Detecção de Bordas

programador
1.1.2.4.2 – Segmentacao de Imagens
1.1.2.4.2.1 – Deteccao de Bordas
1.1.2.4.2.1.1 – Operador de Sobel
1.1.2.4.2.1.2 – Detector de Canny
1.1.2.4.2.1.3 – Laplaciano da Gaussiana (LoG)
LEGENDA
Principal
Ramo
Metodo
Problemas
Modelo
Arquitetura

A detecção de bordas representa uma técnica fundamental em segmentação de imagens. Bordas ocorrem onde a intensidade muda abruptamente. Primeiramente, estes pontos indicam transições entre objetos ou fundo. Derivadas de primeira ordem ajudam a detectar bordas. O gradiente da imagem mede a magnitude destas mudanças. Por exemplo, bordas fortes produzem gradientes altos. Derivadas de segunda ordem, por outro lado, detectam cruzamentos por zero. Estes cruzamentos localizam o centro exato da borda. Contudo, derivadas apresentam alta sensibilidade a ruídos. Portanto, a suavização da imagem constitui um passo crucial. Consequentemente, algoritmos modernos combinam suavização com diferenciação.

operadores clássicos: sobel, prewitt e roberts

Os operadores de Sobel e Prewitt oferecem métodos simples e eficazes. Eles utilizam kernels 3×3 para aproximar as derivadas. Primeiramente, calculamos a derivada horizontal (Gx) e vertical (Gy). Em seguida, estimamos a magnitude do gradiente. O algoritmo também calcula a direção da borda. O operador de Roberts apresenta ainda mais simplicidade, mas sofre com ruído. Ele usa kernels 2×2 para diferenças diagonais. Por exemplo, estes operadores funcionam bem em aplicações de tempo real. Contudo, eles não incorporam suavização embutida. Portanto, recomendamos seu uso apenas em imagens com pouco ruído.

detector de canny: o padrão ouro da indústria

O detector de Canny alcança o padrão ouro em detecção de bordas. Primeiramente, ele suaviza a imagem com um filtro Gaussiano. Em seguida, calcula o gradiente e a direção das bordas. O algoritmo então aplica supressão de não-máximos. Este passo afina as bordas para um pixel de espessura. Finalmente, a limiarização com histerese conecta os segmentos. O método utiliza dois limiares (baixo e alto). Pixels acima do limiar alto representam bordas fortes. Pixels entre os limiares constituem bordas fracas. O algoritmo conecta bordas fracas apenas a bordas fortes. Por exemplo, o detector de Canny resiste bem a ruído moderado. Portanto, a indústria e a medicina utilizam amplamente este detector.

quando utilizar cada técnica de detecção

A escolha do detector depende do problema específico. Utilize Sobel ou Prewitt para aplicações de tempo real. Estes métodos oferecem rapidez e facilidade de implementação. Além disso, eles funcionam bem em imagens com pouco ruído. O detector de Roberts serve para detecção rápida de diagonais. Contudo, não o recomendamos para imagens ruidosas. Utilize o detector de Canny quando a qualidade for prioritária. Ele produz bordas finas, contínuas e bem localizadas. Por exemplo, sistemas de visão industrial ou médica utilizam Canny. O Laplaciano da Gaussiana (LoG) oferece outra alternativa robusta. Ele detecta cruzamentos por zero em imagens suavizadas. Portanto, experimente diferentes detectores para encontrar o melhor resultado.

Restauração de Imagens (Filtragem de Ruído)

1.1.2.4 – Redes Neurais – Visao Computacional
1.1.2.4.0 – Processamento de Imagens (Pre-processamento)
1.1.2.4.0.3 – Restauracao de Imagens (Filtragem de Ruido)
LEGENDA
Principal
Ramo
Metodo
Problemas
Modelo
Arquitetura

Restauração de Imagens: Recuperando a informação perdida

Primeiramente, a restauração de imagens é um processo objetivo e modelado. Diferentemente do realce, ela usa conhecimento prévio da degradação. Ruídos podem surgir durante a aquisição ou transmissão da imagem. Assim, o objetivo da restauração é recuperar a imagem original. Um modelo matemático descreve como a degradação ocorreu. Por exemplo, pode ser um desfoque ou ruído aditivo. Com este modelo, aplicamos o processo inverso. Consequentemente, a imagem é restaurada com base em critérios quantitativos. Portanto, este capítulo foca em técnicas lineares de restauração.

filtros espaciais para redução de ruído (mean filters)

Em primeiro lugar, filtros de média são uma solução simples e eficaz. O filtro da média aritmética suaviza a imagem. Ele substitui cada pixel pela média de sua vizinhança. Dessa forma, este método reduz ruídos gaussianos de forma eficiente. Contudo, ele também borra as bordas dos objetos. Por outro lado, o filtro da média geométrica preserva mais detalhes. Além disso, o filtro da média harmônica funciona bem contra ruído sal. Já o filtro contra-harmônico ataca ruído sal e pimenta. Um valor positivo de Q elimina ruído pimenta. Em contrapartida, um valor negativo de Q elimina ruído sal. Portanto, a escolha do filtro depende do tipo de ruído.

filtros de mediana e ordem estatística (median filters)

Em primeiro lugar, o filtro de mediana é um filtro não-linear muito popular. Ele substitui o pixel central pelo valor mediano da vizinhança. Por causa disso, este método é excelente contra ruído impulsivo (sal e pimenta). Diferentemente da média, a mediana preserva bordas nítidas. Por exemplo, uma imagem binária com ruído branco é limpa eficazmente. Além disso, o filtro de máximo e o filtro de mínimo são outras opções. O filtro de máximo dilata regiões claras e remove ruído preto. Por outro lado, o filtro de mínimo escurece regiões claras e remove ruído branco. O filtro ponto médio (midpoint) combina máximo e mínimo. Consequentemente, ele é útil para ruídos aleatórios como o gaussiano.

filtragem adaptativa e o filtro de wiener

Primeiramente, filtros adaptativos ajustam seu comportamento localmente. Eles utilizam estatísticas como média e variância da vizinhança. Por exemplo, o filtro adaptativo de redução de ruído preserva bordas. Em regiões de alta variância (bordas), ele altera pouco o pixel. Em contrapartida, em regiões uniformes, ele aplica suavização intensa. O filtro de Wiener é uma abordagem ótima no domínio da frequência. Ele minimiza o erro quadrático médio entre a imagem original e a restaurada. Portanto, o conhecimento da potência do ruído e da imagem é necessário. Quando estas informações não estão disponíveis, usa-se uma aproximação com constante K. Dessa forma, este filtro é superior à filtragem inversa direta.