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1. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Visão Computacional Ciência e Tecnologia das Máquinas que Enxergam Michel Alves dos Santos Centro de Pesquisa em Matemática Computacional Universidade Federal de Alagoas, Campus A. C. Simões Tabuleiro do Martins - Maceió - AL, CEP: 57072-970 Docente Responsável: Prof. Dr. Evandro Costa {michel.mas,michel.santos.al}@gmail.com 14 de Junho 2011 Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

2. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Sumário Tópicos Centrais da Explanação 1 Introdução: Percebendo o Mundo a Nossa Volta 2 O Conceito de Visão Computacional 3 Localização em Relação a Computação Gráﬁca 4 Visão Computacional e Campos Correlatos 5 Organização de um Sistema de Visão 6 Abordagem Baseada em Modelo 7 Visão e Processamento de Imagens 8 Conclusões a Respeito da Área Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

11. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Introdução Introdução Como perceber o mundo a nossa volta? Como Processamos os Estímulos Visuais? Máquinas e Percepção. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

15. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Motivação: Percebendo o Mundo Como perceber o mundo a nossa volta? Resposta: através dos nossos sentidos. Sentidos que captam estímulos(entrada) e nos fornecem informação para a tomada de uma ação/decisão! A esse processo de captação damos o nome de percepção Nesta apresentação, nosso foco será a visão Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

20. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Visão Humana Como Processamos os Estímulos Visuais? Os estímulos são captados por células fotossensíveis presentes na retina e enviados ao cérebro pelo nervo ótico. No cérebro, mais precisamente no córtex visual ocorre o processamento das imagens recebidas. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

23. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Máquinas e Percepção Percepção em Agentes Artiﬁciais A percepção fornece aos agentes informações sobre o mundo em que habitam. A percepção é iniciada por sensores. Sensor: é tudo que pode registrar algum aspecto do ambiente e repassá-lo como entrada a um programa de agente. E como dotar máquinas com percepção visual? Através de um ramo da ciência chamado Visão Computacional Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

29. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Visão Computacional Visão Computacional O Conceito de Visão Computacional Relação Entre Visão e Computação Gráﬁca Visão Computacional e Aplicações Tarefas Típicas em Visão Computacional Organização de um Sistema de Visão Computacional Exemplos em Usabilidade, Vigilância, Entretenimento, Realidade Aumentada e Robótica Kismet - The Sociable Robot | SixthSense Technology Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

37. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Visão Computacional O Conceito de Visão Computacional Segundo (Gomes & Velho, 2008), a Visão Computacional tem por ﬁnalidade obter, a partir de uma ou várias imagens, informações geométricas, topológicas ou físicas sobre os dados que as originaram. Em resumo, é a habilidade de analisar entradas visuais. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

40. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Visão Computacional e Computação Gráfica Relação Entre Visão e Computação Gráfica Apresenta-se como um sub-campo da Computação Gráfica. Enquanto a área de Visualização, efetiva a geração de imagens, a área de Visão Computacional trata do problema de interpretação das mesmas. Disciplina Inteligência Artificial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

43. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Visão Computacional e Campos Correlatos Relação Entre Visão e Demais Campos As aplicações na área médica, por exemplo, por sua vez utilizam, de maneira quase indivisível, técnicas de Processamento de Imagens, Visualização e Visão Computacional. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

44. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Visão Computacional e Campos Correlatos Relação Entre Visão e Demais Campos As aplicações na área médica, por exemplo, por sua vez utilizam, de maneira quase indivisível, técnicas de Processamento de Imagens, Visualização e Visão Computacional. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

45. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Visão Computacional e Aplicações Alguns Campos de Aplicação da Visão 1 Controle de Processos Industriais; Robôs em linha de montagem; Robôs exercendo função de reconhecimento; Inspeção de controle de qualidade; Cálculo de posicionamento e orientação de detalhes. 2 Detecção de eventos: defeitos, gestos, movimentos, etc; 3 Modelagem de objetos ou ambientes; 4 Navegação com autonomia parcial ou total; 5 Processamento médico da imagens; 6 Interação homem-computador. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

56. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Tarefas Típicas em Visão Computacional Algumas Tarefas Típicas em Visão 1 Reconhecimento; Detecção: distinção de objetos em condições específicas. Reconhecimento: uma ou várias classes pré-definidas; Identificação: uma instância individual de um objeto; 2 Movimento (e.g. estimativa da velocidade); 3 Reconstrução de Cena (e.g. reconstrução tridimensional) 4 Restauração de Imagens (e.g. remoção de degradações). Disciplina Inteligência Artificial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

64. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Tarefas Típicas em Visão Computacional Exemplificando o Diagrama de Reconhecimento Detecção de pele humana sob certas condições de iluminação inerentes ao ambiente Reconhecimento de objetos pertencentes a uma determinada classe: mão, face, etc. Identificação de instâncias individuais da classe ‘face’: Ganghi, Che Guevara, Charles Chaplin, etc. Disciplina Inteligência Artificial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

68. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Organização de um Sistema de Visão Funções Típicas Encontradas Acima são dados dois exemplos envolvendo detecção e segmentação de regiões. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

69. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Organização de um Sistema de Visão Funções Típicas Encontradas Acima são dados dois exemplos envolvendo detecção e segmentação de regiões. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

70. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Exemplos de Aplicação da Visão Computacional Alguns Exemplos 1 Usabilidade: Interface Homem-Máquina; Detecção da face para autenticação de ações; Rastreamento ocular para movimentação de objetos: Movimentação do mouse através da palma da mão; 2 Vigilância: Detecção de Objetos e Ações Rastreamento de veículos; Detecção de ações suspeitas em determinados ambientes; 3 Entretenimento: Jogos e Interface Nativa/Natural; 4 Realidade Aumentada; 5 Robótica: Navegação. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

81. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Exemplos de Aplicação da Visão Computacional Usabilidade Detecção de face para autenticação de ações Teclado Virtual - Ao estilo do ﬁlme ‘Minority Report’ Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

84. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Exemplos de Aplicação da Visão Computacional Vigilância Detecção de pessoas e rastreamento de veículos Veriﬁcação de velocidade e restrições de perímetro Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

87. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Exemplos de Aplicação da Visão Computacional Entretenimento Natural User Interface Aplicação em Jogos Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

90. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Exemplos de Aplicação da Visão Computacional Realidade Aumentada Uso na interação e visualização (e.g. marketing) Diversas aplicações em capacitações e treinamentos Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

93. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Exemplos de Aplicação da Visão Computacional Robótica Missão Mars Exploration Rover Veículos com Autonomia Parcial ou Total Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

96. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Kismet - The Sociable Robot O Mais Expressivo dos Robôs Sociáveis Construído na década de 1990 O mais expressivo dos robôs sociáveis construídos até então. Possuia a capacidade de expressar algumas emoções básicas por meio de mudanças em sua expressão facial Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

100. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Kismet - The Sociable Robot Vídeos do Projeto Kismet PLAY PLAY PLAY PLAY Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

101. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões SixthSense Technology Novo Conceito em Interface Interface Gestual que Aumenta o Mundo Físico ao Nosso Redor Desenvolvido pelo Fluid Interfaces Group do MIT Media Lab Para maiores detalhes acesse http://fluid.media.mit.edu/projects.html Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

105. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões SixthSense Technology Vídeos do Projeto SixthSense PLAY PLAY PLAY PLAY Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

106. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Abordagem Baseada em Modelo Abordagem Baseada em Modelo O Problema da Abordagem Baseada em Modelo Visão e Processamento de Imagens Alguns Conceitos Importantes Como as Imagens são Representadas no Computador? Espectro de Cores Visível e Frequência Operações em Imagens Digitais Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

113. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Abordagem Baseada em Modelo O Problema da Abordagem Baseada em Modelo Essa abordagem pode nos trazer uma massiva ambiguidade! Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

114. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Abordagem Baseada em Modelo O Problema da Abordagem Baseada em Modelo Essa abordagem pode nos trazer uma massiva ambiguidade! Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

115. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Abordagem Baseada em Modelo O Problema da Abordagem Baseada em Modelo Solução Não precisamos recuperar a cena exata em seus mínimos detalhes Apenas informação suﬁciente para: navegação, manipulação e reconhecimento Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

118. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Visão e Processamento de Imagens Relação Entre Visão e Processamento de Imagens Para extrair informações visuais necessárias as tarefas de manipulação, navegação e reconhecimento, devem ser construídas representações intermediárias. Os algoritmos de processamento de imagens são responsáveis pela extração de características que irão construir essas representações. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

121. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Representação Digital de Imagens Como as Imagens são Representadas no Computador? Uma imagem é composta por um conjunto de pontos, denominados pixels (picture elements), que por sua vez representam a intensidade do sinal luminoso pertencente a imagem. Este conjunto é disposto de maneira a formar uma matriz de pontos que é denominada de ‘Bit-Map’ ou ‘Mapa de Bits’. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

124. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Espectro de Cores Visível e Frequência Cor do Ponto de Vista do Universo Físico Do ponto de vista físico a cor é produzida por uma radiação eletromagnética cujo comprimento de onda λ se situa entre 400 e 800 nm. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

125. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Espectro de Cores Visível e Frequência Cor do Ponto de Vista do Universo Físico Do ponto de vista físico a cor é produzida por uma radiação eletromagnética cujo comprimento de onda λ se situa entre 400 e 800 nm. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

126. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Operações em Imagens Operações em Imagens Digitais Consideraremos operações entre imagens digitais a aplicação de operações matemáticas, aritméticas e lógicas, entre os níveis digitais de duas ou mais imagens ou bandas de uma imagem multiespectral. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

127. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Operações em Imagens Operações em Imagens Digitais Consideraremos operações entre imagens digitais a aplicação de operações matemáticas, aritméticas e lógicas, entre os níveis digitais de duas ou mais imagens ou bandas de uma imagem multiespectral. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

128. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Operações em Imagens Operações em Imagens Digitais Operações Pontuais: Aritméticas e Lógicas Operações Locais: Aplicação de Filtros (média, mediana, blur, etc.) Operações Globais: Transformadas de Fourier, Wavelet, Hough, etc; Transformações Geométricas: Translações, Rotações, Escalas, Morphing, etc. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

133. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Conclusões a Respeito da Área Algumas Conclusões Sub-área da Computação Gráfica É usada como meio propulsor para outros campos A área ainda possui muitos desafios: degradações(como ruído), ambigüidade e complexidade Conhecimento prévio é essencial para limitar o escopo dos problemas Requer Interdisciplinaridade Disciplina Inteligência Artificial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

139. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Terminando... Algumas Sugestões de Bibliotecas E muitas outras disponíveis tais como: gpuCV, Matrox Imaging Library, NI Vision, Gandalf, etc. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

140. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Terminando... Algumas Sugestões de Periódicos Periódico Publicações Citações PAMI - Pattern Analysis and Machine Intelligence 4881 118997 IJCV - International Journal of Computer Vision 1727 63408 TMI - IEEE Transactions on Medical Imaging 3411 43018 CVIU - Computer Vision and Image Understanding 1510 19450 IVC - Image and Vision Computing 2642 18507 Tabela: Ranking Top Journals in Computer Vision and Machine Learning segundo o site Microsoft Academic Search em 12 de Junho de 2011. Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

141. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Terminando... Algumas Sugestões de Leitura E milhares de outras disponíveis na internet... Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

142. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Terminando... Algumas Sugestões de Leitura E milhares de outras disponíveis na internet... Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

143. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Isso é Tudo Pessoal! Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

144. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Agradecimentos Grato Pela Atenção! Michel Alves dos Santos - michel.mas@gmail.com Disciplina Inteligência Artiﬁcial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

145. Universidade Federal do Estado de Alagoas Instituto de Computação - Campus A. C. Simões Referências Bibliográficas Jonas Gomes and Luiz Velho. Fundamentos da Computação Gráfica, volume 1 of Série de Computação e Matemática. IMPA, 1st edition, 2008. Rafael C. González and Richard Eugene Woods. Digital Image Processing. Pearson/Prentice-Hall, 2008. Stuart J. Russell and Peter Norvig. Inteligência Artificial, volume 1. Pearson Education, 2nd edition, 2004. Stuart J. Russell and Peter Norvig. Artificial intelligence - a modern approach (2nd ed.). http://aima.cs.berkeley.edu/2nd-ed/, 2009. Disciplina Inteligência Artificial I - Prof. Dr. Evandro Costa Visão Computacional: Ciência das Máquinas que Enxergam

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