indivíduos diferentes foram realizados através deste método. Os resultados obtidos mostram que o método proposto é capaz de segmentar e gerar os modelos 3d dos quatro ossos do joelho, permitindo que cada um destes seja manipulado individualmente se necessário. Porém, a segmentação dos ossos com base nas unidades Hounsfield não gerou o resultado esperado em três dos quatro estudos de caso, dos quais apenas um teve seus ossos segmentados corretamente com a aplicação de um limiar igual a 200 UH durante a pré-segmentação por global thresholding. Nos demais casos, o limiar teve que ser reduzido para que a malha dos ossos fosse segmentada como esperado. The segmentation of anatomical structures based on medical images, such as computed tomography, has been applied to improve practices such as surgical planning, prosthesis manufacturing, simulations and more. In the orthopedic area, 3d bone models can be used, for example, in the manufacture of personalized guides and implants. Precisely extracting complex elements from an image is not a simple task. Most related research proposes methods for segmenting a single anatomical structure. In this research, it was decided to test the difficulties related to the segmentation of the surface of the four bones that constitute the knee joint (fêmur, patella, tibia and fibula) using computed tomography images and the Hounsfield units. The proposed method consists of a processing sequence that begins with the resampling of the data, which are then pre-segmented by global thresholding with a chosen threshold based on the value proposed by the literature for bone segmentation: 200 HU. Then, the discontinuities of the obtained meshes, when present, are corrected through morphological closure, and undesirable objects, when present, are removed by morphological erosion. Finally, the models are segmented by Active Contour Without Edges executed by morphological operators. Four case studies with four different individuals were carried out using this method. The results obtained show that the proposed method is capable of segmenting and generating 3d models of the four knee bones, allowing each one to be manipulated individually if necessary. However, the bone segmentation based on Hounsfield units did not generate the expected result in three of the four case studies, of which only one had its bones correctly segmented with the application of a threshold equal to 200 HU during pre-segmentation by global thresholding. In all other cases, the threshold had to be lowered só that the bone mesh was segmented as expected.

Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2021-11-30T20:28:49Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Frederico Garcia de Lacerda - 2020 - Completo.pdf: 2940153 bytes, checksum: 289d5f9977ca6c700f3326cf6b5cc573 (MD5) Made available in DSpace on 2021-11-30T20:28:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Frederico Garcia de Lacerda - 2020 - Completo.pdf: 2940153 bytes, checksum: 289d5f9977ca6c700f3326cf6b5cc573 (MD5) Previous issue date: 2020-03-17 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Thermal Spray (TS) coatings can be used to protect industry components that operate under severe conditions of abrasion, particle impact and corrosion. Electric arc TS stands out due to its excellent cost / benefit ratio and the possibility of application in the field. At the same time, several studies have been developed in order to evaluate the application of different alloys and show ways to improve their behavior in service. In order to assess the amount of defects and corrosion resistance, the present study compared two metallic coatings obtained by electric arc thermal spraying process (Alloys A and B) applied to plates. In addition, samples of tubes coated with these same alloys were evaluated, which remained exposed to the real working conditions in a boiler for a period of one year. Optical microscopy (OM), digital image analysis and processing (DIP), scanning electron microscopy (SEM), semi-quantitative chemical analysis by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and corrosion tests by electrochemical analysis were used. After exposure of the tubes in the field, the surface roughness characteristic of the TS process, was reduced. The results revealed a higher percentage of defects in the tubes compared to the plates, however, despite the higher percentage of defects, the tubes showed better behavior in the corrosion tests. The reduction in the surface roughness of the tubes may have contributed to this result. The results obtained through the electrochemical tests showed that the coating composed of alloy A had better anti-corrosion action than alloy B. The blocking of defects by corrosion products contributed to increase the corrosion resistance of both coatings after simulated exposure. Revestimentos obtidos por aspersão térmica (AT) podem ser utilizados na proteção de componentes da indústria que atuam sob condições severas de abrasão, impacto de partículas e corrosão. A AT por arco elétrico ganha destaque devido a sua ótima relação custo/benefício e a possibilidade de aplicação em campo. Ao mesmo tempo, diversos estudos vêm sendo desenvolvidos afim de avaliar a aplicação de diferentes ligas e sinalizar meios de aprimorar o comportamento destas em serviço. Com o objetivo de avaliar a quantidade de defeitos e a resistência à corrosão, o presente estudo comparou dois revestimentos metálicos obtidos por aspersão térmica por arco elétrico (Ligas A e B) aplicados sobre chapas. Além disso, foram avaliadas amostras de tubos revestidos com estas mesmas ligas, que permaneceram expostas às condições reais de trabalho em uma caldeira pelo período de um ano. Foram utilizadas técnicas de microscopia óptica (MO), análise e processamento digital de imagens (PDI), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise química semi-quantitativa por Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) e testes de corrosão por análise eletroquímica. Após exposição dos tubos em campo, a rugosidade de superfície característica do processo de AT, foi reduzida. Os resultados revelaram maior percentual de defeitos nos tubos em relação as chapas, porém, apesar do maior percentual de defeitos, os tubos apresentaram melhor comportamento nos ensaios de corrosão. A redução na rugosidade de superfície dos tubos pode ter contribuído para este resultado. Os dados obtidos através dos ensaios eletroquímicos mostraram que o revestimento composto pela Liga A possuiu melhor ação anticorrosiva que a Liga B. O bloqueio dos defeitos por produtos de corrosão contribuiu para elevar a resistência à corrosão de ambos revestimentos após exposição simulada.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) Os métodos de beamformers adaptativos vieram para aprimorar os processamentos de imagens pelo método Delay and Sum (DAS), apresentando resultados positivos na melhora de resolução e contraste. Mesmo assim, o método de Mínima Variância (MV) tem muito a ser melhorado. Com isso, novas técnicas de beamformer adaptativo foram estudadas, uma delas é o Generalized Sidelobe Canceler (GSC) que pode melhorar consideravelmente a resolução lateral das imagens médicas de ultrassom, pois ajuda a reduzir os lóbulos secundários. Outra técnica é o beamformer Eigenspace baseado em Mínima Variância (EBMV), que é um beamformer adaptativo que pode suprimir grande parte do ruído e fornecer imagens com maior contraste e resolução em comparação com o método DAS e o método MV. Filtros também podem ser aplicados após o processamento de imagem a fim de reduzir sinais de speckle presentes nas imagens de ultrassom, como os filtros Wiener, Lee e Kuan. Neste trabalho foi combinado o método de beamformer adaptativo EBMV com Generalized Sidelobe Canceler (EBGSC) e filtros adaptativos para geração de imagens de ultrassom com ondas planas. Todos os dados in vivo, em phantom e simulados foram obtidos no site do Plane Wave Challenge in Medical Ultrasound Imaging (PICMUS). Os dados foram adquiridos usando um equipamento Verasonics Vantage 128 com um transdutor modelo L11-4v de 128 elementos. Os resultados foram comparados com os métodos bases DAS e MV. O método EBGSC-Kuan não apresentou grandes melhorias em relação às outras técnicas, já a técnica EBGSC-Lee, apresentou boas melhorias de contraste e redução de lóbulos laterais, sendo um indicativo para realizar mais pesquisas com esta técnica. O método EBGSC-Wiener foi o que apresentou melhores resultados nos aspectos de contraste, promovendo um aumento de 81% em relação ao método DAS e de 67% em relação ao método EBGSC. Também, apresentou redução de lóbulo lateral de 59,72 dB e 33,28 dB, comparado com as técnicas DAS e EBGSC. O método EBGSC-Wiener também foi o que apresentou melhor Razão de Distorção Geométrica (RDG), próxima de 1, o que representa menor distorção, sendo considerado uma boa opção para o processamento de imagens de ultrassom com ondas planas. Adaptive beamformer methods have been improving image processing by the Delay and Sum (DAS) method, with increasing resolution and contrast. Even so, the Minimum Variance (MV) method has much to be improved. Thus, new adaptive beamformer techniques have been studied, one of which is Generalized Sidelobe Canceler (GSC) which can considerably improve the lateral resolution of the medical ultrasound images, but the image contrast is not satisfactory. Another technique is the beamformer Eigenspace based on Minimum Variance (EBMV), which is an adaptive beamformer that can suppress much of the noise and provide images with higher contrast and resolution compared to the DAS and the MV methods. Filters can also be applied after image processing to reduce speckle signals present in ultrasound images such as the Wiener, Lee and Kuan. In this work we combined the beamformer adaptive EBMV method with Generalized Sidelobe Canceler and adaptive filters for plane wave ultrasound imaging. All the simulated, in phantom and in vivo data were obtained from Plane Wave Challenge in Medical Ultrasound Imaging (PICMUS) website. The data were acquired using a Verasonics Vantage 128 equipment using a L11-4v 128 elements transducer. The results were compared with DAS and MV. The EBGSC-Kuan method did not show great improvements comparing to the other techniques, whereas the EBGSC-Lee technique, presented good improvements in contrast and reduction of lateral lobes, being an indication to carry out more research with this technique. The EBGSC-Wiener method showed the best improvements in contrast aspects, promoting an improvement of 81% in relation to the DAS method and 67% in relation to the EBGSC method. Also, it presented a reduction of lateral lobe of -59.72 dB and -33.28 dB, compared with DAS and EBGSC techniques, respectively. The EBGSC-Wiener method was the one that best presented Geometric Distortion Ratio (RDG), close to 1, which represents less distortion, being considered a good option to work in the plane wave ultrasound imaging.

Orientador: Hélio Pedrini Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação Resumo: O reconhecimento de emoções tem-se tornado um tópico relevante de pesquisa pela comunidade científica, uma vez que desempenha um papel essencial na melhoria contínua dos sistemas de interação humano-computador. Ele pode ser aplicado em diversas áreas, tais como medicina, entretenimento, vigilância, biometria, educação, redes sociais e computação afetiva. Há alguns desafios em aberto relacionados ao desenvolvimento de sistemas emocionais baseados em expressões faciais, como dados que refletem emoções mais espontâneas e cenários reais. Nesta tese de doutorado, apresentamos diferentes metodologias para o desenvolvimento de sistemas de reconhecimento de emoções baseado em expressões faciais, bem como sua aplicabilidade na resolução de outros problemas semelhantes. A primeira metodologia é apresentada para o reconhecimento de emoções em expressões faciais ocluídas baseada no Histograma da Transformada Census (CENTRIST). Expressões faciais ocluídas são reconstruídas usando a Análise Robusta de Componentes Principais (RPCA). A extração de características das expressões faciais é realizada pelo CENTRIST, bem como pelos Padrões Binários Locais (LBP), pela Codificação Local do Gradiente (LGC) e por uma extensão do LGC. O espaço de características gerado é reduzido aplicando-se a Análise de Componentes Principais (PCA) e a Análise Discriminante Linear (LDA). Os algoritmos K-Vizinhos mais Próximos (KNN) e Máquinas de Vetores de Suporte (SVM) são usados para classificação. O método alcançou taxas de acerto competitivas para expressões faciais ocluídas e não ocluídas. A segunda é proposta para o reconhecimento dinâmico de expressões faciais baseado em Ritmos Visuais (VR) e Imagens da História do Movimento (MHI), de modo que uma fusão de ambos descritores codifique informações de aparência, forma e movimento dos vídeos. Para extração das características, o Descritor Local de Weber (WLD), o CENTRIST, o Histograma de Gradientes Orientados (HOG) e a Matriz de Coocorrência em Nível de Cinza (GLCM) são empregados. A abordagem apresenta uma nova proposta para o reconhecimento dinâmico de expressões faciais e uma análise da relevância das partes faciais. A terceira é um método eficaz apresentado para o reconhecimento de emoções audiovisuais com base na fala e nas expressões faciais. A metodologia envolve uma rede neural híbrida para extrair características visuais e de áudio dos vídeos. Para extração de áudio, uma Rede Neural Convolucional (CNN) baseada no log-espectrograma de Mel é usada, enquanto uma CNN construída sobre a Transformada de Census é empregada para a extração das características visuais. Os atributos audiovisuais são reduzidos por PCA e LDA, então classificados por KNN, SVM, Regressão Logística (LR) e Gaussian Naïve Bayes (GNB). A abordagem obteve taxas de reconhecimento competitivas, especialmente em dados espontâneos. A penúltima investiga o problema de detectar a síndrome de Down a partir de fotografias. Um descritor geométrico é proposto para extrair características faciais. Experimentos realizados em uma base de dados pública mostram a eficácia da metodologia desenvolvida. A última metodologia trata do reconhecimento de síndromes genéticas em fotografias. O método visa extrair atributos faciais usando características de uma rede neural profunda e medidas antropométricas. Experimentos são realizados em uma base de dados pública, alcançando taxas de reconhecimento competitivas Abstract: Emotion recognition has become a relevant research topic by the scientific community, since it plays an essential role in the continuous improvement of human-computer interaction systems. It can be applied in various areas, for instance, medicine, entertainment, surveillance, biometrics, education, social networks, and affective computing. There are some open challenges related to the development of emotion systems based on facial expressions, such as data that reflect more spontaneous emotions and real scenarios. In this doctoral dissertation, we propose different methodologies to the development of emotion recognition systems based on facial expressions, as well as their applicability in the development of other similar problems. The first is an emotion recognition methodology for occluded facial expressions based on the Census Transform Histogram (CENTRIST). Occluded facial expressions are reconstructed using an algorithm based on Robust Principal Component Analysis (RPCA). Extraction of facial expression features is then performed by CENTRIST, as well as Local Binary Patterns (LBP), Local Gradient Coding (LGC), and an LGC extension. The generated feature space is reduced by applying Principal Component Analysis (PCA) and Linear Discriminant Analysis (LDA). K-Nearest Neighbor (KNN) and Support Vector Machine (SVM) algorithms are used for classification. This method reached competitive accuracy rates for occluded and non-occluded facial expressions. The second proposes a dynamic facial expression recognition based on Visual Rhythms (VR) and Motion History Images (MHI), such that a fusion of both encodes appearance, shape, and motion information of the video sequences. For feature extraction, Weber Local Descriptor (WLD), CENTRIST, Histogram of Oriented Gradients (HOG), and Gray-Level Co-occurrence Matrix (GLCM) are employed. This approach shows a new direction for performing dynamic facial expression recognition, and an analysis of the relevance of facial parts. The third is an effective method for audio-visual emotion recognition based on speech and facial expressions. The methodology involves a hybrid neural network to extract audio and visual features from videos. For audio extraction, a Convolutional Neural Network (CNN) based on log Mel-spectrogram is used, whereas a CNN built on Census Transform is employed for visual extraction. The audio and visual features are reduced by PCA and LDA, and classified through KNN, SVM, Logistic Regression (LR), and Gaussian Naïve Bayes (GNB). This approach achieves competitive recognition rates, especially in a spontaneous data set. The second last investigates the problem of detecting Down syndrome from photographs. A geometric descriptor is proposed to extract facial features. Experiments performed on a public data set show the effectiveness of the developed methodology. The last methodology is about recognizing genetic disorders in photos. This method focuses on extracting facial features using deep features and anthropometric measurements. Experiments are conducted on a public data set, achieving competitive recognition rates Doutorado Ciência da Computação Doutora em Ciência da Computação CNPQ 140532/2019-6 CAPES

Orientador: Alexandre Xavier Falcão Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação Resumo: O câncer de pulmão é o tipo mais comum de câncer em homens e o terceiro mais comum em mulheres. Devido ao mau prognóstico, o câncer de pulmão é responsável pela maior taxa de mortalidade, atingindo 1,8 milhão de mortes por ano. O diagnóstico e o tratamento nos estágios iniciais podem aumentar as chances de sobrevivência. A tomografia computadorizada (TC) é a modalidade de imagem preferida para detectar e diagnosticar câncer de pulmão, pois fornece imagens 3D do tórax em alta resolução, facilitando a detecção de pequenos nódulos. No entanto, a natureza 3D das imagens dificulta sua análise visual. Como conseqüência, o número de falsos positivos ainda é alto e, mesmo contando com a opinião de vários especialistas, o diagnóstico é frequentemente sujeito a alguma falta de consenso. Os sistemas de Diagnóstico Assistida por Computador (CAD) foram desenvolvidos para solucionar o problema, auxiliando especialistas na tarefa de detecção e classificação mais rápidas e precisas de anormalidades. As técnicas usadas nos sistemas CAD podem ser divididas em dois grupos: sistemas CAD que exploram features de imagem baseados em conhecimento e sistemas CAD que aprendem os features de imagens anotadas, principalmente baseadas em aprendizado profundo por meio de redes neurais convolucionais (CNNs). Na última década, muitos métodos computacionais (sistemas CAD) foram desenvolvidos para auxiliar os médicos na detecção de nódulos pulmonares. Tais métodos são baseados principalmente em CNNs, que alcançaram resultados promissores na detecção precoce de nódulos pulmonares. No entanto, esses métodos geram várias regiões candidatas por nódulo, de modo que um algoritmo de não-máxima supressão (NMS) é necessário para selecionar uma única região por nódulo, eliminando as redundantes. O GossipNet é uma rede neural 1D para NMS, que pode aprender os parâmetros do NMS em vez de confiar nos parâmetros artesanais. No entanto, o GossipNet não tira proveito dos features de imagem para aprender NMS. Neste trabalho, propomos um sistema CAD automatizado para detecção de nódulos pulmonares, que consiste em quatro módulos: pré-processamento, a definição de uma região de interesse (por exemplo, por segmentação pulmonar), detecção de nódulos e a eliminação de candidatos redundantes. Para a segmentação pulmonar, usamos uma abordagem recente baseada em sequências de transformações florestais de imagem (IFTs) denominada ALTIS, fornecendo uma segmentação mais precisa dos pulmões em comparação com o método usado no desafio LUNA16. Para a detecção de nódulos e a eliminação de candidatos redundantes, usamos o 3D Faster R-CNN com ResNet18 para a detecção de regiões candidatas com nódulos e apresentamos FeatureNMS --- uma rede neural que fornece features de imagem adicionais à entrada do GossipNet, que resultam de uma transformação sobre as intensidades de voxel de cada região candidata na imagem da TC. Para validação, usamos o conjunto de dados de desafio LUNA16 Abstract: Lung cancer is the most common type of cancer in men and the third most common one in women. Due to poor prognosis, lung cancer is responsible for the largest mortality rate, reaching 1.8 million deaths per year. Diagnosis and treatment at the early stages can increase the chances of survival. Computerized Tomography (CT) is the imaging modality of preference to detect and diagnose lung cancer since it provides high-resolution 3D images of the thorax, facilitating the detection of small nodules. However, the 3D nature of the images makes their visual analysis difficult. As a consequence, the number of false positives is still high and, even by counting on the opinion of multiple specialists, the diagnosis is often subjected to some lack of consensus. Computer-Aided Detection (CAD) systems have been developed to address the problem, assisting to specialists in the task of quicker and more accurate detection and classification of abnormalities. The techniques used in CAD systems may be divided into two groups: CAD systems that explore knowledge-based image features and CAD systems that learn the features from annotated images, mostly based on deep learning through Convolutional Neural Networks (CNNs). In the last decade, many computational methods (CAD systems) have been developed to assist physicians in lung nodule detection. Such methods are mostly based on CNNs, which have achieved promising results in early detection of lung nodules. However, these methods generate several candidate regions per nodule, such that a Non-Maximum Suppression (NMS) algorithm is required to select a single region per nodule while eliminating the redundant ones. GossipNet is a 1D Neural Network (NN) for NMS, which can learn the NMS parameters rather than relying on handcrafted ones. However, GossipNet does not take advantage of image features to learn NMS. In this work, we propose an automated CAD system for lung nodule detection which consists of four modules: pre-processing, the definition of a region of interest (e.g., by lung segmentation), nodule detection, and the elimination of redundant candidates. For lung segmentation, we use a recent approach based on sequences of Image Foresting Transforms (IFTs) named ALTIS providing a more accurate segmentation of the lungs compared to the method used in the LUNA16 challenge. For nodule detection and the elimination of redundant candidates, we use 3D Faster R-CNN with ResNet18 for the detection of candidate regions with nodules and present \emph{FeatureNMS} --- a neural network that provides additional image features to the input of GossipNet, which result from a transformation over the voxel intensities of each candidate region in the CT image. For validation, we use the LUNA16 challenge dataset Mestrado Ciência da Computação Mestre em Ciência da Computação CNPQ 171063/2017-1 FAPESP 2014/12236-1

Orientador: Jacobus Willibrordus Swart Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: LEDs tem se tornado prevalentes em uma ampla variedade de aplicações. Avanços nas últimas décadas aumentaram a eficiência luminosa dos LEDs, proporcionando um rápido crescimento de painéis de LED no mercado, com exibição de fotos e vídeos. Contudo, é comum encontrar painéis com linhas ou regiões queimadas, derivados de uma alta potência nos circuitos integrados, ocorridos por sucessivos quadros bancos. Desta forma, é interessante uma solução que previna o sobreaquecimento sem a interrupção da mídia transmitida. Em contrapartida, sabe-se que a potência do painel de LED está vinculada à quantidade de brilho, onde é controlado por modulação de pulsos. Em destaque, temos a modulação de peso binário (BAM), pois reduz a sobrecarga de processamento no FPGA comparado ao PWM. Sendo assim, o principal objetivo deste trabalho é a concepção e implementação de um algoritmo de controle automático para limitação da potência e, consequentemente, proteção do sistema na situação de sobreaquecimento. Dessa forma, uma arquitetura de processamento de imagem foi desenvolvida em FPGA, onde foi implantado o algoritmo monitorador de frames, cuja eficiência do algoritmo foi comprovada através de medições de temperatura e luminosidade em diferentes cenários de operação. Por fim, como resultado, houve uma redução de 66 °C para 47 °C na temperatura do circuito integrado, deixando-o em uma temperatura que preserva sua vida útil Abstract: LEDs are becoming prevalent in a wide variety of applications. Advances in recent decades have increased the LEDs luminous efficiency, providing a rapid growth of LED panels on the market, with display of photos and videos. However, it is common to find panels with burned lines or regions, derived from a high power in the integrated circuits, occurring by successive white frames. Thus, a solution that prevent overheating without interrupting the transmitted media is interesting. On the other hand, we are known that the power of the LED panel is linked to the amount of brightness, where it is controlled by pulse modulation. In highlight, we have the bit angle modulation (BAM), as it reduces the processing overhead on the FPGA compared to PWM. Therefore, the main objective of this work is the design and implementation of an automatic control algorithm for limiting power and, consequently, protecting the system in the event of overheating. In this way, an image processing architecture was developed in FPGA, where the frame monitoring algorithm was implemented, whose efficiency of the algorithm was proven through temperature and light measurements in different operating scenarios. Finally, as a result, there was a reduction from 66 ° C to 47 ° C in the temperature of the integrated circuit, leaving it at a temperature that preserves its lifetime Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Com a crescente demanda produtiva da indústria petrolífera, faz-se necessário cada vez mais o desenvolvimento e aperfeiçoamento de sistemas, tecnologias e processos dentro das suas várias etapas. Uma delas, é o processo de separação da mistura de petróleo, água de produção e gás natural provenientes do processo de exploração de poços petrolíferos. Nesta fase, é fundamental realizar o monitoramento dos níveis dos diferentes compostos no interior dos tanques separadores, para que essas informações sirvam como variáveis de entrada no sistema de controle separador garantindo a eficiência e segurança destes equipamentos. Com base nisso, este trabalho tem o objetivo de apresentar estudo, a análise e realização de testes de um sensor capacitivo multieletrodo para monitorar em tempo real o nível dos diferentes fluidos em separadores gravitacionais aplicados na indústria do petróleo. Desse modo, é possível identificar as diferentes substâncias e interfaces presentes no interior de tanques separadores. Além disso, também foram realizados estudos preliminares sobre o uso combinado das técnicas de monitoramento capacitiva e indutiva (de modo que uma metodologia possa suprir as limitações da outra). O protótipo desenvolvido foi testado em recipientes de teste com resultados satisfatórios na medição da altura de misturas multifásicas água-óleo-ar. O protótipo pode ser facilmente instalado em separadores testes e necessitando de aprimoramentos no que tange robustez e operação em ambientes explosivos para que possa ser empregado em aplicações reais. With the increasing production demand of the oil industry, it is more and more necessary to develop and improve systems, technologies and processes within their various stages. Among them, one important process is the separation of the oil, water and natural gas from the reservoirs at processing plants. At this stage, it is essential to monitor the levels of the different compounds within the separator tanks, so that this information serves as input variable in the control systems ensuring the efficiency and safety of these equipment. Based on this, this work aims to present the study, analysis and testing of a capacitive multielectrode sensor to monitor in real time the level of different fluids in gravitational separators applied in the oil industry. In this way, it is possible to identify the different substances and interfaces present inside separator tanks. In addition, preliminary studies have also been conducted on the combined use of capacitive and inductive monitoring techniques (so that one methodology can address the limitations of the other). The developed prototype was tested in test vessels with satisfactory results for measuring the level of water-oil-air multiphase mixtures. The prototype can be easily installed on test tabs and requires improvements regarding robustness and operation in explosive environments so that it may be used in real applications.

A impossibilidade de se comunicar com os outros faz com que as pessoas tenham limitações ou dificuldades só minimizadas com o uso de tecnologias assistivas. Visando proporcionar meios efetivos de comunicação para as pessoas, os pesquisadores da área de Comunicação Alternativa e Ampliada (CAA) estudam e desenvolvem novos métodos e tecnologias. Assim sendo, esta pesquisa tem por objetivo geral desenvolver uma prancha de comunicação por figuras com predição de palavras, a fim de acelerar a seleção de informação e minimizar o esforço do usuário para efetivar a comunicação. O software desenvolvido possui 2000 figuras focadas na cultura brasileira, roda em computadores com Windows 8.1 e versões superiores e também em Smartphones e Tablets com Android 7.0 e versões superiores. Com características singulares em relação aos demais aplicativos gratuitos de CAA disponíveis no Brasil, a Nova Prancha Livre de Comunicação – AMPLISOFT conta com um algoritmo de predição de palavras desenvolvido com base nos Modelos Ocultos de Markov (HMM), o algoritmo (HMM) desenvolvido para uso com nova prancha de comunicação é responsável por filtrar as próximas palavras e gerar uma lista ordenada com base na probabilidade de cada palavra ser selecionada, e realizar a associação das palavras preditas com as figuras do dicionário de figuras. O software da prancha de comunicação exibe as imagens preditas pelo algoritmo distribuindo um total de 12 imagens por prancha, em casos onde são retornados mais de 12 elementos preditos é gerada uma sequencia de pranchas. A associação do algoritmo de predição de palavras HMM ao novo software de CAA propicia ao usuário e ao interlocutor uma experiência única, pois a aplicação foi desenvolvida com foco nas necessidades do usuário deficiente brasileiro. Por este motivo, esta Nova Prancha Livre de Comunicação – AMPLISOFT é flexível quanto à forma de uso e quanto ao contexto em que se deseja trabalhar, tendo em vista que possibilita que sejam utilizados diferentes textos como base para predição das imagens. E a seleção das imagens e expressões pelo usuário pode ser realizada utilizando a técnica de varredura entre linhas e colunas ou com a navegação manual. Ambas as opções são configuráveis no aplicativo, levando em consideração o texto corpus carregado ou selecionado pelo interlocutor. Após a seleção das figuras, o usuário tem também a opção de exteriorizar o conteúdo em forma de áudio, tornando a comunicação mais natural. Os resultados obtidos nos testes de bancada e nos ensaios in vivo com o algoritmo e a Prancha desenvolvida nesta pesquisa, mostram que o uso do algoritmo de predição de palavras associado a predição de figuras diminuí consideravelmente a dificuldade na localização das figuras desejadas para seleção na prancha de comunicação, melhorando a eficiência na criação de mensagens e reduzindo o tempo necessário para localização das figuras. Com ela, brasileiros com necessidades complexas de comunicação podem relacionar-se com outras pessoas de uma forma interativa e intensiva. The inability to communicate with others means that people can only prevent and hinder the use of assistive technologies. In order to provide effective means of communication for these people, researchers on Alternative and Augmentative Communication (AAC) field investigate and develop new methods and technologies. Thus, in this research, we aim to develop a pictures-based communication board using word prediction to speed up information selection and minimize the user's effort to communicate effectively. The developed software has 2000 figures focused on the Brazilian culture, runs on computers running Windows 8.1 and higher versions and also smartphones and tablets running Android 7.0 and higher. With exclusive features over other free AAC applications available in Brazil, New Free Communication Board - AMPLISOFT implements a word prediction algorithm developed based on Markov's Hidden Models (Markov's Hidden Models - HMM). It is pointed by the literature as one of the most indicated word prediction techniques. A combination of the HMM word prediction algorithm and the new AAC software provides a unique experience for the user and interlocutors because it was specially designed for disabled Brazilian. For this reason, the new free communication board is flexible as to its form of use and the context in which it is intended to work. It allows different texts to be used as a basis for images prediction. And the selection of user images and expressions can be performed applying row and column scanning technique or with manual navigation. Both options are configurable in the software taking into account the corpus loaded or selected by the interlocutor. After selecting the pictures, the user also has the option of presenting the content in audio mode, thus facilitating communication. The results obtained from the tests performed on the development bench, and also the in vivo tests of the developed board, clearly evidence of the ease of use and efficiency in creating messages that can be externalized in audio form. With this application, Brazilians with severe communication difficulties can be in relation with others in an interactive and intensive way.

Este trabalho propôs-se a realizar experimentos de medição com as técnicas ópticas de microscopia para extrair algumas características físicas e químicas de folhas e flores de forma indireta, com o intuito de se entender a relação da estrutura físico/químico das folhas e flores com relação às suas funcionalidades e a iteração com agentes externos. Bem como, medições espectrofotométricas com o intuito de analisar se há correlação de pigmentos em folhas e flores, haja visto que “a flor é considerada uma folha modificada”. Através do processamento de imagens microscópicas, desenvolveu-se um mapeamento colorido da superfície de folhas e flores, através da medição indireta do ângulo de contato na tripla interface entre a gota de água, a superfície e o ar. Portanto, consegue-se a partir de uma imagem que é representada por uma função bidimensional, dados de uma cena tridimensional, onde as gotas tem uma interação físico-químicas com da superfície analisada, resultando numa medida de molhabilidade da superfície. O volume da gota foi calculado pelo brilho refletido na superfície abaixo da gota, quando iluminado pela iluminação proposta; o diâmetro da gota medido por algoritmo de detecção de círculos e o ângulo de contato foi calculado pelo método top-down, proposto por (DUTRA et al., 2017), mostrando posteriormente um mapeamento colorido da superfície. Várias analises foram feitas para validar o método e demostrar que este é capaz de obter informações de molhabilidade, mostrando sua correspondência com as funções biológicas. Na orquidácea Cattleya warneri, as folhas jovens mostraram-se hidrofóbicas, enquanto as folhas velhas se tornam praticamente hidrofílicas, como resultado da exposição contínua às mudanças no ambiente ao longo do tempo. As flores são hidrofóbicas devido à sua função de atratividade visual e tátil para a polinização de animais, bem como a autolimpeza de sujeira e patógenos. Analisando-se 22 superfícies foliares, corroboramos que as superfícies adaxiais das folhas são mais molháveis do que as superfícies abaxiais e isso pode estar relacionado a maior densidade estomática no lado abaxial que no adaxial. Outros fatores, como a alta densidade de tricomas também normalmente é relacionada à menor molhabilidade das folhas. O mapeamento da superfície se mostrou um instrumento poderoso para o monitoramento regular das plantas, e uma ferramenta científica capaz de fornecer análises em superfícies de qualquer tipo nas interfaces com a gota em nível de nanoescala. Aqui, conseguimos mapear toda a superfície, e não apenas as bordas como nos métodos de visão lateral. No apêndice A, encontramos uma vasta revisão bibliográfica a respeito de pigmentos, sua extração e peculiaridades, e as formas de análise espectrométricas e cromatográficas. Os resultados mostraram haver uma correlação entre as substâncias extraídas de flores e folhas, tal correlação não é apontada na literatura, apesar de ser postulado que flor é uma folha modificada. The objective of this work was to perform measurement experiments using optical microscopy techniques to extract some physical and chemical characteristics of leaves and flowers by an indirect way, in order to understand the relation of the physical / chemical structure of leaves and flowers with relation to its functionalities and the iteration with external agents. As well as spectrophotometric measurements in order to analyze if there is correlation of pigments in leaves and flowers, since the “flower is considered a modified leaf”. Through microscopic image processing, a colored mapping of the leaf and flower surface was developed by indirect measurement of the contact angle at the interface between the water drop, the surface and the air. Thus providing, from a two-dimensional image three-dimensional data, interrelated to the physical-chemical nature of the analyzed surface, through the wettability of the surface. The volume of the drop was calculated by the reflected brightness on the surface below the drop, when illuminated by the proposed illumination; the diameter of the droplet measured by circle detection algorithm and the contact angle was calculated by the top-down method proposed (DUTRA et al., 2017), subsequently showing a colored surface mapping. Several analyzes have been done to validate the method and demonstrate that the wettability information has correspondence with biological functions. In orchidaceae Cattleya warneri, young leaves are hydrophobic, while old leaves become hydrophilic, because of continual exposure to changes in the environment over time. The flowers are hydrophobic due to their function of visual and tactile attractiveness for pollination of animals, as well as the self-cleaning of dirt and pathogens. By analyzing 22 leaf surfaces, we corroborate that the adaxial surfaces of the leaves are hydrophilic and the abaxial surfaces are hydrophobic, and this may be related to a greater stomatal density in the abaxial than in the adaxial side. Other factors, such as the high density of trichomes are also usually related to the lower wettability of the leaves. Surface mapping has proven to be a powerful tool for regular plant monitoring. Moreover, it is a scientific tool able to provide analyzes on surfaces of any type at the interfaces with the drop in nanoscale level. Here, we can map the entire surface, not just in the edges as in the side view methods. In Appendix A, we find a vast bibliographical review about pigments, their extraction and peculiarities, and the spectrometric and chromatographic forms of analysis. The results showed a correlation between the substances extracted from flowers and leaves. Such correlation is not indicated in the literature, although it is postulated that flower is a modified leaf.

Introdução: As atuais ferramentas de avaliação clínica para o diagnóstico em saúde mental se baseiam, principalmente, no auto relato do paciente, na utilização de testes escritos, na observação e no julgamento feito pelo profissional. Estudos recentes sugerem que os transtornos mentais estão correlacionados ao viés atencional para informações visuais e a análise destes dados podem fornecer informações para o auxílio no diagnóstico complementar destes distúrbios. Objetivo: comparar dados de fixações oculares para faces emocionais durante experimento de observação livre entre indivíduos deprimidos e não deprimidos utilizando a tecnologia de rastreamento ocular Eyetracker. Método: Dados de 69 participantes (44 indivíduos não depressivos e 25 depressivos), com média de idade de 27,2 ±9,2 anos, foram analisados. O experimento foi baseado em uma tarefa de visualização livre de pares de faces, incluindo quatro tipos de expressões: neutra, triste, feliz e raiva. Todos os participantes completaram o Inventário de Depressão de Beck II (BDI-II) para avaliar a gravidade dos sintomas depressivos. Os índices de atenção foram calculados pela: soma do tempo de todos os eventos oculares (fixações, sacadas e piscadas) captados durante o experimento, a soma das durações de fixações coletadas durante a apresentação de faces emocionais, razão entre tempos totais de fixação durante pares de faces e tempos totais de eventos oculares durante pares de faces, tempos totais de fixações sobre cada área de interesse (faces) e tempos totais de fixações sobre áreas fora da área de interesse. Estas análises forneceram dados relativos ao viés atencional. Resultados: Os resultados demonstraram os indivíduos depressivos apresentaram valores significativamente menores quanto às durações das fixações que os indivíduos não depressivos (p = 0,006 – faces felizes; p = 0,034 – faces tristes e p = 0,033 – faces de raiva). A soma total dos eventos oculares dos participantes, que incluiu fixações, sacadas episcadas, também se demonstrou significativamente diferente (p = 0,005) entre os dois grupos (302,4 ± 41,2 – Indivíduos deprimidos; 331,5 ± 39,3 – Indivíduos não deprimidos). Os índices obtidos da comparação entre pontuação atingida no BDI-II e valores de tempos de fixação sobre as expressões faciais apresentam valores com diferença estatística significativa para faces felizes (p = 0,033) entre os participantes com gravidade de sintomas MÍNIMOS e SEVEROS. Conclusão: O estudo demonstrou que indivíduos depressivos apresentaram viés atencional diminuído para as faces emocionais e principalmente para as faces felizes. Diferenças significativas foram encontradas para os eventos oculares, com tempos menores para os indivíduos depressivos. O uso do rastreamento ocular forneceu dados precisos na análise do viés atencional. Com o BDI-II foi possível somente a verificação de gravidade de sintomas depressivos, sem correlação com o viés atencional. Introduction: The current clinical assessment tools for mental health evaluation relies mostly on patient self-report, observation and judgment made by the professional. Recent studies suggest that mental disorders are correlated to attentional bias for visual information. It can be used to assess precise data on correlation with mental disorders. Objective: Compare durations of fixations on emotional faces during a free-viewing task between depressed and non-depressed individuals using eye-tracking technology. Method: Data of 69 participants (44 nondepressed and 25 depressed individuals) were analyzed. The experiment was based on a free-viewing task of pairs of faces, including 4 types of expressions: neutral, sad, happy and angry. All participants completed the Beck Depression Inventory-II (BDI-II) to assess the severity of depressive symptoms. The attention indexes were calculated by total eye events (fixations, saccades and blinks) durations throughout the experiment, total fixation durations during the presentation of emotional faces, ratio between total time of fixation during pairs of faces and total eye events durations during pairs of faces, total fixation duration on each faces and fixations outside the faces. Results: The results showed that depressed individuals had significantly lower values of fixation durations than the non-depressed individuals (p = 0.006 on happy faces; p = 0.034 on sad faces and p = 0.033 on angry faces). The eye events durations were also significantly different between the two groups (302.4 ± 41.2 - Depressed individuals, 331.5 ± 39.3 - Non-depressed individuals) (p = 0.005). The indices obtained from the comparison between BDI-II scores and fixation durations on facial expressions presented values with a statistically significant difference for happy faces (p = 0.033) among participants with severity of MINIMUM and SEVERE symptoms. Conclusion: The study showed that depressed individuals had decreased attentional bias for emotional faces and especially for happy faces. Significant differences were found for ocular events, with shorter times for depressed individuals. The use of eye-tracking provided accurate data for attentional bias analysis. The BDI-II was only useful to verify the severity of depressive symptoms, without correlation with attentional bias.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O uso da tecnologia ultra-rápida tem permitido observar fenômenos e eventos na ultrassonografia: dentre os quais a obtenção do mapa de micro doppler e a avaliação da viscoelasticidade tecidual. A formação ultra-rápida de imagens pode ser utilizada para encontrar ondas de cisalhamento transitórias que se propagam no tecido mole, o que permite a quantificação das propriedades mecânicas do tecido via elastografia. Esta técnica permite o diagnóstico e monitoramento simples e não invasivo de doenças. Esta tese apresenta um método para estimar as propriedades viscoelásticas e a rigidez de estruturas usando a técnica de ultrassom conhecida como imagem de elasticidade de onda de cisalhamento (SWEI). A plataforma de pesquisa Verasonics Vantage 128 e o transdutor L11-4v foram usados para adquirir sinais de radiofrequência de um phantom de simulação de elastografia 049A (CIRS, EUA), com subsequente processamento e análise no MATLAB. As imagens e os índices obtidos refletem as medidas qualitativas das diferentes regiões de inclusões no phantom de ultrassom e as respectivas alterações nas propriedades viscoelásticas de áreas distintas. A comparação dos resultados obtidos com esta técnica proposta e outras técnicas comumente usadas demonstra as características da filtragem mediana na suavização de variações de velocidade para formar imagens elastográficas. Os resultados da técnica proposta neste estudo estão dentro das margens de erro indicadas pelo fabricante do phantom; para a base e para inclusões tipo I, II, III e IV, a elasticidade em kPa e os erros percentuais obtidos pelo método proposto neste estudo foram de 29,18 (-16,7%), 10,26 (-28,2%), 15,64 (-11,7%), 45,81 (-1,8%) e 85,21 (-6,5%), respectivamente. A nova técnica de obtenção de imagens utiliza uma função de filtragem distinta que considera a velocidade média na região em torno de cada elemento de imagem, permitindo ajustes de acordo com as características das inclusões no ultrassom e otimizando as imagens elastográficas resultantes. The use of ultrafast technology has allowed to observe phenomena and events in the ultrasonography: among them the obtaining of the map of micro Doppler and the evaluation of the viscoelasticity of the tissue. Ultrafast image formation can be utilized to find transitory shear waves propagating in soft tissue, which permits quantification of the mechanical properties of the tissue via elastography. This technique permits simple and noninvasive diagnosis and monitoring of disease. This article presents a method to estimate the viscoelastic properties and rigidity of structures using the ultrasound technique known as shear wave elasticity imaging (SWEI). The Verasonics Vantage 128 research platform and L11-4v transducer were used to acquire radio frequency signals from a model 049A elastography phantom (CIRS, USA), with subsequent processing and analysis in MATLAB. The images and indexes obtained reflect the qualitative measurements of the different regions of inclusions in the phantom and the respective alterations in the viscoelastic properties of distinct areas. Comparison of the results obtained with this proposed technique and other commonly used techniques demonstrates the characteristics of median filtering in smoothing variations in velocity to form elastographic images. The results of the technique proposed in this study are within the error margins indicated by the phantom manufacturer; for the phantom base and for inclusions type I, II, III and IV, the elasticity in kPa and the percentage errors obtained by the method proposed in this study were of 29.18 (-16.7%), 10.26 (-28.2%), 15.64 (-11.7%), 45.81 (-1.8%), and 85.21 (-6.5%), respectively. The new technique to obtain images uses a distinct filtering function which considers the mean velocity in the region around each pixel, in turn allowing adjustments according to the characteristics of the phantom inclusions within the ultrasound and optimizing the resulting elastographic images.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Os nebulizadores pneumáticos e ultrassônicos são cada vez mais utilizados por crianças, idosos ou doentes crônicos, devido à facilidade com que estes meios entregam os fármacos através de uma suspensão em aerossol. A escolha de nebulizadores está relacionada à capacidade desses equipamentos de realizar a entrega de fármacos de forma localizada no trato respiratório, propiciando uma maior eficiência da absorção através do pulmão. O presente trabalho tem como objetivo caracterizar os diâmetros das gotículas por faixas de “partículas respiráveis” geradas por uma amostra de nebulizadores comercializados no mercado brasileiro, utilizando a técnica de incidência laminar direta (ILD). Foram tomados como amostra seis (6) nebulizadores de marcas diferentes, sendo 4 pneumáticos e 2 ultrassônicos. No procedimento de nebulização as imagens das gotículas aero dispersas foram capturadas através da técnica ILD (Incidência Laminar Direta) que consiste em uma câmera digital de alta velocidade acoplada a um microscópio invertido tendo as imagens capturadas processadas por um software em ambiente MATLAB® para a caracterização automatizada das faixas de diâmetro das gotículas aero dispersas geradas no processo de nebulização. Foram elaborados histogramas de distribuição do diâmetro das gotículas dos seis nebulizadores pesquisados enfatizando a faixa das gotículas respiráveis, i.e., diâmetros compreendidos entre 1,0-5,0 µm. Os resultados atestaram que cada nebulizador tem uma característica própria de entrega da suspensão aerodinâmica no processo de nebulização. Esta característica está intimamente relacionada na capacidade dos mesmos em gerar gotículas na faixa classificada como respiráveis. Os resultados das medidas apontam para uma outra forma de classificação dos nebulizadores tendo por base o critério anteriormente citado. Devido às características próprias de cada nebulizador em gerar a nuvem aerodinâmica, torna-se plausível o desenvolvimento futuro de um protocolo de avaliação mais abrangente, tendo por base a entrega de gotículas na faixa ideal, proporcionando um melhor balizamento da eficiência dos nebulizadores domésticos na administração de fármacos por inalação. Pneumatic and ultrasonic nebulizers are increasingly used by children, the elderly, or the chronically ill, because of the ease with which these devices deliver the drugs through an aerosol suspension. The choice of nebulizers is related to the ability of these devices to perform the delivery of drugs in a localized way in the respiratory tract, providing a greater efficiency of absorption through the lung. The aim of the present work is to characterize the diameters of the micro droplets by bands of "breathable particles" generated by a sample of commercial nebulizers commercialized in the Brazilian market, using the technique of direct laminar incidence (ILD).Six (6) nebulizers of different marks were taken as samples, being 4 pneumatic and 2 ultrasonic. In the nebulization procedure the images of the dispersed aero micro droplets were captured through the ILD (Direct Laminar Incidence) technique consisting of a high-speed digital camera coupled to an inverted microscope and the captured images processed by software in an environment MATLAB® for the automated characterization of the diameter bands of the dispersed aero micro droplets generated in the nebulization process. Histograms of the micro droplet diameter distribution of the six nebulizers surveyed were developed emphasizing the range of breathable micro droplets, i.e., diameters ranging from 1.0-5.0 µm. The results attest that each nebulizer has its own characteristic of delivering the aerodynamic suspension in the nebulization process. This feature is closely related in their ability to generate micro droplets in the range classified as breathable. The results of the measurements point to another way of classifying nebulizers based on the criterion previously mentioned. Due to the haracteristics of each nebulizer in generating the aerodynamic cloud, it becomes plausible the future development of a more comprehensive evaluation protocol, based on the delivery of micro droplets in the ideal range, providing a better marking of the efficiency of the domestic nebulizers in the administration of drugs by inhalation.

O uso da tecnologia de impressão 3D vem crescendo exponencialmente em várias áreas da medicina incluindo a cirurgia ortopédica. A tecnologia de impressão 3D utiliza recursos computacionais como programas em ambiente CAD (Computer Aided Design) e CAM (Computer Aided Manufacturing) que permitem a segmentação e modelagem dos ossos e implantes (materiais de osteossíntese e próteses). Para isto se utiliza exames de imagens como a tomografia computadorizada (TC) que possibilita a reconstrução volumétrica tridimensional do objeto a ser estudado. Desta forma é possível a realização de um estudo da arquitetura e geometria óssea principalmente de locais de anatomia complexa como as articulações, pelve e coluna vertebral. Além disto, permite a realização de planejamento cirúrgico virtual em ambiente CAD para programação como por exemplo de redução de fratura, osteotomia, posicionamento e escolha do tipo e tamanho mais adequado de material de osteossíntese ou prótese. Esta tecnologia possibilita a impressão de modelos anatômicos em escala real utilizando termoplásticos que podem ser utilizados em simulações cirúrgicas para treinamento operatório e escolha do posicionamento do material de implante no local mais adequado seguindo o planejamento cirúrgico virtual. Os objetivos deste estudo foram: Avaliar a acurácia da impressão do modelo anatômico 3D a partir de imagens de TC, avaliando os parâmetros de aquisição das imagens do exame; Produzir, utilizando programas computacionais em ambiente CAD, um modelo anatômico virtual 3D; Produzir e analisar o modelo anatômico 3D impresso com a tecnologia FDM de manufatura aditiva e avaliar o protocolo proposto de planejamento cirúrgico baseado na utilização de modelo anatômico virtual e físico em um estudo de caso de pseudoartrose de fratura coronal do côndilo femoral. Conclusão: A utilização de modelo anatômico virtual e impresso 3D, utilizando a tecnologia de manufatura aditiva FDM e como termoplástico o ABS, mostrou-se eficaz e útil no planejamento e na realização do tratamento cirúrgico da pseudoartrose de fratura coronal do côndilo femoral. The use of 3D printing technology has been growing exponentially in several areas of medicine including orthopedic surgery. 3D printing technology uses computational resources such as Computer Aided Design (CAD) and Computer Aided Manufacturing (CAM) programs that allow the segmentation and modeling of bones and implants (osteosynthesis materials and prostheses). For this, we use image exams such as computed tomography (CT) that allows the three-dimensional volumetric reconstruction of the object to be studied. In this way it is possible to perform a study the architecture and bone geometry mainly of sites of complex anatomy such as joints, pelvis and spine. In addition, it allows the accomplishment of virtual surgical planning in a CAD environment for programming such as fracture reduction, osteotomy, positioning and choice of the most appropriate type and size of osteosynthesis or prosthesis material. This technology makes it possible to print anatomical models in real scale using thermoplastics that can be used in surgical simulations for operative training and to choose the positioning of the implant material in the most appropriate place following the virtual surgical planning. The objectives of this study were: To evaluate the accuracy of 3D anatomical model printing from CT images, evaluating the acquisition parameters of the images of the exam; To produce, using computer programs in CAD environment, a 3D virtual anatomical model; Produce and analyze the 3D anatomical model printed with the FDM technology of additive manufacture and evaluate the proposed protocol of surgical planning based on the use of virtual and physical anatomical model in a case study of nonunion of the coronal fracture of the femoral condyle. Conclusion: The use of 3D virtual and printed anatomical model using the FDM additive manufacturing technology and ABS as thermoplastic was shown to be effective and useful in planning and performing the surgical treatment of nonunion of the coronal fracture of the femoral condyle.

Orientadores: Marco Antonio Garcia de Carvalho, Guilherme Palermo Coelho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia Resumo: O Câncer de Colo de Útero (CCU) é um problema de saúde coletiva em todo o mundo, nesse sentido foram feitos grandes avanços para sua detecção e prevenção. Apesar dos esforços feitos pelos países da América Latina para reduzir os indicadores de mortes por essa doença, eles ainda não são suficientes em comparação com o progresso de outros países europeus.Uma das razões, é que os sistemas de saúde pública em vários países da América têm limitações importantes em seus programas de acompanhamento e prevenção.O vírus do papanicolau está associado a 95 % dos cânceres cervicais, embora as instituições de saúde pública em todo o mundo invistam esforços técnicos, humanos e econômicos para reduzir o impacto da CCU em suas comunidades. Desde 1960, são realizadas pesquisas a respeito ao exame do Papanicolau, considerado este como um dos mecanismos mais utilizados pelo mundo para controlar e diagnosticar esta doença. Alterações Associadas à Malignidade (MAC), são pequenas alterações na morfologia e textura da cromatina, predizendo possíveis lesões malignas associadas ao CCU, tornando-se uma investigação interessante na aplicação do exame do panicolau. A identificação de MAC¿s em imagens de células cervicais é um problema accessível a possíveis investigações, devido às complexidades da identificação visual de estruturas nucleares. A partir das técnicas de Processamento Digital de Imagens (PDI), tem se conseguido grandes avanços, especialmente na obtenção de 400 descritores para o estudo de MAC's, no entanto a pequena quantidade de imagens focadas no estudo MAC, assim como a limitação técnica do equipamento e poucos profissionais que trabalham nesses estudos limitam o progresso nesta área. Esta tese tem como objetivo, otimizar descritores propostos na literatura para o estudo do MAC utilizando PDI. Para atingir este objetivo, foi criado em conjunto com a Fundação Universitária de Ciências para a Saúde da Colômbia (FUCS), um Data set de imagens de células cervicais que possibilitará o estudo de MAC's. Para adquirir imagens para o estudo, foram digitalizadas 6 folhas de pacientes com diferentes patologias que foram diagnosticadas e marcadas por uma cito-técnica especializada. As imagens foram pré-processadas empregando filtros espaciais e núcleos segmentados usando o algoritmo k-means e watershed. Os canais de cor foram separados pela sua contribuição de hematoxilina e corante Orange G6 dos núcleos segmentados; se extraíram 800 descritores morfológicos, de textura, densidade óptica e iluminação dos núcleos para sua posterior classificação. Contribuímos com a criação de um conjunto de dados para o estudo do MAC em imagens de CCU de exames de citologia convencional. Comparamos três classificadores supervisionados, treinados com 795 descritores, 412 descritores, 200 descritores e 962 instâncias. Calculamos e ordenamos os descritores extraídos pela informação obtida de cada um deles. Com um grupo de descritores, a precisão da classificação é 95,3 %. A segmentação dos núcleos mostrou uma precisão de 85,6 %. A otimização dos descritores foi de 4,3% melhor que a dos descritores propostos pela literatura, sendo composta por 30% de descritores de textura, 27% de descritores morfológicos, 11,5% de descritores de densidade óptica e 17% de descritores associados à concordância de níveis de cinza Abstract: Cervical cancer (CCU) is a collective health problem worldwide, in that sense great advances have been made for its detection and prevention. Despite the efforts made by Latin American countries to reduce the indicators of deaths from this disease, they are still not sufficient compared to the progress of other European countries. One of the reasons is that the public health systems of several countries in the Americas present important limitations in their monitoring and prevention programs. The Human Papilloma Virus is associated with 95% of cervical cancers. Public health institutions around the world invest technical, human, and economic efforts to lessen the impact of the CCU on their communities. The mechanism most used by the world to control and diagnose this disease is the examination of the Human Papilloma. Research on this test has been conducted since 1960. The Malignancy Associated Changes MAC, are slight alterations in the morphology and texture of chromatin predicting possible malignant lesions associated to CCU, becoming one of the promising researches to be applied in the examination of the human papilloma. The identification of MAC's in cervical cell images is an open problem, due to the complexities of visual identification of nuclear structures. From Digital Image Processing (DIP) techniques great advances have been made especially in obtaining 400 descriptors for the study of MAC's, however the small amount of images focused on MAC's study, as well as the technical limitation of the equipment and few professionals who worked to these studies has limited progress in this area. The objective of this thesis is to optimize the descriptors proposed in the literature for the study of MAC using DIP. In order to achieve this objective, a set of cervical cell images was created for the study of MAC's, in conjunction with the Fundación Universitaria de Ciencias para la Salud-Colombia (FUCS). With the purpose of acquiring images for the study, 6 slides of patients with different pathologies were digitalized, which were diagnosed and labeled by a specialized cyto-technique. The images were pre-processed using spatial filters and segmented nuclei using the k-means and watershed algorithm. The color channels were separated by contribution of Hematoxylin and Orange G6 dye from the segmented nuclei; 800 morphological, texture, optical density and illumination descriptors were extracted from the nuclei for later classification. We contributed with the creation of a Data Set for the study of MAC in CCU images of conventional cytology examinations. We compared three supervised classifiers with 795 descriptors, 412 descriptors, 200 descriptors and 962 instances. We calculated and sorted the extracted descriptors by the information gain of each one of them. The optimization of the descriptors was 4.3% better than the descriptors proposed in the literature, consisting of 30% texture descriptors, 27% morphological descriptors, 11.5% optical density descriptors and 17% descriptors associated with the agreement of gray levels Doutorado Sistemas de Informação e Comunicação Doutor em Tecnologia CAPES

Orientador: Anderson de Rezende Rocha Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação Resumo: O crescimento de arte no meio digital tem, sem sombras de dúvida, democratizado o acesso ao conteúdo pelo público em geral. Entretanto, esse crescimento também implicou no indesejado aumento no número de falsificações e desinformação sobre conteúdos acerca de arte. Nesta linha, aprendizado de máquina pode ser utilizado para automatizar a organização e identificação de obras de arte em relação à sua providência, auxiliando especialistas e usuários comuns na obtenção e validação de obras de arte. Empregamos neste trabalho estratégias baseadas em redes convolucionais para identificar e classificar artefatos digitais relacionados à arte. Primeiramente, pinturas de van Gogh são usadas para explorar e refinar estratégias capazes de discriminar seus padrões de pincelada. Múltiplos testes de conjuntos de dados cruzados são executados a fim de validar o método mais promissor encontrado. Os resultados indicam que atingimos uma drástica melhora em performance enquanto produzindo uma leve melhora em pontuação (90.99% acurácia em nível de segmento de pintura, 95.52% acurácia em nível de pinturas), quando comparado à estudos anteriores sobre o mesmo conjunto de dados. Estendendo nosso trabalho a partir da análise sobre van Gogh para um maior escopo, consideramos o conjunto de dados Painter by Numbers, onde expandimos nossa estratégia para o cenário multi-classe, onde buscamos distinguir pinturas divididas em 1.584 diferentes autores, 135 estilos e 42 gêneros. Propomos um método que combina informação dos três grupos de classes em um único discriminador de autoria, atingindo a ROC AUC competitiva de 0.91361 sem a aplicação de transformações potencialmente destrutivas sobre os padrões de pincelada que poderiam salientar características artificiais adjacentes, como brilho, contraste, escalas e objetos Abstract: Increasing digital art has without a doubt democratized the access to art content to the public at large. It has had, however, resulted in an inadvertent growing number of forgeries and misinformation around art content. In this vein, machine learning can be used to automatically organize and identify art content with respect to its provenance, aiding experts and regular users to retrieve and validate art pieces. In this work, we employ convolutional networks-based strategies to identify and classify art-related digital artifacts. Firstly, van Gogh paintings are used to explore and refine strategies capable of discriminating the brushstroke pattern of van Gogh. Multiple cross-dataset tests are performed in order to further validate the most promising method. We achieve significant performance improvements while slightly increasing accuracy (91% patch-level, 95.5% sample-level) when compared to previous studies in the same dataset. Extending our work from van Gogh analyses to a much broader setup, we consider the Painter by Numbers dataset, in which we expand our strategy to a multi-class scenario, seeking to distinguish paintings from 1,584 different authors, 135 art styles and 42 genres. We propose a method that combines information from these three class-groups into a single authorship discriminator, achieving the competitive ROC AUC of 0.91 without any transformations that could potentially damage the brushstroke patterns and emphasize adjacent features, such as brightness, contrast, scales and objects Mestrado Ciência da Computação Mestre em Ciência da Computação CNPQ 137446/2016-0

Agradecimentos: The authors would like to thank Raymond Jonckheere for the second photomicrograph data set, Matthias Schröter for his insights, and Christina Trautmann for the sample irradiation at GSI in Darmstadt. This work is supported by the São Paulo Research Foundation (FAPESP), grants #2014/22922-0 and 2015/24582-4, and Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), grant #09142/2015-6 Abstract: Introduction Procedures for measuring and counting tracks are time-consuming and involve practical problems. The precision of automatic counting methods is not satisfactory yet; the major challenges are distinguishing tracks and material defects, identifying small tracks and defects of similar size, and detecting overlapping tracks. Materials and Methods Here, we address the overlapping tracks issue using the algorithm Watershed Using Successive Erosions as Markers (WUSEM), which combines the watershed transform, morphological erosions and labeling to separate regions in photomicrographs. We tested this method in two data sets of diallyl phthalate (DAP) photomicrographs and compared the results when counting manually and using the classic watershed and H-watershed transforms. Results The mean automatic/manual efficiency counting ratio when using WUSEM in the test data sets is 0.97 +/- 0.11. Conclusion WUSEM shows reliable results when used in photomicrographs presenting almost isotropic objects. Also, diameter and eccentricity criteria may be used to increase the reliability of this method CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Aberto

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Atualmente, as maiores dificuldades para melhorar a qualidade das imagens obtidas pelas técnicas ultrassônicas estão relacionadas ao elevado número de disparos para excitação dos transdutores, à grande quantidade de dados a serem armazenados e ao processamento computacional necessário para a formação das imagens. Este trabalho tem como objetivo avaliar a técnica de geração de imagens por ultrassom utilizando a migração Stolt, baseada em plane wave, e matrizes esparsas (sparse arrays) na recepção dos dados ultrassônicos. A técnica de plane wave foi utilizada para permitir o aumento da taxa de quadros através da diminuição do número de disparos dos elementos do transdutor de ultrassom. Foram realizadas simulações com um phantom desenvolvido no programa Field II em ambiente Matlab e os dados reais foram adquiridos utilizando-se a plataforma Verasonics Vantage 128, com um transdutor linear L11-4v de 128 elementos. As imagens simuladas foram obtidas utilizando-se uma sequência de disparos com variações de ângulos para os 128 elementos na transmissão e 128, 65, 44 e 23 elementos para sparse arrays na recepção. A análise dos resultados foi feita avaliando-se as resoluções axiais e laterais com o critério de FWHM e a qualidade de imagens com os critérios de contraste, MSE, SNR, PSNR e SSIM em imagens simuladas e experimentais, utilizando-se migração Stolt no processamento com plane wave com sparse arrays e o método tradicional DAS. Qualitativamente e quantitativamente, as imagens geradas pelo método proposto apresentaram resultados similares quando comparadas as resoluções laterais e axiais, bem como os critérios de qualidade da imagem. Segundo os resultados e o processamento proposto, a melhor condição esparsa foi de 65 elementos, indicando que a recepção esparsa proposta pelo método pode ser utilizada para o processamento de imagens de ultrassom. Nowadays, the major difficulties to improve the quality of the images using the ultrasonic techniques are related to the high number of shots used for transducer excitation, large quantities of storage data and the necessary computer processing for imaging. The purpose of this work is to evaluate the technique of image generation by ultrasound using the Stolt migration, based in plane wave and sparse arrays in the ultrasonic data reception. The plane wave technique was used to allow the increase of the frame rate by decreasing the number of shots of the ultrasound transducer elements. Simulations were made using a phantom developed in the Field II program in a Matlab environment and the actual data were acquired using the Verasonics Vantage 128 platform, with the 128-element L11-4v linear transducer. The simulated images were obtained by using a shooting sequence with angle variations for the 128 elements in the transmission and 128, 65, 44 and 23 elements for sparse arrays in the reception. The analysis of the results was accomplished by evaluating the axial and lateral resolutions using the FWHM criterion and the image quality with the criteria of contrast, MSE, SNR, PSNR and SSIM in the experimental and simulated images by using Stolt’s migration with plane wave and sparse arrays processing and the traditional DAS method. Qualitatively and quantitatively, the generated images by the proposed method showed similar results when compared in terms of the lateral and axial resolutions as well the quality image criteria. According to the results and the proposed processing method, the best sparse condition was obtained with 65 elements, indicating that the sparse reception suggested by the technique can be used for ultrasound image processing.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná O presente trabalho estuda a aplicação de técnicas óticas para obter imagens tomográficas em meios opacos para região do espectro visível, mas translúcidos em algumas regiões do espectro infravermelho. O objetivo é verificar a viabilidade em gerar modelos volumétricos digitais de objetos reais imersos em meios opacos, utilizando radiação infravermelha nas regiões MIR (Mid-Infrared - Infravermelho médio) e (Far Infrared - Infravermelho Distante). Este trabalho aplicou conceitos de ótica geométrica e ondulatória, conceitos sobre radiação IR, princípios da interação da radiação IR com a matéria e espectroscopia IR. Além da ótica, estudos sobre redes de computadores, sistemas embarcados, circuitos amplificadores e, principalmente, sobre tomografia computadorizada foram necessários para o desenvolvimento desta pesquisa. A técnica tomográfica aplicada baseou-se no algoritmo de reconstrução Backprojection e reconstrói superfícies tridimensionais a partir de múltiplas seções transversais. Um conjunto mecânico foi construído para fornecer o movimento rotacional à amostra durante a varredura tomográfica. Com o sistema construído, três regiões do espectro eletromagnético foram testadas, uma na luz visível, e as outras duas regiões no infravermelho, uma na faixa de 8 a 12um e a outra centrada em 4um. Guardadas as proporções, os resultados encontrados nas três regiões mostraram-se promissores, com reconstruções tridimensionais nas duas primeiras e detectabilidades do sinal usando um sensor pontual em 4um. O estudo mostrou que, aplicando as tecnologias dimensionadas para o problema, é perfeitamente possível fazer reconstruções tomográficas em meio fortemente absorvedores e espalhadores, como petróleo, apropriando-se de características de baixa absorção em janelas espectrais específicas. The present work studies the application of optical techniques to obtain tomographic images in opaque media in the visible spectrum region, but translucent in some regions of the infrared IR spectrum. The objective is to verify the feasibility of generating digital volumetric models of real objects immersed in opaque media, using infrared radiation at MIR (Mid-Infrared) and FIR (Far Infrared) regions. This work applied concepts of geometric and wave optics, concepts about IR radiation, principles of the interaction of IR radiation with matter and IR spectroscopy. In addition to optics, studies on computer networks, embedded systems, circuits amplifiers and, mainly, on computed tomography were necessary for the development of this research. The applied tomographic technique was based on the reconstruction algorithm Backprojection and reconstructs three-dimensional surfaces from multiple cross-sections. A mechanical assembly was constructed to provide rotational movement to the sample during tomographic scanning. With the system constructed, three regions of the electromagnetic spectrum were tested, one in visible light, and the other two regions in the infrared, first in the range of 8 to 12mm and the other centered in 4mm. When the proportions were saved, the results found in the three regions were promising, with three-dimensional reconstructions in the first two and detectability of the signal using a point sensor in 4mm. The study showed that by applying the technologies dimensioned to the problem, it is perfectly possible to make tomographic reconstructions in strongly absorbent and scattering media, such as petroleum, by appropriating low absorption characteristics in specific spectral windows.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Partindo do princípio de que as explicações evolutivas, geralmente, são explicações genéticas, obter informações referentes ao genoma das espécies mostra-se fundamental no processo de validação de algumas teorias evolutivas. Na realização deste tipo de pesquisa, os citogeneticistas lançam mão de algumas ferramentas, como a montagem de cariótipos e sua representação, o que permite ao pesquisador identificar diferenças e semelhanças morfológicas nos cromossomos, de forma relativamente simples. Contudo, esta tarefa pode ser considerada trabalhosa e exaustiva. Diante disso, diversos sistemas computacionais envolvendo Processamento Digital de Imagens (PDI) vêm sendo propostos com o intuito de auxiliar nesta atividade. É notável que o PDI apresenta-se como uma importante ferramenta para a automação de processos, seja pela agilidade, precisão ou ainda pelo conforto. Com isso, este trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema baseado nos conceitos de visão computacional para classificação automática de cromossomos de peixes a partir de imagens individuais de metáfases. Para isso foram utilizadas técnicas de PDI implementadas em C++, por meio da biblioteca OpenCV. O software proposto tomou por base imagens obtidas através de microscopia de campo claro, de metáfases mitóticas de células individualizadas do peixe Hoplias malabaricus (traíra), levantadas do banco de dados do Laboratório de Biodiversidade Molecular e Cromossômica do Campus Santa Helena da UTFPR. A primeira etapa do processamento das imagens foi a segmentação, dividida em eliminação do fundo, primeira segmentação e segunda segmentação. Os fundamentos desta etapa foram a limiarização automática da imagem, eliminando seu fundo, e a separação de cromossomos unidos, por meio de um algoritmo de clusterização k-means. Devido às diversidades de cores e tonalidades dos seus respectivos fundos, esta etapa pode ser considerada a mais desafiadora, e consequentemente a mais extensa e onerosa computacionalmente. Por fim, as imagens individualizadas dos cromossomos foram classificadas de acordo com a proposta de Levan (1964). Para isso desenvolveu-se um algoritmo para varredura do cromossomo em busca da posição do centrômero e conseguinte medição dos braços. Os resultados da segmentação foram satisfatórios, apresentando uma eficiência de 91,25%. Já a classificação apresentou uma eficiência menor, em torno de 63,64%, conferindo ao sistema uma eficiência global de aproximadamente 60,00%. By the principle that evolutionary explanations are usually genetic explanations, obtaining information about the species genome is fundamental in the validation process of some evolutionary theories. In this kind of research, the cytogeneticists use some tools, such as the assembly of karyotypes and their representation, which allows the researcher to identify morphological differences and similarities in the chromosomes, in a relatively simple way. However, this task can be kind of laborious and exhaustive. Therefore, many computational systems involving Digital Image Processing (DIP) have been recommended with the purpose of assisting in this activity. It is notable that DIP presents itself as an important tool for the processes automation, either by its agility, precision or comfort. Thereby, this work aims to develop a system based on the concepts of computer vision for automatic classification of fish chromosomes from individual metaphases images. In order to do this, it was used DIP techniques implemented in C ++ through the OpenCV library. The software used light field microscopy images of mitotic metaphases from individual cells of the Hoplias malabaricus (traíra) fish, collected from the Molecular and Chromosome Biodiversity Laboratory database of UTFPR Santa Helena campus. Segmentation was the first stage of image processing, and it has been divided into background elimination, first segmentation and second segmentation. This step’s fundamentals were the automatic image thresholding, eliminating its background, and the separation of joined chromosomes, using a k-means clustering algorithm. Due to the colors and shades diversity of its respective backgrounds, this step can be considered the most challenging and consequently the most extensive and computationally costly. Ultimately, the chromosomes individualized images were classified according to Levan (1964) proposal. An algorithm was developed in order to scan the chromosome in the searching of centromere position and posteriorly to measure the arms. The segmentation results were satisfactory, presenting 91.25% efficiency. However, the classification showed a lower efficiency, around 63.64%, giving the system an overall efficiency of approximately 60.00%.

A informação incidente no sistema visual humano é limitada por um mecanismo de seleção, conhecido como atenção visual. Este mecanismo é responsável por restringir a informação visual incidente a um subconjunto menor e potencialmente importante para processamento adicional, permitindo que o sistema visual responda rapidamente apesar da enorme quantidade de informação ao qual normalmente está sujeito. Sistemas de visão computacional empregam reproduções deste mecanismo para redução de espaço visual, visto que essa estratégia pode levar a substanciais ganhos em eficiência. Esta dissertação trata do problema de computação eficiente de atenção visual, em particular o caso de detecção de regiões salientes. Uma estratégia com base em sobreamostragem conjunta (joint upsampling), de estimativas de saliência em baixa resolução é apresentada com esse propósito. Isso permite explorar tanto as vantagens de estimativa em baixa-resolução (redução de custo computacional, abstração de detalhes desnecessários) quanto as de bordas em alta-resolução (alta acurácia). Com base na alta redundância de dados e importância espacialmente-variável no conteúdo de imagens de cenas reais, duas formulações de saliência visual são apresentadas para estimativa em baixa resolução na estratégia proposta. A primeira opera em nível de pixel, baseada em distâncias de cor aleatórias. A segunda opera em nível de patch, baseada em erro de reconstrução por bases obtidas através de Análise de Componentes Principais nas margens da imagem. A eficácia e eficiência da estratégia proposta são demonstradas através de avaliação nos bancos de imagens ASD, MSRA10K, ECSSD, e DUTOMRON. Uma comparação com outros sete métodos do estado-da-arte em termos de precisão, abrangência, F-measure e tempo de execução demonstra que a estratégia proposta é altamente competitiva, alcançando uma das maiores relações custo-benefício entre acurácia e tempo de execução. The information incident on the human visual system is bound by a selection mechanism, known as visual attention. This mechanism is responsible for restricting incomingvisual information to a smaller and potentially important subset for further processing,enabling the visual system to respond rapidly, despite the enormous amount of information to which it is subject. Computer vision systems often employ reproductionsof this mechanism in order to reduce visual search space, since this strategy can leadto substantial improvement in efficiency. This thesis addresses the problem of efficient computation of visual attention, particularly the case of salient region detection. A strategy based on joint upsampling of coarse-scale saliency estimates is presented for that purpose. This approach allows leveraging both the advantages of coarsescale estimation (reduction of computational cost, abstraction of unnecessary details) and fine-scale edge information (high accuracy). Based on the highly redundant data and spatially-varying importance of content in images of real-world scenes, two visual saliency formulations are presented for coarse-scale estimation in the proposed strategy. The first approach operates on a pixel level, based on random color distances. The second approach operates on a patch level, based on the reconstruction error computed from the Principal Component Analysis of the image boundaries. The efficacy and efficiency of the proposed strategy are demonstrated through assessment on the ASD, MSRA10K, ECSSD, and DUT-OMRON datasets. Comparison with other seven state-of-the-art methods in terms of precision, recall, F-measure, and execution time demonstrate that the proposed strategy is highly competitive, achieving one of the best trade-offs between accuracy and execution time.

O número de câmeras de vigilância instaladas em locais públicos cresceu enormemente nos últimos anos devido à necessidade de aumentar a segurança pública, permitindo obter uma grande quantidade de imagens e vídeos em tempo real sem muito esforço. Diferentes tipos de problemas podem ser resolvidos através do processamento dos dados obtidos por estas câmeras, como a identificação de indivíduos. As biometrias fracas podem ser úteis para executar esta tarefa, uma vez que elas fornecem informações que podem ser usadas para diferenciar uma pessoa de outra sem exigir a cooperação direta delas. No entanto, isso exige uma tarefa exaustiva de análise a ser feita por observadores humanos. Dependendo da quantidade de câmeras, isso pode até se tornar uma tarefa impossível. Métodos de visão computacional podem ser uma alternativa válida para realizar classificação de biometrias fracas em imagens ou vídeos. Os métodos de Deep Learning (DL) têm alcançado desempenhos muito bons em tarefas de visão computacional, como reconhecimento e detecção de objetos, ou segmentação de imagens. Seguindo esta linha, este trabalho tem como objetivo estudar a adequação de métodos de DL para classificar biometrias fracas em imagens ou vídeos. Três contribuições são apresentadas sobre este tema nesta dissertação. Primeiro, realizou-se um estudo sobre o efeito do aumento de dados no desempenho de redes neurais convolucionais para classificação de biometrias fracas em imagens. A segunda contribuição está relacionada com a transferência de informação de um conjunto de imagens a outro. Este processo se baseia em treinar um modelo com dados de uma distribuição e testá-lo em dados de outra distribuição. Finalmente, foi avaliado o uso de modelos de DL para realizar a classificação em vídeos. Para este propósito, foi proposta uma nova abordagem baseada no uso de redes de memória bidirecionais de longo e curto prazo. Resultados para os experimentos de aumento de dados mostram que grandes aumentos não induzem ao sobre-ajuste e que balancear um conjunto de dados antes do treino requer menor aumento para que o desempenho do modelo melhore. Quanto à transferência de informação, os resultados mostram que pode haver uma correlação entre a complexidade e similaridade dos conjuntos de dados que são utilizados para treinar e testar um modelo. Assim, se esta técnica for aplicada, o conjunto de treinamento deve preferencialmente ser muito semelhante ao do teste e deve ser de maior complexidade. Embora isso não seja definitivo, já que pode haver exceções dependendo da biometria fraca a classificar. Em termos de classificação de vídeo, em geral, nossas abordagens baseadas em uma rede neural recorrente e um modelo DL que representa dependências temporais através de um filtro passa-baixas produziram melhores resultados, em termos de acurácia geral e balanço de classificação, que uma abordagem baseada em classificar um vídeo usando apenas um de seus quadros. The number of surveillance cameras installed in public places has grown enormously during the past years due to the necessity to increase public security, allowing to obtain a large amount of images and videos in real time without much effort. Different types of problems can be solved by processing the data obtained by security cameras, such as the identification of individuals. Soft biometrics attributes can be useful to perform this task, since they provide information that can be used to differentiate one person from another without requiring their direct cooperation. However, this demands an exhaustive process of analysis to be carried by one or more human observers. Depending on the quantity of cameras, this could even become an impossible task for humans. Hence, computer vision methods could be a valid alternative to perform soft biometric classification in images or videos. Within this score, Deep Learning (DL) methods have risen recently, achieving state-of-the art performances for several computer vision tasks such as object recognition, object detection and image segmentation. This is possible due to their capability to learn both, features and classifier, at once, in order to solve a particular problem. Following this line, this work aims at empirically studying the suitability of DL methods for classifying soft biometrics in images or videos. We present three contributions regarding this subject in this dissertation. First, we perform a study on the effect of data augmentation on the performance of convolutional neural networks for soft biometrics classification. The second contribution is related to transferring information from one soft biometric dataset into another to perform classification. This process is achieved by training a model with data from a dataset in order to test it on data from another one. Finally, we evaluate the use of DL models to represent or learn temporal dependencies, so as to perform soft biometrics classification in videos. For this task, we propose a novel approach based on the use of bidirectional long short term memory networks. Results for the experiments regarding data augmentation show that large augmentation sizes do not induce overfitting and that balancing a dataset before performing on-line data augmentation leads to the necessity of smaller augmentation sizes in order to start improving the performance of the networks. As for transfer learning, results show that there could be a correlation between the complexity and the similarity of the datasets that are used for training and testing a model. Thus, if this technique is applied, the training set should preferably be very similar to the test data and should have a higher complexity. Although this is not definitive, since there could be exceptions depending on the soft biometric attribute to classify. Regarding video classification, in general, our approaches based on a recurrent network and a DL model that represents temporal dependencies through a low-pass filter yielded better results, in terms of overall accuracy and classification balance, than the baseline, based on classifying a video using only one of its frames.