Construção automática de mosaicos de imagens digitais aéreas agrícolas utilizando transformada SIFT e processamento paralelo

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Tarallo, André de Souza
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: OpenMP; Speedup; Aerial images agricultural; Automatic mosaic; Imagens aéreas agrícolas; Mosaico automático; Parallel processing; Processamento paralelo; SIFT transform; Transformada SIFT
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18152/tde-12112013-172345/

A construção automática de grandes mosaicos a partir de imagens digitais de alta resolução é uma área de grande importância, encontrando aplicações em diferentes áreas, como agricultura, meteorologia, sensoriamento remoto e biológicas. Na agricultura, a eficiência no processo de tomada de decisão para controle de pragas, doenças ou queimadas está relacionada com a obtenção rápida de informações. Até o presente momento este controle vem sendo feito de maneira semiautomática, necessitando obter o modelo digital do terreno, fazer a ortorretificação de imagens, inserir marcações manualmente no solo, para que um software possa construir um mosaico de maneira convencional. Para automatizar este processo, o presente projeto propõe três metodologias (1, 2, 3) baseadas em algoritmos já consolidados na literatura (SIFT, BBF e RANSAC) e processamento paralelo (OpenMP), utilizando imagens aéreas agrícolas de alta resolução, de pastagens e plantações de diversas culturas. As metodologias diferem na maneira como os cálculos são realizados para a construção dos mosaicos. Construir mosaicos com este padrão de imagem não é uma tarefa trivial, pois requer alto esforço computacional para processamento destas imagens. As metodologias incluem um pré-processamento das imagens para minimizar possíveis distorções que surgem no processo de aquisição de imagens e contém também algoritmos para suavização das emendas das imagens no mosaico. A base de imagens, denominada base de imagens sem redimensionamento, foi construída a partir de imagens com dimensão de 2336 x 3504 pixels (100 imagens divididas em 10 grupos de 10 imagens), obtidas na região de Santa Rita do Sapucaí - MG, as quais foram utilizadas para validar a metodologia. Outra base de imagens, referida como base de imagens redimensionada, contêm 200 imagens de 533 x 800 pixels (10 grupos de 20 imagens) e foi utilizada para avaliação de distorção para comparação com os softwares livres Autostitch e PTGui, os quais possuem parâmetros pré-definidos para a resolução de 533 x 800 pixels. Os resultados do tempo de processamento sequencial para as três metodologias evidenciaram a metodologia 3 com o menor tempo, sendo esta 63,5% mais rápida que a metodologia 1 e 44,5% do que a metodologia 2. O processamento paralelo foi avaliado para um computador com 2, 4 e 8 threads (4 núcleos físicos e 4 núcleos virtuais), reduzindo em 60% o tempo para a construção dos mosaicos de imagens para a metodologia 1. Verificou-se que um computador com 4 threads (núcleos físicos) é o mais adequado em tempo de execução e Speedup, uma vez que quando se utilizam 8 threads são incluídos as threads virtuais. Os resultados dos testes de distorção obtidos evidenciam que os mosaicos gerados com a metodologia 1 apresentam menores distorções para 7 grupos de imagens em um total de 10. Foram também avaliadas as distorções nas junções de cinco mosaicos constituídos apenas por pares de imagens utilizando a metodologia 3, evidenciando que a metodologia 3 apresenta menor distorção para 4 mosaicos, em um total de 5. O presente trabalho contribui com a metodologia 2 e 3, com a minimização das distorções das junções do mosaico, com o paralelismo em OpenMP e com a avaliação de paralelismo com MPI.