Processamento Digital de Imagens

Centro de Estudos Fundao So Lucas

Prof. Elisandro Andrade

Processamento Digital de Imagens - PDI

Prof. Elisandro Andrade Pgina 2

Processamento Digital de Imagens - PDI Centro de Estudos Fundao So Lucas

Centro de Estudos Fundao So Lucas Curso Tcnico de Radiologia Mdica

Processamento Digital de Imagens - PDI



Apresentao

Competncias

Distinguir as caractersticas bsicas da formao da imagem digital, empregando

os conceitos e princpios dos diferentes algoritmos de processamento, de forma a

obter imagens para a interpretao e o diagnstico;

Identificar equipamentos e reconhecer procedimentos utilizados no

processamento de imagens digitais;

Reconhecer protocolos de processamento em radiodiagnstico;

Habilidades

Aplicar tcnicas para processamento de imagens digitais atravs da operao

adequada de equipamentos de radiodiagnstico;

Executar a manipulao da imagem atravs de algoritmos que permitam a

variao de brilho e contraste de modo a assegurar a clareza da mesma;

Proceder ao processamento e revelao das imagens digitais;

Bases Tecnolgicas

Informtica aplicada ao diagnstico por imagem;

Processamento digital de imagens: ajustes para a qualidade das imagens;

Equipamentos utilizados no processamento de imagens digitais;

Tcnicas de trabalho na produo de imagens digitais;

Protocolos de operao de equipamentos de aquisio de imagem;

Bases fsicas que fundamentam o radiodiagnstico.



Sumrio

1 Radiologia Digital ..................................................................................................................... 6

1.1 Histrico ................................................................................................................................ 6

1.2 Limites de Sistemas Analgicos ............................................................................................. 7

1.3 Vantagens do sistema Digital com relao ao Convencional (Analgico) ............................. 8

1.4 Composio da imagem digital ............................................................................................. 9

1.5 Reconstruo das imagens .................................................................................................. 12

1.6 Confeco da matriz da imagem ......................................................................................... 13

1.7 Sistemas de gerenciamento das imagens radiogrficas digitais ......................................... 14

1.8 Etapas no processo de formao da imagem digital........................................................... 14

2 Processamento Digital de Imagens ............................................................................................ 17

2.1 Introduo ao Processamento de Imagens Digitais ............................................................ 17

2.1.1 Introduo .................................................................................................................... 17

2.1.2 Outras reas de aplicaes do PDI ............................................................................... 19

2.1.3 Representao de Imagens Digitais ............................................................................. 19

2.1.4 Passos Fundamentais do Processamento de Imagens ................................................. 20

2.1.5 Conceito de Imagem digital .......................................................................................... 22

2.1.6 Imagem Matricial ......................................................................................................... 23

2.1.7 Aquisio e Digitalizao de Imagens ........................................................................... 23

2.1.8 Cor ................................................................................................................................ 23

2.1.9 Reproduo de Cores ................................................................................................... 24

2.1.10 Tipos de Imagem ........................................................................................................ 25

2.2 Operaes Geomtricas ...................................................................................................... 25

2.2.1 Espelhamento ............................................................................................................... 26

2.2.2 Rotao ......................................................................................................................... 26

2.2.3 Zoom Digital ................................................................................................................. 26

2.2.4 Interpolao Bilinear (pela mdia) ............................................................................... 30

2.3 Histograma de uma Imagem ............................................................................................... 31

2.3.1 Definio - Histograma ................................................................................................. 31

2.3.2 - Equalizao do Histograma ........................................................................................... 32



2.4 Segmentao de Imagens ................................................................................................... 32

2. 5 Rudo em Imagens Digitais ................................................................................................. 37

2. 6 Realce de imagens .............................................................................................................. 38

2.7 Operaes Aritmticas com Imagens .................................................................................. 39

2.7.1 Soma de Imagens ......................................................................................................... 39

2.7.2 Subtrao de Imagens .................................................................................................. 39

2.7.3 Multiplicao de Imagens ............................................................................................ 40

2.7.4 Diviso de Imagens ....................................................................................................... 40

2.8 Filtragem.............................................................................................................................. 40

2.8.1 Filtros Espaciais Passa-Baixa ..................................................................................... 41

2.8.2 - Filtros Espaciais Passa-Altas .......................................................................................... 41

3 - Formao da imagem ....................................................................... Erro! Indicador no definido.

3.1 Componentes de um equipamento de Radiografia Digital ................................................. 42

3.2 Detectores CCD e CMOS ...................................................................................................... 43

3.3 PSP (Photostimulable phosphor) ......................................................................................... 43

3.4 Comparaes entre os sensores ......................................................................................... 44

4 - Exerccios ..................................................................................................................................... 45

Lista de exerccios Captulo 1 .................................................................................................... 45



5 - Bibliografia .................................................................................................................................. 50



1 Radiologia Digital

1.1 Histrico

O incio das atividades de Radiologia data do final do sculo XIX, quando o alemo Wilhelm Roentgen descobriu os raios-x ao ver a mo da sua esposa projetada numa tela, enquanto trabalhava com radiaes. A partir da, a evoluo dos equipamentos trouxe novos mtodos, entre eles a tomografia computadorizada (CT, do ingls, Computed Tomography), que alargou o horizonte de visualizao de algumas afeces de quatro para quase mil condies de densidades diferentes. Depois, veio a Ressonncia Magntica, que permite que muitas condies sejam visualizadas, identificadas e diagnosticadas.

Foi no incio dos anos 80 que a Siemens introduziu o Angiotron como primeiro equipamento de radiologia digital. Em contraste aos pesados armrios de componentes eletrnicos que apresentavam os equipamentos radiolgicos digitais, a Siemens lanou o Siremobil no meado dos anos 80.

J no incio dos anos 90 a Siemens Lanou o Fluorospot H Digital Imager. Este sistema foi vendido com as funes de radiografia e fluoroscopia.

Um item em comum apresentado em todos estes sistemas digitais que a imagem poderia ser representada em modo de subtrao de imagens e mostrando as imagens em subtrao possvel apagar backgrounds anatmicos e representar apenas veias e artrias cheias de meios de contraste, por exemplo.

Fig. 1.1: Imagens digitais e operao de subtrao.



1.2 Limites de Sistemas Analgicos

Filme possui latitude limitada, problemas devido a mudanas exposio de raios- x atravs do plano da imagem;

O filme atua como detector, armazenador e display (exibidor da imagem); na radiologia digital, os processos de aquisio da imagem (deteco), demonstrao e armazenamento so separados, o que leva otimizao de cada uma dessas etapas.

Desenvolvimento e processamento; Muitos passos envolvidos, perda na informao da imagem; Rudo analgico.

Fig. 1.2: Imagem digital em comparao com imagem analgica.



1.3 Vantagens do sistema digital com relao ao convencional (analgico)

Existem vrias vantagens do sistema digital com relao ao convencional (analgico):

A Imagem radiolgica vista instantaneamente pelo mdico, e ao mesmo tempo ela est sendo armazenada na memria do Sistema;

A imagem gravada em uma memria digital, isto , pode ser reproduzida vrias vezes sem nenhuma deteriorizao na imagem;

Imagens podem ser subtradas umas das outras, evidenciando apenas as diferenas entre ambas;

As imagens podem ser adquiridas to rpido quanto o gerador de raios-x pode controlar o tempo de exposio;



O nico espao necessrio para armazenar as imagens so os discos rgidos (HDs). Por lei, as imagens devem permanecer arquivadas por anos, o que requer grandes volumes de arquivos, quando tratam-se de filmes. Alm disso, com a Imagem digital o mdico dispe da possibilidade de armazenamento das imagens em CD ROM;

Hoje em dia os Hospitais tm se preocupado com os gastos com produtos qumicos para o processamento dos filmes. O armazenamento destas substncias, a recuperao da prata e o descarte do qumico so itens importantes para o meio ambiente e geram gastos;

Cada imagem vista no sistema de TV atravs de um Intensificador de Imagens.

1.4 Composio da imagem digital

Para entendermos melhor como gerada uma imagem digital, primeiro temos que entender como o computador trabalha com a imagem. A imagem que apresentada ao tcnico ou ao radiologista, seja no monitor ou no filme, formada pela diferente colorao em nveis de cinza de milhares de pontos. Assim, como ocorre no televisor, a imagem obtida do corte da anatomia na realidade um conjunto de pontos com tons diferentes.

como se a imagem fosse dividida em uma matriz de N x N pontos. Atualmente, a imagem tomogrfica gerada com matrizes a partir de 256 x 256 pontos, passando por 320 x 320 at 512 x 512 pontos. Equipamentos mais modernos chegam a trabalhar com matrizes de 1024 x 1024 pontos, o que significa dividir a imagem em mais de 1 milho de pontos. E o trabalho do equipamento de imagem, juntamente com o computador, justamente definir, indiretamente, o valor da densidade daquela pequena poro de tecido humano que cada um destes pontos est representando. Se houver uma mnima diferena de densidades entre dois pontos consecutivos, ento o computador atribuir um tom de cinza diferente para cada um dos pontos, resultando no contraste que levar ao diagnstico mdico.



A menor unidade de dimenso ou de imagem o ponto fotogrfico, conhecido em ingls por pixel (picture element), conforme demos uma idia acima. O pixel no tem uma dimenso ou comprimento definido, pois depende do tamanho do campo de viso e da matriz de imagem. Assim, a escolha dos dois pelo tcnico ir determinar que o pixel represente uma certa poro da rea transversal ou corte realizado no paciente. O campo de viso (FOV, do ingls, field of view), ou ainda scan diameter, um valor fornecido pelo tcnico operador quando da realizao de cada exame.

Este valor est diretamente relacionado com a regio do exame: para crnio, o campo de viso da ordem de 24 cm, para trax/abdmen utiliza-se 35 cm ou 42 cm (paciente obeso). Os valores permitidos para o FOV podem ser fixos (3 ou 4 valores) nos equipamentos mais antigos, ou ajustveis de 1 em 1 cm nos tomgrafos mais modernos. A definio desta mediada pelo tcnico permitir a visualizao da imagem com a melhor resoluo possvel dentro dos limites do equipamento. Por isso, quando o equipamento permitir a definio exata do campo de viso, o tcnico dever utilizar o espessmetro para medir o paciente e com isso informar ao computador a medida exata.

Fig. 1.3: Ilustrao representativa do pixel e do voxel.

Porm, devemos lembrar que a imagem apresentada na tela, no representa apenas um corte que separou a anatomia do paciente em duas partes, superior e inferior, ou direita e esquerda. Na realidade, o corte realizado no paciente possui uma espessura de alguns milmetros. Logo, a densidade apresentada atravs do tom de cinza pelo pixel na tela estar representando na realidade, no uma rea, mas sim a densidade de um pequeno volume do corpo do paciente, conforme ilustra a figura 2.2. Conhecido como voxel, este elemento, ou esta quantidade, deve ser do entendimento principalmente do radiologista, pois de acordo com os parmetros utilizados, o tamanho do voxel ir definir o menor tamanho de patologia a ser identificada.

Assim, sabendo-se o valor do campo de viso e a matriz escolhida, podemos calcular o quanto representa, ou qual a dimenso de cada pixel. Vejamos os exemplos:

a) campo de viso de 24 cm divido por uma matriz de 256 x 256 pixels

1 pixel = 240 mm / 256 = 0,9375 mm



2 tons de cinza (1 bit)

4 tons de cinza (2 bits)




b) campo de viso de 35 cm divido por uma matriz de 256 x 256 pixels

1 pixel = 350 mm / 256 = 1,3671 mm

c) campo de viso de 35 cm divido por uma matriz de 512 x 512 pixels

1 pixel = 350 mm / 512 = 0,6835 mm

d) campo de viso de 45 cm divido por uma matriz de 512 x 512 pixels

1 pixel = 450 mm / 512 = 0,8789 mm

Como podemos ver, o ponto colorido na tela pode representar uma rea no paciente de 0,6835 mm.

A composio da imagem digital semelhante forma como os computadores convencionais armazenam dados, por meio de informaes simples chamadas bits

Computadores utilizam um sistema binrio de dados. Um bit (binary digit) somente pode assumir um de valores possveis. Pode ser 0 (zero, low, baixo) ou 1 (um, high, alto).



Pixel o menor ponto de uma imagem.

O nmero total de pixels em uma imagem o produto do nmero de pixels existentes na vertical pelo nmero de pixels existentes na horizontal.

O nmero de pixels em uma imagem chamado de tamanho da matriz.

8 Pixels

12 Pixels

Desta forma ento um bit pode representar duas tonalidades de cinza, que no caso corresponderia ao branco e ao preto. 8 bits por sua vez correspondem 1 Byte.

Cada imagem digital gerada formada tambm por uma matriz composta de elementos chamado pixels.

1.5 Reconstruo das imagens

A imagem, embora parea ser a representao quase perfeita das anatomias do paciente em exame, na realidade um conjunto de nmeros, transformados em tons de cinza, que informam a densidade de cada ponto da anatomia. Como as partes anatmicas possuem densidades distintas, dependendo das clulas que a compem, a informao das densidades acabam formando imagens que, na tela, desenham as vrias anatomias do corpo humano. Para descobrir o valor de densidade de cada ponto interior ao corpo humano, o aparelho realiza a medio da atenuao de radiao que o corpo humano provoca quando atravessado por um feixe de raios X. Como esta atenuao realizada por todo o corpo, necessrio que se faam vrias exposies em diferentes ngulos. Assim, se obtm uma grande quantidade de dados para que o computador possa definir ponto a ponto da imagem qual seu valor de atenuao, ou de densidade.

A transformao desses valores nos vrios nveis de cinza anlogos cria uma imagem visual da seo transversal da rea varrida. Os valores de atenuao para cada conjunto de projeo so registrados no computador e a imagem computadorizada reconstruda atravs de um processamento computacional complexo.



O nmero finito de valores de atenuao correspondente ao objeto varrido organizado na forma de uma matriz ou tabela. Devido a suas capacidades de absoro diferentes, estruturas internas diferentes sero identificveis na imagem fotogrfica. O tamanho da matriz da imagem, ou seja, o nmero de pontos fotogrficos calculados, ir implicar no nmero de projees individuais. O tamanho da matriz, ou tabela, contudo, tambm influencia na qualidade da resoluo da imagem. Matrizes maiores significam mais pontos e pixel de menor rea, o que resulta em mais detalhes. No entanto, implica num esforo computacional maior pelo computador.

Fig. 2.4: Ilustrao representativa da atenuao atravs da matria.

1.6 Confeco da matriz da imagem

Uma vez que o computador obtenha uma lista de valores com todas as atenuaes medidas pelos sensores, comea um complexo processo computacional matemtico para que se identifique o valor da densidade ou da atenuao em cada pixel da imagem a ser gerada.

Para cada elemento de volume dado um valor numrico, ou seja um valor de atenuao, que corresponde a quantidade mdia de absoro de radiao daquele tecido representado no pixel. A densidade na tomografia computadorizada diretamente proporcional (relao linear) com o coeficiente de atenuao, uma constante do tecido influenciado por muitos fatores. O coeficiente de atenuao quantifica a absoro da radiao X. Aps a calibrao interna do tomgrafo, a densidade do tomograma computadorizado da gua ajustada para 0, e a densidade do ar para -1.000 unidades Hounsfield (Hounsfield units ou simplesmente HU).

Fig. 2.4: Hounsfield units ou simplesmente HU. A B C D E



1.7 Sistemas de gerenciamento das imagens radiogrficas digitais

Aps a gerao da imagem radiogrfca digital, ela deve ser gerenciada (exibio, transmisso, armazenamento e gravao) por meio de sistemas informatizados. Atualmente os principais so:

PACS (Picture Archiving and Communications System) Sistema de comunicao e arquivamento de imagens;

RIS (Radiology Information System) Sistema de informaes em Radiologia;

HIS (Hospital Itijormatiou System) Sistema de informaes hospitalares;

DICOM 3.0 protocolo padro (atual) de comunicao da imagem digital.

O PACS, responsvel pelo armazenamento e distribuio eletrnica das imagens digitais, integra-se com as modalidades geradoras de imagens digitais, o RIS e o HIS, proporcionando o trfego de imagens associado informaes.

A integrao dos sistemas de Informao em Radiologia (RIS - Radiology Information System) e de Sistema de comunicao e arquivamento de imagens (PACS - Picture Archiving and Communications System) possibilitam a consulta remota de laudos e de imagens associadas. A integrao RIS/PAC feita em tempo real, no momento da consulta, utilizando tecnologias web e tcnicas de programao para internet/intranet. A aplicao web permite a consulta pela intranet do hospital laudos e exames associadas atravs de nome, sobrenome, nmero de registro hospitalar dos pacientes ou por modalidade, dentro de um determinado perodo. O visulaizador permite que o usurio navegue pelas iamgens, podendo realizar funes bsicas como zoom, controle de brilho e contraste e visualizao de imagens lado a lado.

A integrao RIS/PACS diminui o risco de inconsistncias, atravs da reduo do nmero de interfaces entre bases de dados com grande redundncia de informae, proporcionando um ambiente de trabalho rpido e seguro para consultas de laudos radiolgicos e visualizao de imagens associadas.

1.8 Etapas no processo de formao da imagem digital

A imagem radiogrfica digital obtida pela converso do feixe de radiao (aps interao com o objeto) em sinais eltricos. Essa converso pode ser feita por detectores acoplados ao aparelho de raios X em aparelhos digitais, ou pelo escaneamento de um cran de fsforo de armazenamento, utilizado com aparelhos convencionais.

Para gerar uma imagem radiogrfica digital com aparelho convencional usado um sistema baseado em cran de fsforo de armazenamento, e a imagem digital gerada denominada radiografia computadorizada (RC).

Esse sistema uma alternativa para a aquisio de imagens radiogrficas digitais utilizando aparelhos de raios X convencionais (no digitais). Nele um chassi equipado com um cran de armazenamento de fsforo usado em substituio ao chassi convencional (filme radiogrfico).



A imagem latente contida no cran de fsforo, aps exposio aos raios X, digitalizada atravs de um escaneamento a laser (digitalizao). E importante saber que a imagem latente presente no cran de fsforo se degrada com o tempo, portanto embora ela possa ser mantida por at 24 horas, o seu escaneamento (digitalizao) deve ser feito em at 1 hora aps a exposio.

Os crans de armazenamento de fsforo so montados em chassis de tamanho padro e podem ser lidos, apagados (zerados) e reutilizados inmeras vezes.

Esse sistema (cran de fsforo de armazenamento) mantm o mesmo tempo de aquisio da imagem de um filme radiogrfico, pois a imagem latente gerada no cran de fsforo primeiramente processada (escaneada/digitalizada) e depois distribuda.

Os crans de fsforo devem ser limpos aps 500 exposies, a cada 30 dias, ou quando surgirem arte-fatos. necessrio muito cuidado ao limp-los, pois so bem menos resistentes abraso do que os crans intensifcadores convencionais (radiogrfcos/radios-cpicos).

Atualmete os equipamentos digitais arquivam seus dados em um foram conhecida como protocolo DICOM 3.0

Fig. 2.6: Logomarca DICOM.

DICOM especificamente um protocolo de comunicao padro, projetado para a troca de informaes atravs de imagem digital e servios entre equipamentos em um ambiente de radiolgico.

Nos anos 70, os primeiros Scanners de CT foram introduzidos em hospitais pelo mundo inteiro. Eles foram seguidos logo por Scanners de Ressonncia Magntica e outras imagens digitais produzidas por sistemas no incio dos anos 80.

Nos incio cada Scanner tinha a sua prpria mquina fotogrfica laser onde as imagens digitais eram documentadas em filme. Logo foi percebido que seria desejvel se vrios Scanners pudessem compartilhar uma nica mquina laser. Diversos Fabricantes desenvolveram protocolos prprios para possibilitar este compartilhamento das cmeras laser.

Em aspectos adicionais, outros de benefcios com imagens digitais foi achado logo. Uma imagem digital pode ser processada, pode ser armazenada em um sistema de computador ou pode ser transmitida a outros sistemas. O nome PACS (Picture Archiving and Communication System) foi criado e a primeira conferncia de PACS aconteceu em 1982.



Ao mesmo tempo, os fabricantes e profissionais mdicos perceberam que os hospitais e fabricantes enfrentariam problemas principalmente, se as imagens digitais criadas por diferentes vendedores no fossem compatveis entre si. Assim este fabricantes chegaram a concluso que a implementao do software deveria estar baseada em um padro comum.

Os rgos: ACR/NEMA (Faculdade de Radiologia americana e Associao de Fabricantes Eltrica Nacional) comearam a trabalhar em um tal padro em 1982.

O resultado deste projeto junto com a participao dos principais vendedores de equipamentos foi o Padro ACR/NEMA 1.0, foi publicado em 1985.

ACR/NEMA 1.0 definiu um formato de arquivo mas no era usado em networking. Em 1988, uma segunda edio (ACR/NEMA 2.0) foi publicado que incluiu um hardware para comunicao Ponto-para-ponto. Era bvio que ACR/NEMA 1.0 e 2.0 tiveram algumas limitaes essenciais. Em 1985, Philips e Siemens comearam um projeto em comum para desenvolver uma interface de rede baseado no formato ACR/NEMA.

Este era depois o comeo do DICOM e em quatro anos foram publicadas as primeiras partes de DICOM 3.0 e foram demonstradas no RSNA em 1992. DICOM define formatos de imagem para Radiografia Computadorizada, Tomografia Computadorizada, Ressonncia Magntica, Medicina Nuclear, Ultra-som, Angiografia, Radiofluoroscopia, Radioterapia e PET, DICOM se prope a Registrar a documentao de exames,o agendamento de Pacientes e Administrao dos Resultados.

Mesmo com tantos benefcios, essa nova tecnologia ainda tem seus inconvenientes. As imagens demoram a surgir na tela e, eventualmente, nem aparecem. Outro problema que se gasta mais tempo no novo mtodo do que no convencional para a concluso do mesmo nmero de laudos. Em quatro horas de trabalho, por exemplo, um mdico no consegue analisar 40 exames.



2 Processamento Digital de Imagens

2.1 Introduo ao Processamento de Imagens Digitais

2.1.1 Introduo

O interesse em mtodos de processamento de imagens digitais decorre de duas reas principais de aplicao:

Melhoria da informao visual para a interpretao humana.

Processamento de dados de cenas para percepo automtica atravs de mquinas.

O objetivo do uso do processamento digital de imagens consiste em melhorar o aspecto visual de certas feies estruturais para o analista humano e fornecer outros subsdios para a sua interpretao, inclusive gerando produtos que possam ser posteriormente submetidos a outros processamentos. A rea de processamento digital de imagens tem atrado grande interesse nas ltimas duas dcadas. A evoluo da tecnologia de computao digital, bem como o desenvolvimento de novos algoritmos para lidar com sinais bidimensionais est permitindo uma gama de aplicaes cada vez maior.

Como resultado dessa evoluo, a tecnologia de processamento digital de imagens vem ampliando seus domnios, que incluem as mais diversas reas, como por exemplo:

anlise de recursos naturais e meteorologia por meio de imagens de satlites; transmisso digital de sinais de televiso ou facsmile; anlise de imagens biomdicas, incluindo a contagem automtica de clulas e

exame de cromossomos; anlise de imagens metalogrficas e de fibras vegetais; obteno de imagens mdicas por ultrassom, radiao nuclear ou tcnicas de

tomografia computadorizada; aplicaes em automao industrial envolvendo o uso de sensores visuais em

robs, etc.



Atualizao Cartogrfica Baseada em Imagens Digitais

O interesse em mtodos de Processamento Digital de Imagens surgiu, principalmente, da necessidade de melhorar a qualidade da informao pictorial para interpretao humana. Uma das primeiras aplicaes das tcnicas de PDI foi a melhoria de ilustraes de jornais enviados por cabo submarino entre Londres e New York por volta de 1920.

Mas as tcnicas de processamento digital de imagens evoluram em meados dos anos 60 com o advento de computadores digitais e com o programa espacial norte-americano. Em 1964 as imagens da lua transmitidas pela sonda Ranger 7 foram processadas por um computador para corrigir vrios tipos de distores inerentes cmara de televiso bordo. As tcnicas de processamento usadas nesta poca serviram de base para o realce e restaurao de imagens de outros programas espaciais posteriores, como as expedies tripuladas da srie Apollo para a lua, por exemplo.

O uso de imagens multiespectrais coletadas por satlites tais como, Landsat, SPOT ou similares, tem se mostrado como uma valiosa ferramenta para a extrao dos dados



destinados s vrias aplicaes de pesquisa de recursos naturais. A obteno das informaes espectrais registradas pelos sistemas nas diferentes partes do espectro eletromagntico, visando a identificao e discriminao dos alvos de interesse, depende principalmente da qualidade da representao dos dados contidos nas imagens.

As tcnicas de processamento digital de imagens, alm de permitirem analisar uma cena nas vrias regies do espectro eletromagntico, tambm possibilitam a integrao de vrios tipos de dados, os quais devem estar devidamente registrados.

2.1.2 Outras reas de aplicaes do PDI

As principais reas de aplicaes do PDI geralmente requerem mtodos capazes de realar as informaes contidas nas imagens para a posterior interpretao e anlise humana. Algumas destas aplicaes so:

Anlise de recursos Naturais:

Geologia - estudo da composio e estrutura da superfcie, deteco de minerais, leo e outros recursos naturais.

Agricultura - previso de safras e determinao do tipo de plantao nas reas de agricultura.

Floresta - determinao do tipo de cobertura florestal.

Cartografia - mapeamento da superfcie terrestre.

Anlise ambiental:

Monitoramento da poluio.

Planejamento urbano.

Meteorologia:

Anlise de clima e temperatura.

Biomdica:

Contagem automtica de clulas.

2.1.3 Representao de Imagens Digitais

O termo imagem monocromtica, ou simplesmente imagem, refere-se funo bidimensional de intensidade da luz f(x,y), onde x e y denotam as coordenadas espaciais e o valor f em qualquer ponto (x, y) proporcional ao brilho (ou nveis de cinza) da imagem naquele ponto.

s vezes se torna til a visualizao da funo da imagem em perspectiva com um terceiro eixo representando o brilho. Neste caso, a Figura 3.1 apareceria como uma srie de picos em regies com numerosas modificaes do nvel de brilho e regies planas ou plats em que os nveis de brilho variam pouco ou so constantes.



Usando-se esta conveno para atribuir proporcionalmente valores mais altos para reas de maior brilho obtm-se a altura dos componentes da figura proporcional ao brilho correspondente na imagem.

Uma imagem digital uma imagem f(x, y) discretizada tanto em coordenadas espaciais quanto em brilho. Uma imagem digital pode ser considerada como sendo uma matriz cujos ndices de linhas e de colunas identificam um ponto na imagem, e o correspondente valor do elemento da matriz identifica o nvel de cinza naquele ponto.

Os elementos dessa matriz digital so chamados de elementos da imagem, elementos da figura, "pixels" ou "pels", estes dois ltimos, abreviaes de "picture elements" (elementos de figura). Quanto mais pixels uma imagem tiver melhor a sua resoluo e qualidade.

Fig. 3.1: Conveno dos eixos para representao de imagens digitais

A Conveno dos eixos para representao de imagens digitais no Processamento de Imagens diferente da conveno usada na Computao Grfica.

2.1.4 Passos Fundamentais do Processamento de Imagens

Um exemplo de aplicao, que bastante fcil de ser definida sem qualquer conhecimento prvio de conceitos de imageamento, o uso de tcnicas de processamento de imagens para leitura automtica de endereos em correspondncias. A figura 3.2 mostra que o objetivo global produzir um resultado a partir do domnio do problema por meio de processamento de imagens. Nesse exemplo, o domnio do problema consiste em correspondncias e o objetivo ler o endereo em cada uma delas. Assim, a sada desejada nesse caso uma seqncia de caracteres alfanumricos.



Fig. 3.2: Passos fundamentais em processamento de imagens digitais

O primeiro passo no processo a aquisio da imagem isto , adquirir uma imagem digital. Para fazer isso, necessitamos de um sensor para imageamento e a capacidade de digitalizar o sinal produzido pelo sensor. O sensor poderia ser uma cmera de TV monocromtica ou colorida, o sensor de imageamento poderia tambm ser uma cmera de varredura por linha que produza uma nica linha de imagem por vez.

Nesse caso, o movimento do objeto ao longo do varredor de linhas produz uma imagem bidimensional. Se a sada da cmera ou outro sensor de imageamento no se encontrar na forma digital, um conversor analgico-digital realiza a digitalizao. A natureza do sensor e da imagem que ele produz so determinadas pela aplicao. No caso das aplicaes para leitura de correspondncias baseiam-se grandemente em cmeras por varredura de linhas.

Aps a obteno de uma imagem digital, o prximo passo trata de pr-processar aquela imagem. A funo chave no pr-processamento melhorar a imagem de forma a aumentar as chances para o sucesso dos processos seguintes. Nesse exemplo, o pr-processamento tipicamente envolve tcnicas para o realce de contrastes, remoo de rudo e isolamento de regies cuja textura indique a probabilidade de informao alfanumrica.

O prximo estgio trata da segmentao que divide uma imagem de entrada em partes ou objetos constituintes. Em geral, a segmentao automtica uma das tarefas mais difceis no processamento de imagens digitais.

Por um lado, um procedimento de segmentao robusto favorece substancialmente a soluo bem sucedida de um problema de imageamento. Por outro lado, algoritmos de segmentao fracos ou errticos quase sempre asseveram falha no processamento. No caso de reconhecimento de caracteres, o papel bsico da segmentao extrair caracteres individuais e palavras do fundo da imagem.

A sada do estgio de segmentao constituda tipicamente por dados em forma de pixels, correspondendo tanto fronteira de uma regio como a todos os pontos dentro da mesma. Em ambos os casos necessrio converter os dados para uma forma



adequada ao processamento computacional. A primeira deciso que precisa ser feita se os dados devem ser representados como fronteiras ou como regies completas.

A representao por fronteira adequada quando o interesse se concentra nas caractersticas da forma externa, tais como cantos ou pontos de inflexo. A representao por regio adequada quando o interesse se concentra em propriedades internas, tais como textura ou a forma do esqueleto. Em algumas aplicaes, entretanto, essas representaes coexistem. Essa situao acontece em aplicaes de reconhecimento de caracteres, que freqentemente requer algoritmos baseados na forma da borda, bem como tambm esqueletos e outras propriedades internas.

A escolha de uma representao apenas parte da soluo para transformar os dados iniciais numa forma adequada para o subseqente processamento computacional. Um mtodo para descrever os dados tambm deve ser especificado, de forma que as caractersticas de interesse sejam enfatizadas.

O processo de descrio, tambm chamado seleo de caractersticas, procura extrair caractersticas que resultem em alguma informao quantitativa de interesse ou que sejam bsicas para discriminao entre classes de objetos. Em se tratando de reconhecimento de caracteres, descritores tais como buracos e concavidades so caractersticas poderosas que auxiliam na diferenciao entre uma parte do alfabeto e outra.

O ltimo estgio envolve reconhecimento e interpretao. Reconhecimento o processo que atribui um rtulo a um objeto, baseado na informao fornecida pelo seu descritor. A interpretao envolve a atribuio de significado a um conjunto de objetos reconhecidos.

Por exemplo, a identificao de um caracter, digamos c, requer a associao dos descritores para aquele caracter com o rtulo c. A interpretao procura atribuir significado a um conjunto de entidades rotuladas. Por exemplo, uma cadeia de cinco nmeros ou de cinco nmeros seguidos por um hfen mais quatro nmeros pode ser interpretada como um cdigo de endereamento postal.

2.1.5 Conceito de Imagem digital

A imagem pode ser vista como um sinal capturado, por exemplo, pela retina humana, por uma cmera de TV, por um sensor CCD. As imagens podem ser modeladas por uma funo contnua de duas ou trs variveis. Neste caso, esta funo pode representar as coordenadas (x, y) no plano, ou o tempo (t), quando as imagens variam no tempo, como por exemplo, no caso dos vdeos. Alm disso, os valores da funo imagem correspondem ao brilho em cada um dos pontos (x, y).

Os valores da funo imagem normalmente so representativos de quantidades fsicas. Caso as imagens sejam obtidas por cmeras na regio do espectro visvel, estes valores representam a intensidade luminosa. Por sua vez, se as imagens forem obtidas por raios-X, no caso de radiografias, isto faz como que as regies com maior opacidade sejam mais escuras, e os valores da funo passam a representar a absoro de raios-X.

Em outra situao, se as imagens so obtidas na regio do infravermelho, como no caso de regies mais quentes, que apresentam brilho maior, os valores representam a temperatura. E se as imagens forem obtidas por um processo de triangulao, caso seja



utilizado, por exemplo, um dispositivo do tipo laser scan, utilizados na prototipagem rpida, os valores da funo imagem passam a representar a distncia do observador.

2.1.6 Imagem Matricial

A imagem matricial, ou imagem raster, mais conhecida como bitmap ou mapas de bits (BMP). constituda de uma matriz com linhas e colunas (dimenso da imagem). Cada elemento desta matriz digital chamado de elemento da imagem, originrio da lngua inglesa pixel ou pel que a abreviao de picture element.

Fig. 3.3: Mapa de bits. MicrosoftTM Paint.

2.1.7 Aquisio e Digitalizao de Imagens

As imagens, isto , sinais contnuos, so discretizadas e representadas por estruturas de dados, como por exemplo, matrizes, para ento serem processadas pelos computadores. Ento, a funo imagem f(x, y) pode ser amostrada em uma matriz de M linhas por N colunas, caracterizando o que podemos denominar como amostragem da imagem. Por sua vez, cada amostra da funo contnua f(x, y) representada por um valor inteiro de brilho, caracterizando o que podemos denominar como quantizao da imagem. Neste caso, a gama de valores de f(x, y) particionada em K intervalos.

2.1.8 Cor

A cor uma sensao produzida pela presena de luz no ambiente, podendo inclusive ser descrita como uma quantidade psicofsica. Por sua vez, a luz corresponde poro visvel do espectro eletromagntico. O espectro visvel inclui as cores violeta, verde, amarelo, laranja e vermelho. Abaixo do espectro visvel, encontra-se o ultravioleta, e acima o infravermelho e as ondas de rdio. A luz branca acromtica aparece como uma energia basicamente uniforme para cada comprimento de onda, enquanto que a luz colorida apresenta picos de energia em determinadas regies de comprimento de onda, caracterizando uma concentrao de energia em bandas, produzindo os matizes e a pureza das cores.



2.1.9 Reproduo de Cores

No processo aditivo, as cores so obtidas pela adio de primrias de luz nas cores vermelho (R), verde (G) e azul (B). Por sua vez, a soma de todas as cores resulta na cor branca. Como exemplo de processo aditivo, pode-se citar o caso dos sistemas com luz emitida, como no caso dos monitores de vdeo.



2.1.10 Tipos de Imagem

A imagem binria definida quando a escala de quantizao se apresenta em dois tons (branco e preto). Por sua vez, a imagem em tons de cinza definida por uma escala varivel dentro de um intervalo (Lmin, Lmax). Em outra situao, a imagem colorida surge quando a escala varivel se apresenta em trs dimenses, como no caso de uma imagem no espao RGB com oito bits por canal de cor. Quanto aos formatos das imagens digitais, tem-se os bitmap, com ou sem compresso, em arquivos com header, tabelas de cores e dados de imagem, caracterizando formatos como JPEG, BMP, TIFF, MPEG, PNG, GIF, ...

2.2 Operaes Geomtricas

Principais operaes geomtricas com imagens: Translao; Rotao; Escala; Deslizamento; Espelhamento; Alinhamento; Zoom



2.2.1 Espelhamento

Fig. 3.4: Espalhamento.

2.2.2 Rotao

Fig. 3.5: Rotao.

2.2.3 Zoom Digital

Capacidade de Resoluo da Imagem:

Os sensores de imagens contm uma teia (ou grade) de fotoclulas, cada uma delas representando um pixel na imagem final - assim a resoluo de uma cmera digital determinada pela quantidade de fotoclulas que existem na superfcie de seu sensor. Por exemplo, uma cmera com um sensor no qual cabem 1600 (largura) x 1200 (altura) fotoclulas capaz de gerar uma imagem de 1600 x 1200 pixels. Ento, para efeito de terminologia e definio da capacidade de uma cmera, dizemos simplesmente que ela tem uma resoluo de 1600 x 1200 pixels, ou 1,92 megapixels.



Atualmente as cmeras mais simples geram arquivos de 640 x 480 pixels, enquanto cmeras de capacidade mdia esto por volta de 1600 x 1200 pixels, e cmeras de ponta produzem imagens de 2.360 x 1.920 pixels (perto de 3 megapixels). Importante notar que isto se refere s cmeras amadoras, pois algumas profissionais j produzem mais de seis milhes de pixels. Quanto maior a capacidade de resoluo, geralmente maior tambm o preo.

Outro detalhe importante que quanto maior a imagem em pixel, maior o tamanho do arquivo resultante. Por isso, normalmente as cmeras digitais possuem uma regulagem para o tamanho do arquivo, dando a opo para o fotgrafo de escolher o modo de resoluo. Assim, se algum vai capturar imagens para a WEB e possui uma cmera de 3.3 megapixels, pode regul-la para gerar imagens de apenas 640 x 480 pixels, bem mais fceis de armazenar e lidar. Por exemplo, uma cmera de alta resoluo de 2048 x 1560 pixels, gera uma imagem mdia em arquivo JPEG (depende das tonalidades e intensidade de luz retratadas) de aproximadamente 1,2 MB (megabytes). J na resoluo de 640 x 480 pixels, no mesmo formato JPEG, gerar um arquivo de apenas 220 Kb (kilobytes), ou seja, menos de 1/5 do tamanho.

Alm da preocupao com espao de armazenamento e rapidez em transmisso pela Internet, em termos prticos deve-se levar em conta o tamanho com o qual se pretende imprimir a imagem. Ainda seguindo os exemplos acima, a imagem de 2048 x 1560 pixels (3.3 MB) pode ser impressa, sem qualquer perda, em alta resoluo (300 dpi), no tamanho de 17,34 x 13 cms, enquanto a imagem de 640 x 480 pixels permite apenas uma boa imagem impressa no tamanho 5,42 x 4,06 cms. Como se calcula o tamanho em termos de resoluo assunto que trataremos mais adiante neste curso, quando abordarmos a impresso.

Apesar de quanto maior o nmero de fotoclulas num sensor melhores imagens serem produzidas, acrescentar simplesmente fotoclulas um sensor nem sempre fcil e pode resultar em problemas. Por exemplo, para se colocar mais fotoclulas num sensor de imagem, o sensor precisaria ser maior ou as fotoclulas menores. Chips maiores com mais fotoclulas aumentam as dificuldades de construo e os custos para o fabricante. Fotoclulas menores, por outro lado, sero menos sensveis e iro capturar menos luz que as de um chip normal. Concluindo, colocar mais fotoclulas num sensor, alm de sua complexidade e alto custo, acaba resultando em arquivos maiores, de difcil armazenamento. Por isso a constante corrida tecnolgica entre os fabricantes na busca de sensores de maior resoluo, com qualidade e preo competitivo.

Efeito visual de blocos, pixelizao

Quanto mais fotoclulas e conseqentemente mais pixels, melhores sero os detalhes gravados, e mais ntidas sero as imagens. Se algum ampliar e continuar ampliando qualquer imagem digital, simplesmente por replicao de pixels (Figura 3.6), chegar um momento em que os pixels vo comear a aparecerem multifacetados (Figuras 3.10 e 3.11). Esse efeito se chama pixelizao. Portanto, quanto mais pixels existirem em uma imagem, mais ela aceitar ampliaes com qualidade; quanto menos pixels, menor a ampliao possvel.



Fig. 3.6: Replicao de um pixel (zoom = 2x).

Fig. 3.7: Imagem original.

Fig. 3.8: Seleo da regio a ser ampliada (zoom-in).



Fig. 3.9: Imagem recortada.

Fig. 3.10: Imagem ampliada, por replicao de pixels,

com introduo do efeito de pixelizao (zoom = 2x).



Fig. 3.11: Imagem ampliada, por replicao de pixels, com aumento do

efeito de pixelizao (zoom = 4x).

2.2.4 Interpolao Bilinear (pela mdia)

Exemplo:

Considere a seguinte imagem (representada pelas intensidades de cinza).

50 40 60

20 30 20

10 20 10

Ento, a imagem resultante, aps a aplicao do mtodo de zoom por interpolao bilinear, para um grau de ampliao igual a 2x:

50 45 40 50 60



35 35 35 38 40

20 25 30 25 20

15 20 25 20 15

10 15 20 15 10

2.3 Histograma de uma Imagem

2.3.1 Definio - Histograma

O histograma de uma imagem fornece informao til para fazer realce e anlise da imagem. O histograma de uma imagem revela a distribuio dos nveis de cinza da imagem. representado por um grfico que d o nmero de pixels na imagem para cada nvel de cinza.

A Figura 3.13 mostra o histograma obtido para a imagem exibida na Figura 3.12.

Fig. 3.12: Imagem

Fig. 3.13: Histograma da imagem 3.12.



2.3.2 - Equalizao do Histograma

Na equalizao de histograma o mapeamento tem por finalidade produzir uma imagem cujo histograma tenha um formato desejado. A equalizao modifica o histograma da imagem original de tal forma que a imagem transformada tenha um histograma uniforme, ou seja, todos os nveis de cinza devem aparecer na imagem com a mesma freqncia.

Fig. 3.14: Imagem original e seu histograma.

Fig. 3.15: Imagem equalizada e seu histograma

2.4 Segmentao de Imagens

O primeiro passo na anlise de imagens a segmentao, que consiste em usar o computador para definir na imagem, recortes automticos ao redor de objetos de interesse. A segmentao subdivide uma imagem em suas partes ou objetos constituintes. O nvel at o qual essa subdiviso deve ser realizada, assim como a tcnica utilizada, depende do problema que est sendo resolvido.

Algoritmos de segmentao permitem achar diferenas entre dois ou mais objetos, e distinguir as partculas umas das outras e do fundo. Esta distino permitir ao programa interpretar pixels contguos e agrup-los em regies. Os algoritmos de segmentao para imagens monocromticas so geralmente baseados em uma das seguintes propriedades bsicas de valores de nveis de cinza: descontinuidade e similaridade.



Na descontinuidade a abordagem particionar a imagem baseado em mudanas bruscas nos nveis de cinza. As principais reas de interesse so a deteco de pontos isolados, deteco de linhas e bordas na imagem. Na similaridade as principais abordagens baseiam-se em limiarizao e crescimento de regies.

A limiarizao uma das mais importantes abordagens para a segmentao de imagens. Na limiarizao analisamos a similaridade dos nveis de cinza da imagem extraindo os objetos de interesse atravs da seleo de um limiar T que separa os agrupamentos de nveis de cinza.

Uma imagem limiarizada g(x,y) definida como:

onde f(x,y) corresponde ao nvel de cinza do ponto, os pixels rotulados com 1 correspondem aos objetos e os pixels rotulados com 0 correspondem ao fundo e T um valor de tom de cinza predefinido denominado limiar.

Fig. 3.20: Histograma particionado por um limiar.

Fig. 3.21: Histograma particionado por dois limiares.

Limiarizao Global Simples

A mais simples de todas as tcnicas de limiarizao a do particionamento do histograma da imagem por um limiar nico T, como ilustrado na Figura 3.20. A segmentao ento efetuada, varrendo-se a imagem, pixel por pixel, e rotulando-se cada pixel como sendo do objeto ou do fundo, dependendo se o nvel de cinza daquele pixel for maior ou menor que T. O sucesso desse mtodo depende inteiramente de quo bem o histograma pode ser particionado.



Teste de Limiarizao

A Figura 3.22 mostra um exemplo de limiarizao global simples. No primeiro teste foi aplicado um limiar 10 (Figura 3.22) depois um limiar 30, (Figura 3.23) e por ltimo um limiar 70 (Figura 3.24).

Fig. 3.22: Imagem original



Fig. 3.23: Imagem obtida para T = 10.



Na Tomografia Computadorizada do crnio foi feita a segmentao das partes sseas por limiarizao de tons de cinza (Figuras 3.26 e 3.27).



Fig. 3.26: Imagem original.

Fig. 3.27: Partes sseas detectadas pela segmentao.



2. 5 Rudo em Imagens Digitais

As imagens reais so freqentemente degradas por erros aleatrios de captura, transmisso ou processamento. Estes erros produzem o que podemos denominar de rudos. Os rudos podem ser dependentes ou independentes do contedo da imagem, e so geralmente descritos atravs das suas propriedades estatsticas. Assim, surge o denominado rudo branco, que aquele em que a intensidade independente da freqncia do sinal (rudo com potncia constante). Por sua vez, o rudo Gaussiano, um tipo de rudo branco que apresenta distribuio de intensidades descrita por uma Gaussiana.

Em outro caso, o rudo impulsivo surge quando a imagem apresenta-se corrompida por pixels ruidosos com brilho muito diferente dos pixels vizinhos, como no caso das interferncias eletromagnticas. O rudo salt-and-pepper um tipo de rudo impulsivo saturado, como no caso dos pixels ruidosos brancos ou pretos que corrompem as imagens binrias, e que podem ser produzidos por aparelhos eltricos.

Com relao aos rudos aditivos, estes ocorrem independentemente do sinal, durante a transmisso do sinal em um canal, como nas imagens obtidas pelas antigas cmeras vidicom. Por sua vez, os rudos multiplicativos so gerados quando a magnitude do rudo depende da magnitude do sinal, como ocorre na degradao da TV segundo a varredura (maior nas linhas), ou devido ao tamanho fsico dos gros em filmes fotogrficos, que aparecem mais onde o sinal mais intenso.



2. 6 Realce de imagens

O objetivo principal das tcnicas de realce processar uma imagem, de modo que o resultado seja mais apropriado para uma aplicao especfica do que a imagem original. As Tcnicas de realce podem ser baseadas em processamento ponto-a-ponto, que modifica o nvel de cinza de um pixel independentemente da natureza de seus vizinhos, ou pelo processo de filtragem, onde o novo valor depende tambm dos valores dos pontos vizinhos do ponto a ser processado.

Realce por Contraste

A manipulao do contraste de uma imagem tem como objetivo melhorar a sua qualidade visual sob critrios subjetivos ao olho humano. Esse processo no aumenta a quantidade de informao contida na imagem, mas torna mais fcil a sua percepo. normalmente utilizada como uma etapa de pr-processamento.

Tipicamente, os sensores so capazes de discretizar os valores recebidos da cena em um intervalo mximo que vai de 0 at 255 (8 bits = 256 possveis valores). Devido m iluminao, defeitos do sensor ou mesmo s caractersticas da cena, o intervalo de valores de intensidade ocupados pelos pixels presentes em uma imagem, pode ser muito menor que esse intervalo mximo. Diz-se ento que a imagem possui baixo contraste, o que torna difcil a sua visualizao ou interpretao por um intrprete humano ou um sistema de processamento digital.

O contraste de uma imagem pode ser avaliado observando-se o seu histograma. Uma imagem com bom contraste possui um histograma cujas barras so razoavelmente espalhadas ao longo de todo o intervalo da escala. Por exemplo, a imagem da Figura 3.28 (Mercado Pblico - Pelotas/RS) e seu histograma (Figura 3.29). J o histograma mostrado na Figura 3.31 tem uma forma estreita que indica uma escala dinmica pequena, isto porque corresponde a uma imagem de baixo contraste (Figura 3.30).

Fig. 3.28: Imagem com contraste alto Fig. 3.29: Histograma da Fig. 3.28



Fig. 3.30: Imagem com contraste baixo Fig. 3.31: Histograma da Fig. 3.30

Um destes mtodos a equalizao de histograma.

Fig. 3.32: Imagem aps a equalizao do histograma.

2.7 Operaes Aritmticas com Imagens

As principais operaes aritmticas so: Soma; Subtrao; Multiplicao; Diviso; Combinao linear; Fuso pela tcnica Chromakey

2.7.1 Soma de Imagens

Consiste na adio pixel a pixel, de duas imagens, com o objetivo de compor uma outra imagem.

2.7.2 Subtrao de Imagens



Neste caso, realiza-se uma subtrao pixel a pixel, de duas imagens, com o objetivo de compor uma outra imagem.

Fig. 3.33: Imagens aps subtrao.

2.7.3 Multiplicao de Imagens

Neste caso, realiza-se uma multiplicao pixel a pixel, em geral de uma imagem por ela mesma, compondo outra.

Isto pode ser feito, por exemplo, com o objetivo de destacar nveis de intensidade de interesse (imagem apresenta poucos pixels visveis em uma determinada regio), aumento de contraste ou mesmo a reduo de rudos.

Fig. 3.34: Imagens aps multiplicao.

2.7.4 Diviso de Imagens

Neste caso, realiza-se uma diviso pixel a pixel, em geral de uma imagem por ela mesma, compondo outra.

2.8 Filtragem

Na prtica, para realizarmos uma operao de filtragem espacial, devemos escolher uma matriz de dimenso n x n com valores que dependem do filtro que



queremos usar, seja ele passa baixa (filtrando as altas freqncias), passa faixa (filtrando uma regio especfica de freqncias espaciais) ou passa alta (filtrando as baixas freqncias). Em uma imagem, as altas freqncias correspondem as modificaes abruptas dos nveis de cinza, i.e., as bordas dos objetos. As baixas freqncias correspondem as variaes suaves dos nveis de cinza. Logo quando queremos evidenciar os contornos de um determinado objeto podemos usar filtros do tipo passa-alta. Em outros casos podemos estar interessado na forma da iluminao de fundo, onde devemos usar filtros passa-baixa para eliminarmos todas as altas freqncias correspondendo a borda dos objetos, e chegar a iluminao de fundo.

2.8.1 Filtros Espaciais Passa-Baixa

Os filtros espaciais passa-baixa atenuam as altas freqncias da imagem, isto , as regies que apresentam variaes rpidas de intensidade. So utilizados para a remoo / atenuao de rudos, e tambm para a suavizao de imagens. O efeito colateral produzido a introduo do borramento.

Fig. 3.35: Imagem original (com rudo salt-and-pepper).

2.8.2 - Filtros Espaciais Passa-Altas

O realce de imagens pode ser obtido pela aplicao de filtros espaciais passa-altas. Estes filtros amplificam a altas freqncias, podendo eliminar as baixas freqncias. Isso faz com que os detalhes da imagem sejam acentuados, produzindo o realce, de forma que as transies de nvel rpidas tornem-se mais brilhantes, e as transies de nvel lentas tornem-se mais escuras. Apesar disso, existe um efeito colateral, que consiste na amplificao do rudo existente na imagem.



3 Formao da imagem

3.1 Componentes de um equipamento de Radiografia Digital

Mquina de raios X;

Sensores: CCD (Charged Coupled Device), CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor), PSP (Photo-Stimulable Phosphor);

Scanner Laser scanner (PSP somente);

Computador com monitor e modem ou cabo de rede de alta velocidade;

Impressora;

Alguns equipamentos obtm a imagem de forma e outros de forma direta:

Sistema digital de aquisio direta: Sensor conectado diretamente ao computador CCD: Charged Coupled Device (Dispositivo de Cargas Acopladas) CMOS: Complimentary Metal Oxide Semiconductor

Sistema digital de aquisio indireta: Requer escaneamento laser do sensor. PSP: Photo-Stimulable Phosphor



Fig. 4.1: Sistemas PSP, CCD e CMOS.

3.2 Detectores CCD e CMOS

Estes sensores digitais so compostos de chip puro de silcio dividido em vetor de pixels (elementos de imagem). Quando os raios X atingem a superfcie do sensor, a energia armazenada no pixel; a quantidade de energia armazenada determinada intensidade do raios X que bate em um pixel particular. Devido incidncia de raios x no detector so geradas cargas eltricas. As cargas so ento eletronicamente removidas, e na seqncia, criam um sinal de uma voltagem proporcional energia armazenada em cada pixel. Estes sinais produzem a imagem digital vista no monitor.

Os sistemas CCD e CMOS produzem uma imagem "instantnea" e podem ser til para emergncias. O sensor muito grosso e rgido e pode ser mais difcil de colocar na boca. Os sensores custam milhares de dlares para comprar ou substituir. Sistemas Pan/ceph so muito mais caros.

3.3 PSP (Photostimulable phosphor)

Estes fsforos absorvem a energia do raio X at certo ponto semelhante aos fsforos usados em telas intensificadoras. Raios X atingem o fsforo e excitam eltrons nos tomos, alguns dos quais produzem luz; mas a maioria dos eltrons ficam armadilhados (presos) dentro do fsforo. Quando o sensor escaneado com um laser de rubi, os eltrons armadilhados so libertados, enquanto causando emisso de luz de curto-comprimento de onda na regio azul do espectro eletromagntico. Quanto mais raios X absorvidos pelo fsforo, mais luminosa ser a luz. A luz emitida detectada por um tubo fotomultiplicador e a informao digitalizada para formar a imagem.



Fig. 4.2: Tubo fotomultiplicador

Sistemas PSP requerem laser que faam o escaneamento dos sensores que levam muitos minutos (tempo para carregar o filme no scanner e escanear).

Fig. 4.3: Princpios utilizados na Leitora, Armazenamento e Apagamento das Placas de Fsforo.

3.4 Comparaes entre os sensores

Os sensores esto atualmente mais finos que os filmes convencionais de radiografia e so mais confortvel para o paciente. Sensores intra-orais valeram aproximadamente $35; voc precisaria ter bastante sensores para pelo menos duas sries cheias para funcionarem efetivamente. Sensores de Pan/ceph custam em torno de $800-900. O custo inicial do sistema de PSP mais alto que CCD ou sistemas de CMOS por causa do custo do escner de laser. (Isto s assume voc tem um sensor de CCD/CMOS).



Foram desenvolvidos sensores sem fios (wireless) que produzir uma imagem "imediata" como faz os sensores com fios. Porm, o sensor sem fios muito mais grosso e mais caro. Vrios sistemas usam computadores do tipo laptop (computadores portteis) para aquisio das imagens. Isto permite fcil portabilidade entre operadores.

Todos os sistemas diferem ligeiramente no software, mas todos lhe permitem mudar brilho e contraste, inverter preto e branco, colorir, medir, etc.. Escolhendo um sistema, avalie o tamanho de sensor, nmero de sensor tamanho disponvel, custo global do sistema, validade garantia estendida, suporte tcnico, etc.

4 Exerccios

Lista de exerccios Captulo 1

1 Quais os primeiros equipamentos de Radiologia Digital? Quem lanou e quando? Quais avanos eles trouxeram?

2 Quais os limites dos Sistemas Analgicos?

3 Cite cinco vantagens do sistema Digital com relao ao Convencional (Analgico).

4 Defina pixel.

5 Com base na figura abaixo responda.



a) Qual o nmero de pixel da imagem?

b) Qual o tamanho da matriz?

c) Qual a resoluo da figura?

6 Defina Bit.

7 Para o Computador, o que a imagem radiogrfica digital?

8 Como o aparelho detecta o valor da densidade de cada ponto interior ao corpo humano?

9 Como o tamanho da matriz de pontos pode influenciar na qualidade da imagem?

10 O que significa o gerenciamento das imagens radiogrficas digitais?

11 Cite os principais sistemas de gerenciamento.

12 Descreva a funo do PACS.

13 Descreva a funo do RIS e HIS.

14 Cite algumas das vantagens quando h integrao do RIS/PACS.

15 Explique como obtida a converso dos feixes de RX em sinais eltricos.

16 O que DICOM?



17 Quais tipos de tcnicas de imagem utilizam o DICOM?

18 Quais os inconvenientes desta nova tecnologia?


1 Quais os componentes de um equipamento de Radiografia Digital?

2 Diferencie Sistema digital de aquisio direta de Sistema digital de aquisio indireta. Quais os sensores utilizados em cada um deles?

3 Explique como funcionam os detectores CCD e CMOS.

4 Explique como funciona o detector PSP.


1 Qual o objetivo do processamento digital de imagens (PDI)?

2 Cite outras reas de aplicaes do PDI?

3 Explique como a imagem monocromtica representada como funo da intensidade da luz como imagem digital.

4 Explique como uma imagem discretizada.

5 Quais os passos fundamentais do PDI?

6 Em que consiste a aquisio da imagem?



7 Quais dispositivos so necessrios para a aquisio das imagens? D exemplos.

8 O que pr-processamento?

9 O que segmentao?

10 O que os valores da funo imagem normalmente so representativos? E se as imagens obtidas forem de raios X?

11 Defina Imagem matricial.

12 Como ocorre o processo de digitalizao da imagem, ou seja, os sinais contnuos so discretizados?

13 Quais os trs principais tipos de imagem?

14 Defina imagem binria.

15 Defina imagem em tons de cinza.

16 Defina imagem colorida

17 Classifique as seguintes imagens.

a) Binria.

b) Tons de Cinza

c) Colorida

------------------------- ---------------------- -------------------------



18 Quais as principais operaes geomtricas com imagens?

19 Que tipo de operao geomtrica foi realizada na imagem A para obtermos B?

A B

20 Que tipo de operao geomtrica foi realizada na imagem C para obtermos D?

C D

21 O que um histograma de uma imagem? O que ele revela? Como ele representado?

22 O que a equalizao de um histograma?

23 O que limiarizao?



5 Bibliografia

[1] GONZALEZ, Rafael C.; Woods, Richard E. Processamento de Imagens Digitais. Edgard Blcher Ltda, 2000.

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