Teses e Dissertações (BDTD USP - IFSC)
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Item Análise da assimetria e irregularidade de borda entre lesões melanocíticas(2015-09-30) Sbrissa Neto, David AntônioNos últimos anos, o desenvolvimento da computação tem auxiliado profissionais da saúde no tratamento, prevenção e diagnóstico de doenças. Um dos grandes desafios do campo tem sido o desenvolvimento de métodos para a discriminação do câncer de pele do tipo melanoma maligno em relação à outras lesões benignas. Para tal, pesquisadores usam técnicas de processamento e análise de imagens, explorando métricas baseadas na regra ABCD, para o desenvolvimento de métodos de diagnóstico de melanoma através de imagens. Enquanto diversos estudos abordam a coloração e textura do melanoma, um tratamento sistemático da irregularidade dos melanomas ainda não foi relatado. O presente trabalho traz um estudo dos fatores que influenciam a discriminação de lesões melanocíticas malignas e benignas, tomando como referência a assimetria das lesões e as irregularidades contidas em sua borda. Foram coletadas 143 imagens de casos clínicos de melanoma maligno, nevos regulares e nevos atípicos. Após tratamentos iniciais das imagens e posterior segmentação das lesões, extraiu-se 52 métricas referentes ao propósito do trabalho. A visualização da projeção LDA das três categorias revelou boa discriminação entre as categorias melanoma com relação as demais, reforçando a premissa original da acentuada irregularidade dos melanomas. Este resultado foi confirmado pela validação cruzada da projeção, com acertos da ordem de 75% para o grupo melanoma e 54% e 40% para os respectivos grupos nevo regular e nevo atípico. Deste resultado prevê-se uma das aplicações do sistema, na discriminação geral entre melanoma dos demais nevos. Para tal, uniu-se os grupos benignos em uma única categoria para a validação cruzada, gerando cálculos de sensibilidade e especificidade da ordem de 90% e 73% respectivamente. Outro importante resultado foi a comparação desses valores com as informações sobre o diâmetro das lesões. Conclui-se que ambas medidas (borda e tamanho) são igualmente relevantes no diagnóstico do melanoma, reflexo da própria patologia do melanoma, na qual acentuam-se ambas características em relação as demais lesões. Porém, a junção de ambas informações num único processamento não melhora a qualidade do diagnóstico, que nos permite prever que possa ser mais vantajoso proceder duas validações distintas com pesos iguais para o diagnóstico final. Por fim, um teste realizado com clínicos gerais e especialistas em melanoma revelou uma importante contribuição do método no auxílio de triagens ambulatoriais de casos suspeitos, principalmente para médicos com baixa ou nenhuma experiência em diagnóstico de melanoma.Item Diagnóstico de leucemia linfóide auxiliado por computador(2014-12-05) Ushizima, Daniela MayumiO presente trabalho de doutorado visa estudar o diagnóstico de leucemias por meio de processamento das imagens de microscópio óptico de transmissão, em colaboração com médicos hematologistas do HC-FMRP-USP e sob supervisão do Prof. Dr. Marco Zago. Como nem todas as leucemias podem ser diagnosticadas por meio de parâmetros visuais, apenas os casos de leucemia linfóide serão considerados, uma vez que esses são casos onde as células podem ser classificadas visualmente com precisão. A análise citológica é feita por especialistas humanos, cotidianamente em casos de contagem do número de leucócitos e se limitam à avaliação de um número reduzido de amostras pois é uma tarefa repetitiva, minuciosa e especializada. Com a automação desse processo, há possibilidade de maior número de análises de imagens, com geração de informações estatísticas a respeito das células presentes em amostras de sangue. O reconhecimento automático da célula envolve três etapas básicas: a segmentação da imagem, a extração de características e a classificação. A técnica de reconhecimento de padrões adotada para segmentação das imagens de esfregaços de sangue utiliza aprendizagem supervisionada por cor no espaço RGB, gerando imagens binárias contendo as diferentes regiões de interesse: núcleo, citoplasma, fundo e hemácia. O usuário pode treinar o classificador para uma imagem de esfregaço de sangue periférico, segmentar, filtrar e processar várias medidas das ROIs, particularmente do núcleo e citoplasma, considerando parâmetros de forma, textura e cor. A contribuição desse projeto está na elaboração de programas de interface amigável tanto para reconhecimento de padrões quanto para seleção de característica e mineração de dados. O programa de reconhecimento de padrões é baseado em casos de leucócitos normais, de leucemia linfóide crônica, prolinfocítica e tricoleucemia. Para desenvolvimento do programa de reconhecimento de padrões foi necessária uma grande base de dados, que hoje conta com aproximadamente 1.439 imagens, onde cerca de 1.058 são de leucócitos normais e cerca de 381 de leucêmicosItem Um estudo quantitativo sobre a evolução de movimentos artísticos(2014-10-30) Silva Junior, Vilson Vieira daEnquanto muitos estudos são feitos para a análise e classificação de pinturas e outros ramos das Artes, este estudo não se detém somente a classificação. Estende-se aqui um método de análise já aplicado a Música e Filosofia (1), representando a evolução da Pintura como uma série temporal onde relações como oposição, inovação e dialética são medidas quantitativamente. Para isso, um corpus de pinturas de 12 artistas reconhecidos do período Barroco e de movimentos da Arte Moderna foram analisadas. Um conjunto de 99 atributos foi extraído e os atributos que mais contribuíram para a classificação das pinturas foram selecionados. O espaço de projeção obtido a partir desses atributos criou a base para a análise de medidas. Essas medidas quantitativas revelaram observações sobre a evolução dos estilos artísticos, especialmente quando comparados com outras áreas do conhecimento humano já analisados. A Música parece ter evoluído com a influência de uma tradição mestre-aprendiz (i.e. por apresentar alta dialética entre os músicos estudados). A Filosofia apresenta valores altos de oposição entre os representantes escolhidos (1), sugerindo que sua evolução apresenta constante oposição de ideias. Já na Pintura nota-se um outro padrão: aumento constante da inovação, baixa oposição entre membros do mesmo período artístico e picos de oposição no momento de transição entre estes períodos. Uma diferença entre os movimentos Barroco e movimentos da Arte Moderna foi também percebido no espaço projetado: enquanto as pinturas barrocas aparecem formando um agrupamento sobreposto, as pinturas modernas apresentam quase nenhuma sobreposição e estão dispostas espalhadas ao longo da projeção, mais que as barrocas. Essa observação encontra base na história da Arte onde os pintores barrocos compartilham características estéticas de suas pinturas, enquanto os modernos tendem a desenvolver seus próprios estilos e, por conseguinte, suas próprias estéticas.Item Entropia aplicada ao reconhecimento de padrões em imagens(2014-09-25) Assirati, LucasEste trabalho faz um estudo do uso da entropia como ferramenta para o reconhecimento de padrões em imagens. A entropia é um conceito utilizado em termodinâmica para medir o grau de organização de um meio. Entretanto, este conceito pode ser ampliado para outras áreas do conhecimento. A adoção do conceito em Teoria da Informação e, por consequência, em reconhecimento de padrões foi introduzida por Shannon no trabalho intitulado \"A Mathematical Theory of Communication\", publicado no ano de 1948. Neste mestrado, além da entropia clássica de Boltzman-Gibbs-Shannon, são investigadas a entropia generalizada de Tsallis e suas variantes (análise multi-escala, múltiplo índice q e seleção de atributos), aplicadas ao reconhecimento de padrões em imagens. Utilizando bases de dados bem conhecidas na literatura, realizou-se estudos comparativos entre as técnicas. Os resultados mostram que a entropia de Tsallis, através de análise multi-escala e múltiplo índice q, tem grande vantagem sobre a entropia de Boltzman-Gibbs-Shannon. Aplicações práticas deste estudo são propostas com o intuito de demonstrar o potencial do método.Item Classificação de textos com redes complexas(2014-01-22) Amancio, Diego RaphaelA classificação automática de textos em categorias pré-estabelecidas tem despertado grande interesse nos últimos anos devido à necessidade de organização do número crescente de documentos. A abordagem dominante para classificação é baseada na análise de conteúdo dos textos. Nesta tese, investigamos a aplicabilidade de atributos de estilo em tarefas tradicionais de classificação, usando a modelagem de textos como redes complexas, em que os vértices representam palavras e arestas representam relações de adjacência. Estudamos como métricas topológicas podem ser úteis no processamento de línguas naturais, sendo a tarefa de classificação apoiada por métodos de aprendizado de máquina, supervisionado e não supervisionado. Um estudo detalhado das métricas topológicas revelou que várias delas são informativas, por permitirem distinguir textos escritos em língua natural de textos com palavras distribuídas aleatoriamente. Mostramos também que a maioria das medidas de rede depende de fatores sintáticos, enquanto medidas de intermitência são mais sensíveis à semântica. Com relação à aplicabilidade da modelagem de textos como redes complexas, mostramos que existe uma dependência significativa entre estilo de autores e topologia da rede. Para a tarefa de reconhecimento de autoria de 40 romances escritos por 8 autores, uma taxa de acerto de 65% foi obtida com métricas de rede e intermitência de palavras. Ainda na análise de estilo, descobrimos que livros pertencentes ao mesmo estilo literário tendem a possuir estruturas topológicas similares. A modelagem de textos como redes também foi útil para discriminar sentidos de palavras ambíguas, a partir apenas de informação topológica dos vértices, evidenciando uma relação não trivial entre sintaxe e semântica. Para algumas palavras, a discriminação com redes complexas foi ainda melhor que a estratégia baseada em padrões de recorrência contextual de palavras polissêmicas. Os estudos desenvolvidos nesta tese confirmam que aspectos de estilo e semânticos influenciam na organização estrutural de conceitos em textos modelados como rede. Assim, a modelagem de textos como redes de adjacência de palavras pode ser útil não apenas para entender mecanismos fundamentais da linguagem, mas também para aperfeiçoar aplicações reais quando combinada com métodos tradicionais de processamento de texto.Item Autômatos celulares caóticos aplicados na Criptografia e Criptoanálise(2013-09-27) Justo, Marina Jeaneth MachicaoA teoria do caos estuda o tipo de comportamento, aparentemente aleatório, que apresentam alguns sistemas complexos sensíveis à perturbação dos seus parâmetros, como por exemplo sistemas dinâmicos, fractais, autômatos celulares, entre outros. Os autômatos celulares (ACs) são sistemas dinâmicos discretos que podem apresentar comportamentos caóticos a partir de regras simples. Os ACs tem sido empregados em diversas aplicações principalmente em simulações, mas também tem contribuído no reconhecimento de padrões, processamento de imagens e na Criptografia. A necessidade em transmitir informação de forma mais segura vem crescendo com a necessidade por novos algoritmos criptográficos. Paralelamente, os criptoanalistas vem progredindo constantemente na quebra e na procura de vulnerabilidades destes algoritmos, sendo necessaria a incursão de novas abordagens para atender estes desafios. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento e avaliação de algoritmos criptográficos, assim como um novo método de criptoanálise, motivados pela adequação dos ACs caóticos com os princípios de confusão e difusão da Criptografia, seguindo critérios apropriados para a boa construção destes algoritmos, que são sintetizados em três partes: (i) Na proposta do algoritmo de cifra criptográfico baseado no AC caótico, foi sugerida uma estratégia de seleção de ACs em base a combinação de vários critérios como o expoente de Lyapunov, a entropia e a distância de Hamming; visando selecionar um AC apropriado para a geração de números pseudo-aleatórios usados no processo de encriptação/decriptação do algoritmo, o qual é validado por diversos testes de aleatoriedade. (ii) Foi proposto o algoritmo de hash criptográfico baseado numa abordagem híbrida dos ACs e as redes complexas, visando a construção de um algoritmo flexível e de bom desempenho. Os resultados alcançados por ambos os algoritmos criptográficos mostraram-se relevantes quando comparados com o estado da arte, com boas qualidades de segurança e um grande potencial para ser aplicados em problemas reais. (iii) Na proposta do método de criptoanálise foi sugerido traçar equivalências entre os sistemas criptográficos e os ACs caóticos visando explorar e analisar seu comportamento dinâmico, por meio da adaptação do algoritmo do expoente de Lyapunov dos ACs, cujos resultados permitiram encontrar padrões característicos nos modos de operação criptográficos. Os resultados obtidos mostraram que a abordagem dos ACs caóticos para desenvolver os algoritmos pode ser bastante útil em aplicações de Criptografia e Criptoanálise.Item Redes complexas em visão computacional com aplicações em bioinformática(2013-09-11) Casanova, DalcimarRedes complexas é uma área de estudo relativamente recente, que tem chamado a atenção da comunidade científica e vem sendo aplicada com êxito em diferentes áreas de atuação tais como redes de computadores, sociologia, medicina, física, matemática entre outras. Entretanto a literatura demonstra que poucos são os trabalhos que empregam redes complexas na extração de características de imagens para posterior analise ou classificação. Dada uma imagem é possível modela-la como uma rede, extrair características topológicas e, utilizando-se dessas medidas, construir o classificador desejado. Esse trabalho objetiva, portanto, investigar mais a fundo esse tipo de aplicação, analisando novas formas de modelar uma imagem como uma rede complexa e investigar diferentes características topológicas na caracterização de imagens. Como forma de analisar o potencial das técnicas desenvolvidas, selecionamos um grande desafio na área de visão computacional: identificação vegetal por meio de análise foliar. A identificação vegetal é uma importante tarefa em vários campos de pesquisa como biodiversidade, ecologia, botânica, farmacologia entre outros.Item Descritores fractais aplicados à análise de texturas(2013-05-06) Florindo, João BatistaEste projeto descreve o desenvolvimento, estudo e aplicação de descritores fractais em análise de texturas. Nos últimos anos, a literatura vem apresentando a geometria fractal como uma ferramenta poderosa para a análise de imagens, com aplicações em variados campos da ciência. A maior parte destes trabalhos faz uso direto da dimensão fractal como um descritor do objeto representado na imagem. Entretanto, em função da complexidade de muitos problemas nesta área, algumas soluções foram propostas para melhorar essa análise, usando não apenas o valor da dimensão fractal, mas um conjunto de medidas que pudessem ser extraídas pela geometria fractal e que descrevessem as texturas com maior riqueza e precisão. Entre essas técnicas, destacam-se a metodologia de multifractais, de dimensão fractal multiescala e, mais recentemente, os descritores fractais. Esta última técnica tem se mostrado eficiente na solução de problemas relacionados à discriminação de imagens de texturas e formas, uma vez que os descritores gerados fornecem uma representação direta do padrão de complexidade (distribuição dos detalhes ao longo das escalas de observação) da imagem. Assim, essa solução permite que se tenha uma descrição rica da imagem estudada pela análise da distribuição espacial e/ou espectral dos pixels e intensidade de cores/tons de cinza, com uma modelagem que pode se aproximar da percepção visual humana para a geração de um método automático e preciso. Ocorre, entretanto, que os trabalhos apresentados até o momento sobre descritores fractais focam em métodos de estimativa de dimensão fractal mais conhecidos como Bouligand-Minkowski e Box-counting. Este projeto visa estudar mais a fundo o conceito, generalizando para outras abordagens de dimensão fractal, bem como explorando diferentes formas de se extraírem os descritores a partir da curva logarítmica associada à dimensão. Os métodos desenvolvidos são aplicados à análise de texturas, em problemas de classificação de bases públicas, cujos resultados podem ser comparados com métodos da literatura, bem como a segmentação de imagens de satélite e à identificação automática de amostras obtidas em estudos de nanotecnologia. Os resultados alcançados demonstram o potencial da metodologia desenvolvida para a solução destes problemas, mostrando tratar-se de uma nova fronteira a ser usada e explorada em análise de imagens e visão computacional como um todo.Item Análise de formas 3D usando wavelets 1D, 2D e 3D(2007-05-02) Pinto, Sílvia Cristina DiasEste trabalho apresenta novos métodos para análise de formas tridimensionais dentro do contexto de visão computacional, destacando-se o uso das transformadas wavelets 1D, 2D e 3D, as quais proporcionam uma análise multi-escala das formas estudadas. As formas analisadas se dividem em três tipos diferentes, dependendo da sua representação matemática: f(t)=(x(t),y(t),z(t)), f(x,y)=z e f(x,y,z)=w. Cada tipo de forma é analisado por um método melhor adaptado. Primeiramente, tais formas passam por uma rotina de pré-processamento e, em seguida, pela caracterização por meio da aplicação das transformadas wavelet 1D, 2D e 3D para as respectivas formas. Esta aplicação nos permite extrair características que sejam invariantes à rotação e translação, levando em consideração alguns conceitos matemáticos da geometria diferencial. Destaca-se também neste trabalho a não obrigatoriedade de parametrização das formas. Os resultados obtidos a partir de formas extraídas de imagens médicas e dados biológicos, que justificam este trabalho, são apresentados.