Revisão da 1ª Avaliação de Computação Gráfica

Exercício - Revisão 1ª Unidade [enviado pelo professor]

Defina as seguintes áreas da computação gráfica.

Análise de imagem.

Consiste na geração de dados a partir de uma imagem.

Processamento de imagem.

Consiste em transformar uma imagem ou transformar dados.

Síntese de imagem.

Consiste na geração de imagem através de dados.

Do que são compostas as imagens digitais? (explique)

As imagens digitais são compostas de Matiz, Saturação e intensidade ou luminosidade.

Matiz: Medida do comprimento de onda dominante (mede a frequência dominante da vibração luminosa) Saturação: Medida da pureza da cor.

Intensidade ou luminosidade: Medida de energia luminosa, onde o preto indica a ausência de energia.

Qual é o sistema de cores utilizado pelos computadores e qual a relação entre ele e o sistema de visão humana?

O sistema de cores usadas pelos computadores é o RGB (Red, Green, Blue), essas cores tem relação direta com os sensores do sistema visual humano, que identificam essas três faixas diferentes de cores. No qual o ser humano ver realmente a combinação dessas três cores básicas.

Qual a diferença entre os sistemas aditivos e subtrativos. Cite quais são e explique brevemente como funciona a composição das cores em cada um dos sistemas.

O sistema aditivo controla a intensidade (emissão de luz) da geração de três cores básicas, sendo elas o vermelho, azul e verde (RGB).

Já o sistema subtrativo funciona na mistura de pigmentos que absorvem as cores e refletem outras. As cores fundamentais são Ciano, Margenta e Amarelo (CMY).

O que são Primitivas vetoriais?

Primitivas são os elementos básicos que formam um desenho.

As primitivas vetoriais são associadas a um conjunto de atributos que define sua aparência e a um conjunto de dados que define sua geometria.

Que atributos podem ser associados às primitivas vetoriais?

O ponto pode ter cor; A linha pode ter espessura, cor, traço.

Cite vantagens e desvantagens na utilização de imagens vetoriais.

Vantagens: Facilidade de armazenamento dos elementos geométricos; Facilidade de manipulação (escala, rotação, etc.); Alteração simples.

Desvantagem: Requer dispositivos de saída específicos para ter bons resultados.

Cite vantagens e desvantagens na utilização das imagens matriciais.

Vantagens: Fácil tradução para dispositivos baseados em pontos (monitores, impressoras, etc.); Fácil armazenamento e leitura; Valores dos pixels podem ser alterados individualmente ou em grupo.

Desvantagens: Imagens podem ser muito grandes; Dificuldade em realizar operações de escala.

Qual a diferença entre Rasterização e Vetorização (explique).

Rasterização: conversão de um arquivo vetorial para o formato matricial.

Vetorização: conversão de um arquivo matricial para o formato vetorial.

Defina as seguintes etapas de um sistema de visão computacional

Segmentação: Procura isolar regiões de pontos da imagem pertencentes a objetos para posterior extração de atributos e calculo de parâmetros.

Classificação e reconhecimento: Faz a distinção de imagens e objetos segmentados. Onde o objeto é reconhecido através de 2 passos, o primeiro consiste em receber informações sobre o objeto que deve ser reconhecido e a segunda é a apresentação de objetos para serem reconhecidos. Na classificação pode ter ou não intervenção humana, dependendo do seu grau de complexidade.

Restauração e Realce: Tem por objetivo destacar detalhes da imagem.

Aquisição da Imagem: A aquisição de imagem é conseguida através da iluminação sobre um objeto que por sua vez absorve, transmite e reflete.

Decisão: Indagações a respeito dos parâmetros extraídos.

Extração de atributos/características: Extrai dados relevantes (atributos, objetos).

Adição de vetores e matrizes.

[39 45] + [64 53] = [103 98]

Subtração de vetores e matrizes.

[72 27] – [99 66] = [-27 -39]

Multiplicação de vetores e matrizes.

[2 5]x[19 52]=[2x19+5x68 2x52+5x35]=[38+340 104+175]=[378 279]

[4 7]  [68 35]=[4x19+7x68 4x52+7x35]  [76+476 208+245]  [552 453]

Onde pode ser aplicado tratamento e a melhoria das imagens?

Medicina, Controle de Qualidade, Biologia, Sistemas de Monitoração e Controle (segurança), Geologia, Sensoriamento Remoto (imagens de satélites), Meteorologia, etc.

Do que são compostas as imagens digitais? (explique)

Composta por um conjunto de pontos (matriz de pontos), denominados "Pixels" (Picture Elements) ou "Dots".

Onde os pixels formam uma matriz de pontos que são dispostos na tela do computador que é denominada de "Bit-Map" ou "Mapa de Bits".

Já o Mapa de bits é cada elemento da matriz que possui uma informação referente à cor associada aquele ponto específico.

Como se dá a percepção de cores do olho humano?

Através de uma combinação linear, onde cada cor é expressa como soma ponderada das cores básicas, que são três Red, Green e Blue.

Qual é o sistema de cores utilizado pelos computadores (monitores)?

Usualmente o sistema RGB (Red-Green-Blue) que é sistema aditivo, onde controla a intensidade da geração das três cores básicas- primárias aditivas.

Quais são as cores fundamentais do sistema subtrativo e como elas se comportam quando misturadas?

Cores fundamentais são Ciano, Margenta e Amarelo (CMY). E quando misturadas formam-se novas cores.

Cite dispositivos gráficos de entrada e de saída.

Entrada: Mesa Digitalizadora, Tablet, Joysticks, Luvas, Scanners Tridimensionais, Roupa de RV, entre outros.

Saída: Plotters, Cave, Display de retina, entre outros.

Resumo de todo conteúdo!

Qual a definição para Computação Gráfica?

Um conjunto de ferramentas e técnicas para converter dados para ou de um dispositivo gráfico através do computador.

O que podemos fazer com a imagem na computação gráfica?

A imagem pode ser transformada, adquirida ou gerada.

O que é Síntese de Imagens?

Criação de imagens a partir de representações geométricas ou matriciais, ou também chamada de Visualização Científica (Dados são usados para gerar a imagem).

O que Processamento de Imagens?

Processamento da imagens para obter transformações, tal como o realce ou a modificação.

Figura inicial > processamento > resultado

O que é Análise de Imagens?

Processa uma imagem e a partir desta obter informações analíticas como números, modelos matemáticos e afins (Dados são originados de informações adquiridas da imagem).

Como é feito a análise e síntese da imagem?

Síntese: dados para analisar > processamento > figura

Análise: dados para analisar < processamento < figura

Qual o primeiro sistema de CG?

SAGE (Semi-Automatic Ground Environment) foi o primeiro com conversão de imagens capturadas por um radar em imagem.

Quais as subáreas da CG?

Modelagem de Dados; Visualização (computação gráfica, síntese de imagem); Visão (análise de imagem); Processamento de imagens.

O que é Percepção Tridimensional?

Entender a forma como compreendemos a profundidade em imagens bidimensionais.

Quais os estímulos visuais?

Informações Monoculares;

Informações Óculo-Motoras;

Informações Estereoscópicas.

O que é Informações Monoculares?

São Informações obtidas através da imagem formada na retina a partir de um único dispositivo ocular;

Quais as Informações Monoculares?

Perspectiva; Oclusão; Conhecimento prévio do objeto; Densidade das Texturas; Variação da Reflexão da Luz; Sombras;

O que é Perspectiva?

Resultado da aparente diminuição do tamanho dos objetos quando o observador se distancia do mesmo.

O que é Oclusão?

Responsável pela posição relativa dos objetos, chamado também de interposição. Noção de profundidade na obstrução de objetos.

O que é Conhecimento prévio do objeto?

Imagens conhecidas pelo observador no mundo real, onde o mesmo traz referências de profundidade.

O que são Informações Óculo-Motoras?

São Informações fornecidas pelo movimento dos olhos através dos músculos do globo ocular.

Quais as Informações Óculo-Motoras?

Acomodação: alteração do foco dos objetos projetados na retina através da mudança do formato do cristalino (observar um objeto muito próximo ou muito distante).

Convergência: grau de rotação dos olhos ao longo do eixo de visão para focar um objeto. Por exemplo, a observação do próprio nariz.

Quais as Informações Estereoscópicas?

Visão de uma imagem diferente por cada olho, chamado de disparidade ocular. O cérebro pode processar as duas imagens e obter a noção de tamanho e profundidade. Este é o princípio de percepção tridimensional.

O que é Representação Vetorial?

É a representação através de vetores, os quais são segmentos de reta orientados, partindo da origem do sistema de coordenadas a um ponto determinado, tendo direção, sentido e comprimento.

O que é Representação Matricial?

É a representação da imagem através de matrizes, onde cada célula representa um pixel (picture element) de um sistema de cores.

O que são Sistemas Gráficos?

É Conjunto de dispositivos que possibilitam a entrada e saída de informações gráficas. Que são classificados em Dispositivos gráficos de entrada/saída.

VISÃO COMPUTACIONAL

Qual a sequência tradicional para sistemas de Visão Computacional?

(Aquisição / Digitalização) >pixels> (Restauração / realce) >pixels> (Segmentação) >grupo de pixels> (Extração de Atributos / Características) >dados> (Classificação / Reconhecimento) >grupo de dados> (Decisão)

Descreva as seguintes etapas de um sistema de Visão Computacional:

Aquisição da Imagem.

A luz incide sobro o objeto, que por sua vez absorve, transmite e reflete parte dessa luz, que é captada por um dispositivo de imagem, onde o mais utilizado é a câmera CCD, que possui uma matriz de células semicondutoras fotossensíveis, que armazenam a carga elétrica emitida pela luz. Nessa aquisição da imagem podem ser influenciado por diversos fatores, tais como, objeto em movimento, superfície do objeto, iluminação, tamanho e a distância do objeto ao dispositivo de captação da imagem.

Restauração e Realce

A restauração visa corrigir as distorções sofridas pela imagem, geradas normalmente pela limitação dos sistemas de aquisição de imagem e o realce, visa enfatizar alguma característica de interesse na imagem.

Segmentação

Tem por objetivo isolar áreas da imagem para uma posterior extração, aquisição de atributos e cálculos de parâmetros. Por meio da Separação por tom de corte (fundo e objeto).

Extração de atributos/características

É um processo que consiste em garimpar informações de uma imagem e como sabemos, uma imagem é formada por modelos matemáticos como matrizes e estas contêm características que podem ser matematicamente identificadas. Onde os Atributos mais comuns são: número total de objetos, dimensões, geometria, propriedades luminosas, texturas.

Classificação e reconhecimento

É o ato de distinguir os objetos na imagem agrupando em parâmetros de acordo com sua semelhança para cada região de pixels encontrada. Onde compara as suas características com as dos objetos das classes previamente estabelecidas / classes padrão.

Decisão

Tem por objetivo tomar decisões a partir da extração de informações do mundo real (análise das imagens), ou seja, a mineração de dados para a localização de padrões. Com isso a tomada de decisão pode ser feita a partir de inferências simples a respeito de parâmetros extraídos dos objetos ou de algoritmos mais complexos de Inteligência Computacional.

Quais as etapas do Processo de extração do conhecimento?

Banco de Dados > Pré-processamento > Extração de características > identificação > Interpretação e avaliação > conhecimento.

A IMAGEM

REPRESENTAÇÃO DIGITAL DE IMAGENS

Tratamento e análise de imagens.

Processamento de Imagens

É a manipulação e exibição de imagens pronta, que envolve processos de tratamento da imagem e processos que permitam a interface entre dispositivos de entrada e saída gráfica e o arquivo de imagem.

Não possui como fim a geração de uma imagem a partir de dados, mas a manipulação de uma imagem previamente gerada e até possivelmente a extração de informações a partir desta imagem.

Quais as aplicações?

Tratamento e melhoria de imagens.

Medicina, Controle de Qualidade, Biologia, Sistemas de Monitoração e Controle (segurança), Geologia, Sensoriamento Remoto (imagens de satélites), Meteorologia, etc.

Reconhecimento e classificação de objetos presentes em uma imagem

Sistemas de segurança (impressões digitais), interpretação automática de textos, visão artificial, robótica, exploração automatizada (sistemas anti-bombas, exploração submarina, mísseis teleguiados), etc.

Como é formada a Imagem?

Composta por um conjunto de pontos (matriz de pontos), denominados "Pixels" (Picture Elements) ou "Dots".

O que são Pixels?

São dispostos na tela do computador formando uma matriz de pontos que é denominada de "Bit-Map" ou "Mapa de Bits".

Mapa de bits.

Reticulado - cada elemento da matriz possui uma informação referente à cor associada aquele ponto específico.

Resolução da imagem.

Número de elementos que a imagem possui na horizontal e na vertical.

O que é resolução espacial da visão?

Medem quantos pontos (pixels) diferentes o olho pode distinguir em uma imagem.

Qual o Campo visual humano?

Matriz de 3.000 x 3.000 pixels.

Qual a resolução de uma Televisão comum?

512 x 480 pixels.

Qual a resolução da Televisão de alta definição (HDTV)

2.000 x 1.100 pixels

Resolução de Computadores PC

Resolução determinada pelo modo gráfico escolhido – dentro do limite estabelecido, valores comuns: 640 x 480, 800 x 600 e 1024 x 768.

Qual a Razão de aspecto do monitor?

4/3 – computadores e televisão comum e 2 (aproximadamente) para cinema e HDTV.

Qual a quantidade de bits requerida por um pixel?

Depende principalmente da representação adotada para as cores.

Qual o espectro visível do olho humano?

400nm (violeta) a 700nm (vermelho).

Quais os picos de maior sensibilidade do olho humano?

Aproximadamente ao verde (principal), ao vermelho (um pouco menor) e ao azul (bem menor).

Como são percebidas as cores pelo ser humano?

Através de uma combinação linear, onde cada cor é expressa como soma ponderada das cores básicas, que são três Red, Green e Blue.

Qual o sistema de cores utilizado nos computadores?

Usualmente o sistema RGB (Red-Green-Blue) que é sistema aditivo, onde controla a intensidade da geração das três cores básicas- primárias aditivas.

Como é definida a cor no computador?

Especifica-se a intensidade (valor associado) aos emissores R, G e B.

O que é um sistema aditivo?

São fontes emissoras de luz.

O que são sistema subtrativo?

São utilizados nas tintas, os pigmentos absorvem determinadas cores e refletem outras.

Quais as cores fundamentais do sistema subtrativo?

(CMY - Cyan, Magenta e Yellow)

O Sistema subtrativo.

É complementar ao RGB (inverso); É usada a variante CMYK (cyan-magenta-yellow-black) devido à dificuldade de obter pigmentos com alta pureza de cor.

Qual a utilização do sistema subtrativo?

Impressão, fotografia.

Existem apenas os sistemas RGB e CMY como formas de representação de cores?

Existem outros sistemas que procuram se adaptar melhor a uma determinada aplicação ou função. Tais como: YIQ; HSI; HSV; HLS.

O que é matiz?

É a medida do comprimento de onda dominante (mede a frequência dominante da vibração luminosa), ou seja, mede a qualidade que distingue o azul do verde, do vermelho, etc., com codificação de cerca de 4 bits.

O que é Saturação?

Medida da pureza da cor. O Branco (mistura perfeita das cores) representa a impureza da cor (saturação zero). Para outras cores, a saturação pode ser entendida como a quantidade de branco presente. Tons muito saturados são “brilhantes”. Tons pouco saturados são “pastel”. Codificação – cerca de 4 bits.

O que é Intensidade ou luminância?

É a medida da energia luminosa. Preto representa a ausência de energia (intensidade nula). Parâmetro da cor ao qual o olho é mais sensível. Sistemas “monocromáticos” trabalham com a informação de luminância. Codificação - 8 bits.

Modelo YIQ

Usado na transmissão comercial de TV colorida. Foi projetado para tirar vantagem do sistema da maior sensibilidade da visão humana a mudanças na luminância do que nas mudanças de matiz e saturação. Representação de Y - Banda mais larga. Representação de I e Q – banda mais estreita. Luminância e informação de cores desacopladas.

O Modelo HSI.

Componente de intensidade (I) desacoplado da informação de cor. Os componentes de matiz e saturação são intimamente relacionados à percepção humana de cores. Ideal para desenvolvimento de algoritmos baseados em propriedades do sistema visual humano.

O Modelo HLS.

Usado para especificação de cor por usuários humanos. A intensidade ou luminância - medida da energia luminosa. O matiz - medida do comprimento de onda dominante. A saturação - medida da pureza da cor. O preto representa a ausência de energia (baixa luminância). O branco representa a impureza da cor (baixa saturação).

O que a Gama do sistema?

É o conjunto de cores que pode ser produzido a partir de determinadas primárias.

REPRESENTAÇÃO VETORIAL E MATRICIAL

Onde é empregada a Representação Vetorial da Imagem?

Em computação gráfica, para a definição e modelagem dos objetos sintéticos que serão representados pela imagem.

O que são primitivas vetoriais?

São os elementos básicos para a representação vetorial que são os pontos, as linhas, as curvas, etc. As primitivas vetoriais são associadas a um conjunto de atributos que define sua aparência e a um conjunto de dados que define sua geometria (pontos de controle).

Quais as vantagens das imagens vetoriais?

Facilidade de armazenamento dos elementos geométricos; Facilidade de manipulação (escala, rotação, etc.); Alteração simples.

Qual a desvantagem das imagens vetoriais?

Requer dispositivos de saída específicos para ter bons resultados;

Representação Matricial de Imagem.

É típica das imagens digitalizadas capturadas por scanners ou utilizadas nos vídeos.

Como é feita a Representação Matricial de Imagem?

A imagem é descrita por um conjunto de células em um arranjo espacial bidimensional, uma matriz, onde cada célula representa os pixels da imagem. As imagens matriciais são também conhecidas como bitmaps.

Quais as vantagens das imagens matriciais?

Fácil tradução para dispositivos baseados em pontos (monitores, impressoras, etc.); Fácil armazenamento e leitura; Valores dos pixels podem ser alterados individualmente ou em grupo;

Quais as desvantagens das imagens matriciais?

Imagens podem ser muito grandes; Dificuldade em realizar operações de escala.

O que é Rasterização?

Conversão de um arquivo vetorial para o formato matricial.

O que é Vetorização?

Conversão de um arquivo matricial para o formato vetorial.

Como interagimos com o sistema?

Através dos dispositivos gráficos interagimos com o sistema na busca de uma extensão dos limites do nosso corpo e uma melhor comunicação com a máquina.

Os dispositivos podem ser.

Dispositivos gráficos de entrada: Mesa Digitalizadora, Tablet, Joysticks, Luvas, Scanners Tridimensionais, Roupa de RV, entre outros.

Dispositivos gráficos de saída: Plotters, Cave, Display de retina, entre outros.

TRANSFORMAÇÕES GEOMÉTRICAS

Adição:

[1 1 1] + [2 0 3] = [3 1 4]

Subtração:

[1 1 1] – [2 0 3] = [-1 1 -2]

Multiplicação:

[1 2] [7 6] = [1x7+2x5 1x6+2x0] = [17 6]

[3 4] [5 0]    [3x7+4x5 3x6+4x0]   [41 18]