FE - DI | Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento
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Browsing FE - DI | Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias"
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- Computer-aided detection and diagnosis of breast cancer in 2D and 3D medical imaging through multifractal analysisPublication . Soares, Filipe Cruz Gomes; Freire, Mário Marques; Pinto, João Seabra FerreiraThis Thesis describes the research work performed in the scope of a doctoral research program and presents its conclusions and contributions. The research activities were carried on in the industry with Siemens S.A. Healthcare Sector, in integration with a research team. Siemens S.A. Healthcare Sector is one of the world biggest suppliers of products, services and complete solutions in the medical sector. The company offers a wide selection of diagnostic and therapeutic equipment and information systems. Siemens products for medical imaging and in vivo diagnostics include: ultrasound, computer tomography, mammography, digital breast tomosynthesis, magnetic resonance, equipment to angiography and coronary angiography, nuclear imaging, and many others. Siemens has a vast experience in Healthcare and at the beginning of this project it was strategically interested in solutions to improve the detection of Breast Cancer, to increase its competitiveness in the sector. The company owns several patents related with self-similarity analysis, which formed the background of this Thesis. Furthermore, Siemens intended to explore commercially the computer- aided automatic detection and diagnosis eld for portfolio integration. Therefore, with the high knowledge acquired by University of Beira Interior in this area together with this Thesis, will allow Siemens to apply the most recent scienti c progress in the detection of the breast cancer, and it is foreseeable that together we can develop a new technology with high potential. The project resulted in the submission of two invention disclosures for evaluation in Siemens A.G., two articles published in peer-reviewed journals indexed in ISI Science Citation Index, two other articles submitted in peer-reviewed journals, and several international conference papers. This work on computer-aided-diagnosis in breast led to innovative software and novel processes of research and development, for which the project received the Siemens Innovation Award in 2012. It was very rewarding to carry on such technological and innovative project in a socially sensitive area as Breast Cancer.
- Human perception-oriented segmentation for triangle meshesPublication . Rodrigues, Rui Sérgio Viegas; Gomes, Abel João Padrão; Morgado, José Francisco MonteiroA segmentação de malhas é um tópico importante de investigação em computação gráfica, em particular em modelação geométrica. Isto deve-se ao facto de as técnicas de segmentaçãodemalhasteremváriasaplicações,nomeadamentenaproduçãodefilmes, animaçãoporcomputador, realidadevirtual, compressãodemalhas, assimcomoemjogosdigitais. Emconcreto, asmalhastriangularessãoamplamenteusadasemaplicações interativas, visto que sua segmentação em partes significativas (também designada por segmentação significativa, segmentação perceptiva ou segmentação perceptualmente significativa ) é muitas vezes vista como uma forma de acelerar a interação com o utilizador ou a deteção de colisões entre esses objetos 3D definidos por uma malha, bem como animar uma ou mais partes significativas (por exemplo, a cabeça de uma personagem) de um dado objeto, independentemente das restantes partes. Acontece que não se conhece nenhuma técnica capaz de segmentar correctamente malhas arbitrárias −ainda que restritas aos domínios de formas livres e não-livres− em partes significativas. Algumas técnicas são mais adequadas para objetos de forma não-livre (por exemplo, peças mecânicas definidas geometricamente por quádricas), enquanto outras são mais talhadas para o domínio dos objectos de forma livre. Só na literatura recente surgem umas poucas técnicas que se aplicam a todo o universo de objetos de forma livre e não-livre. Pior ainda é o facto de que a maioria das técnicas de segmentação não serem totalmente automáticas, no sentido de que quase todas elas exigem algum tipo de pré-requisitos e assistência do utilizador. Resumindo, estes três desafios relacionados com a proximidade perceptual, generalidade e automação estão no cerne do trabalho descrito nesta tese. Para enfrentar estes desafios, esta tese introduz o primeiro algoritmo de segmentação baseada nos contornos ou fronteiras dos segmentos, cuja técnica se inspira nas técnicas de segmentação baseada em arestas, tão comuns em análise e processamento de imagem,porcontraposiçãoàstécnicasesegmentaçãobaseadaemregiões. Aideiaprincipal é a de encontrar em primeiro lugar a fronteira de cada região para, em seguida, identificar e agrupar todos os seus triângulos internos. As regiões da malha encontradas correspondem a saliências e reentrâncias, que não precisam de ser estritamente convexas, nem estritamente côncavas, respectivamente. Estas regiões, designadas regiões relaxadamenteconvexas(ousaliências)eregiõesrelaxadamentecôncavas(oureentrâncias), produzem segmentações que são menos sensíveis ao ruído e, ao mesmo tempo, são mais intuitivas do ponto de vista da perceção humana; por isso, é designada por segmentação orientada à perceção humana (ou, human perception- oriented (HPO), do inglês). Além disso, e ao contrário do atual estado-da-arte da segmentação de malhas, a existência destas regiões relaxadas torna o algoritmo capaz de segmentar de maneira bastante plausível tanto objectos de forma não-livre como objectos de forma livre. Nesta tese, enfrentou-se também um quarto desafio, que está relacionado com a fusão de segmentação e multi-resolução de malhas. Em boa verdade, já existe na literatura uma variedade grande de técnicas de segmentação, bem como um número significativo de técnicas de multi-resolução, para malhas triangulares. No entanto, não é assim tão comum encontrar estruturas de dados e algoritmos que façam a fusão ou a simbiose destes dois conceitos, multi-resolução e segmentação, num único esquema multi-resolução que sirva os propósitos das aplicações que lidam com malhas simples e segmentadas, sendo que neste contexto se entende que uma malha simples é uma malha com um único segmento. Sendo assim, nesta tese descreve-se um novo esquema (entenda-seestruturasdedadosealgoritmos)demulti-resoluçãoesegmentação,designado por extended Ghost Cell (xGC). Este esquema preserva a forma das malhas, tanto em termos globais como locais, ou seja, os segmentos da malha e as suas fronteiras, bem como os seus vincos e ápices são preservados, não importa o nível de resolução que usamos durante a/o simplificação/refinamento da malha. Além disso, ao contrário de outros esquemas de segmentação, tornou-se possível ter segmentos adjacentes com dois ou mais níveis de resolução de diferença. Isto é particularmente útil em animação por computador, compressão e transmissão de malhas, operações de modelação geométrica, visualização científica e computação gráfica. Em suma, esta tese apresenta um esquema genérico, automático, e orientado à percepção humana, que torna possível a simbiose dos conceitos de segmentação e multiresolução de malhas trianguladas que sejam representativas de objectos 3D.
- Realistic simulation and animation of clouds using SkewT-LogP diagramsPublication . Duarte, Rui Pedro Monteiro Amaro; Gomes, Abel João PadrãoNuvens e clima são tópicos importantes em computação gráfica, nomeadamente na simulação e animação de fenómenos naturais. Tal deve-se ao facto de a simulação de fenómenos naturais−onde as nuvens estão incluídas−encontrar aplicações em filmes, jogos e simuladores de voo. Contudo, as técnicas existentes em computação gráfica apenas permitem representações de nuvens simplificadas, tornadas possíveis através de dinâmicas fictícias que imitam a realidade. O problema que este trabalho pretende abordar prende-se com a simulação de nuvens adequadas para utilização em ambientes virtuais, isto é, nuvens com dinâmica baseada em física que variam ao longo do tempo. Em meteorologia é comum usar técnicas de simulação de nuvens baseadas em leis da física, contudoossistemasatmosféricosdeprediçãonuméricasãocomputacionalmente pesados e normalmente possuem maior precisão numérica do que o necessário em computação gráfica. Neste campo, torna-se necessário direcionar e ajustar as características físicas ou contornar a realidade de modo a atingir os objetivos artísticos, sendo um fator fundamental que faz com que a computação gráfica se distinga das ciências físicas. Contudo, simulações puramente baseadas em física geram soluções de acordo com regras predefinidas e tornam-se notoriamente difíceis de controlar. De modo a enfrentar esses desafios desenvolvemos um novo método de simulação de nuvens baseado em física que possui a característica de ser computacionalmente leve e simula as propriedades dinâmicas relacionadas com a formação de nuvens. Este novo modelo evita resolver as equações físicas, ao apresentar uma solução explícita para essas equações através de diagramas termodinâmicos SkewT/LogP. O sistema incorpora dados reais de forma a simular os parâmetros necessários para a formação de nuvens. É especialmente adequado para a simulação de nuvens cumulus que se formam devido ao um processo convectivo. Esta abordagem permite não só reduzir os custos computacionais de métodos baseados em física, mas também fornece a possibilidade de controlar a forma e dinâmica de nuvens através do controlo dos níveis atmosféricos existentes no diagrama SkewT/LogP. Nestatese,abordámostambémumoutrodesafio,queestárelacionadocomasimulação de nuvens orográficas. Do nosso conhecimento, esta é a primeira tentativa de simular a formação deste tipo de nuvens. A novidade deste método reside no fato de este tipo de nuvens serem não convectivas, oque se traduz nocálculodeoutrosníveis atmosféricos. Além disso, atendendo a que este tipo de nuvens se forma sobre montanhas, é também apresentadoumalgoritmoparadeterminarainfluênciadamontanhasobreomovimento da nuvem. Em resumo, esta dissertação apresenta um conjunto de algoritmos para a modelação e simulação de nuvens cumulus e orográficas, recorrendo a diagramas termodinâmicos SkewT/LogP pela primeira vez no campo da computação gráfica.