Planificación de Procesamiento Digital de Imágenes (2020)

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Información básica

Carrera
Ingeniería en Informática
Departamento
Informática
Sitio Web
No especificada
Plan de Estudios
Plan 2006
Carácter Período
Cuatrimestral 1° Cuatrimestre
Docente Responsable
César Ernesto Martínez

Equipo docente

Nombre y Apellido
Albornoz, Enrique Marcelo
Bugnon, Leandro Ariel
Ferrante, Enzo
Martínez, César Ernesto

Carga horaria

Carga horaria total 105 hs
Teoría 20 hs
Resolución de ejercicios 20 hs
Proyecto y diseño 20 hs
Evaluaciones 10 hs
Formación experimental 12 hs
Resolución de problemas de ingeniería 16 hs
Otras actividades 7 hs

Contenidos mínimos

Concepto de imagen digital y niveles de procesamiento. Percepción visual humana y adquisición digital de imágenes. Operaciones en el dominio espacial y frecuencial. Restauración de imágenes. Procesamiento en color. Compresión de imágenes.

Objetivos

Objetivo general:

Introducir al alumno en el tratamiento digital de las imágenes, extendiendo la teoría de muestreo y representación unidimensional vista en Procesamiento Digital de Señales, a las señales bidimensionales.

Objetivos particulares:

Que el alumno:

  • logre conocer los aspectos fundamentales de la representación digital de imágenes y de su tratamiento digital,
  • realice trabajos experimentales que reflejen situaciones reales típicas,
  • desarrolle su capacidad de análisis aplicando diversas estrategias para resolución de problemas,
  • aumente su creatividad para proponer nuevas soluciones o técnicas alternativas a las existentes,
  • sea capaz de leer, reproducir y analizar críticamente publicaciones de nivel científico,
  • aprenda a utilizar correctamente la terminología técnica específica,

Conocimientos específicos previos para cursar la asignatura

 Procesamiento Digital de Señales (indispensable).
 Algebra lineal.
 Programación.
 Estadística.

Metodología de enseñanza

Clases de teoría: se desarrollarán como exposiciones de aproximadamente 2 horas semanales, donde se introducirán los conceptos teóricos de cada unidad temática. El estudio de los temas contenidos en estas presentaciones deberá complementarse con la bibliografía recomendada y las guías de trabajos prácticos de cada tema. Este enfoque obliga a una participación activa del alumno en su propia formación aumentando su independencia y fortaleciendo sus capacidades para el autoaprendizaje.
 
La última unidad del programa corresponde al Seminario de aplicaciones, donde se expondrán en formato congreso (15 ó 20 minutos) temas de investigación y desarrollo que llevan adelante los integrantes de la cátedra, alumnos que realizan su Proyecto Final de Carrera en temas de la asignatura, o bien especialistas invitados a tal efecto. Los contenidos de esta unidad no serán evaluados.
 
Clases de práctica: en las prácticas de laboratorio se implementarán en computadora las diferentes técnicas de procesamiento digital de imágenes. Al comenzar cada clase se explicarán, durante aprox. 30 minutos, las características del trabajo a realizar, asociado al tema desarrollado previamente en la clase teórica, así también como particularidades de implementación cuando resulte necesario. Se atenderá a los grupos de trabajo durante aprox. 3 horas y media. Los prácticos son intensivos por lo que los alumnos reciben orientación y apoyo durante la clase, pero deben desarrollar también actividades en forma autónoma.
 
La herramienta sugerida para la resolución de los ejercicios es el lenguaje de programación C con la librería dedicada OpenCV (que posee un conjunto de rutinas desarrolladas especialmente para el procesamiento de imágenes y hacen más directa la implementación de los casos planteados).
 
El último trabajo práctico de la asignatura corresponde al Trabajo de Aplicación, el cual consiste en el desarrollo de un proyecto en áreas de interés para el Ingeniero Informático. El objetivo de este trabajo es integrar los conocimientos de la asignatura y acercar a los alumnos a la investigación. La propuesta del proyecto podrá ser original de los alumnos, o especificado por la cátedra. Se solicitará un informe escrito donde conste la introducción al problema, los métodos y materiales utilizados para su resolución, los resultados obtenidos y sus respectivas conclusiones, así como la implementación computacional (en soporte electrónico). Este informe se complementará con una presentación oral de 15 minutos al resto del alumnado en una sesión especial de teoría, que será realizada dentro del período de cursado.
 
Los informes entregados en cada cursado serán depositados en la Biblioteca de la Cátedra (Centro SINC de la FICH) y las versiones electrónicas junto a los códigos serán subidos a la página web de la cátedra. De esta manera, quedan a disposición de toda la comunidad universitaria y pueden servir de referencia bibliográfica en trabajos posteriores de los alumnos.
 
Cada docente brindará una hora semanal para consultas presenciales, que permitan evacuar las dudas que pudieran surgir en cualquiera de las actividades planteadas.
 
La asistencia a cualquiera de las clases es optativa y altamente recomendable.

Programa Analítico

Unidad VI: Morfología matemática

Operaciones matemáticas, lógicas y relacionales con imágenes. Morfología matemática binaria: erosión, dilatación, transformación hit-or-miss. Morfología de imágenes en grises. Aplicaciones.

Unidad I: Introducción al Procesamiento Digital de imágenes

Concepto de imagen digital y PDI. Niveles de procesamiento y disciplinas relacionadas. Espectro electromagnético y de luz. Ejemplos de campos de aplicación.

Sensado de imagen y adquisición. Muestreo y cuantización de imágenes: conceptos básicos, resolución, cuantificación. Formatos de las imágenes digitales.

Unidad II: Operaciones en el dominio espacial

Conceptos básicos. Transformaciones puntuales de niveles de gris: negativo, logarítmica, potencia. Procesamiento de histograma: ecualización y especificación. Realce mediante operaciones aritméticas (adición, sustracción, multiplicación, división) y operaciones lógicas (AND, OR, XOR). Fundamentos de filtrado espacial. Filtros espaciales: promediado, pasa-bajos, pasa-altos, máscara difusa, no lineales (mediana, adaptativo, variante). Pseudocolor y procesamiento de imágenes en color.

Unidad III: Operaciones en el dominio frecuencial

Señales y sistemas en dos dimensiones. Transformada bidimensional de Fourier y su inversa: definición, propiedades y representación gráfica. Importancia de la magnitud y la fase. Filtros frecuenciales: pasa-bajos, pasa-altos, fenómeno de Gibbs. Filtrado homomórfico. Correspondencia entre filtrado en el dominio espacial y frecuencial.

Unidad IV: Restauración de imágenes

Modelo del proceso degradación / restauración de una imagen. Origen de la degradación. Modelos de ruido. Restauración por filtrado espacial y frecuencial. Filtrado inverso. Filtrado de Wiener.

Unidad V: Nociones de segmentación

Detección de discontinuidades (punto, línea, borde). Detección de límites y unión de segmentos: procesos locales y globales (transformada Hough). Segmentación basada en regiones: concepto básico, algoritmos de crecimiento de regiones.

Unidad VII: Introducción a la visión computacional

Arquitectura de un sistema completo para seguimiento de objetos. Técnicas de modelado de fondo y detección de objetos en movimiento. Visión estereoscópica

Bibliografía

Bibliografía básica

S. Umbaugh
Computer Imaging: Digital Image Analysis and Processing
CRC Press Book

K. Castleman
Digital Image Processing
Prentice Hall

R. Gonzalez and R. Woods
Digital Image Processing, 3rd. Edition
Prentice-Hall

M. Petrou and C. Petrou
Image Processing - The Fundamentals (2dn ed)
WIley

T. Acharya and A. Ray
Image Processing. Principles and applications
Wiley-Interscience

R. Laganiere
OpenCV 2. Computer Vision Application Programming Cookbook
Packt Publishing

J. Russ
The Image Processing Handbook (4th ed)
CRC Press Book

 

Bibliografía complementaria

W. Burger and M. J. Burge
Digital Image Processing - An algorithmic Introduction Using Java
Springer

T. Chan and J. Shen
Image Processing and Analysis: Variational, PDE, Wavelet and Stochastic Methods
SIAM

G. Bradski and A. Kaehler
Learning OpenCV
O'Reilly

E. R. Davies
Machine Vision: Theory, Algorithms, Practicalities
Elsevier

Cronograma de actividades

Introducción a OpenCV Semana 1 Tipo: PL Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, César Ernesto Martínez, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Unidad I Semana 1 Tipo: T Duración: 1 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Unidad II - 1ra. parte (Transformaciones espaciales) Semana 2 Tipo: T Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Problemas de aplicación de la Unidad I Semana 2 Tipo: EP Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Unidad II - 2da. parte (Filtrado espacial) Semana 3 Tipo: T Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Transformaciones espaciales Semana 3 Tipo: EP Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:

En todas las prácticas de laboratorio se incluyen actividades de resolución de ejercicios en aula.

Unidad II: manejo del color Semana 4 Tipo: T Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Manejo del color Semana 4 Tipo: TP Duración: 3 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante
Descripción:
Observaciones:
Visita al Laboratorio de Marcha del CRI (Jerárquicos Salud) Semana 5 Tipo: PC Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:

Visita al CRI para conocer y ver en funcionamiento el Laboratorio de Marcha que posee el Centro, basado en el procesamiento de múltiples cámaras para captura y análisis del movimiento de pacientes.

Observaciones:
Problemas de aplicación - 1º parte Semana 6 Tipo: PI Duración: 8 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:

Corresponde a la realización de problemas seleccionados de cada guía de trabajos prácticos (se entrega un reporte sobre discusión de resultados)

Unidad III: dominio frecuencial Semana 6 Tipo: T Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Unidad IV: restauración Semana 7 Tipo: T Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Dominio frecuencial Semana 7 Tipo: EP Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Restauración Semana 8 Tipo: EP Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Unidad V (Segmentación) Semana 8 Tipo: T Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Consultas para parcial 1 Semana 8 Tipo: O Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:

Consultas

Observaciones:
Parcial 1 (Unidades I a III completas) Semana 9 Tipo: E Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Asignación de trabajos de aplicación Semana 9 Tipo: P/D Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Segmentación Semana 9 Tipo: PL Duración: 3 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Unidad VI: morfología Semana 10 Tipo: T Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Morfología Semana 10 Tipo: EP Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante
Descripción:
Observaciones:
Avance en el Trabajo de Aplicación Semana 10 Tipo: P/D Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Unidad VII: visión computacional Semana 11 Tipo: T Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Visión computacional Semana 11 Tipo: PL Duración: 3 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Problemas de aplicación - 2º parte Semana 11 Tipo: PI Duración: 8 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Visión computacional Semana 12 Tipo: P/D Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Revisión de los Trabajos de Aplicación Semana 12 Tipo: P/D Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, César Ernesto Martínez, César Ernesto Martínez, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Avance en el Trabajo de Aplicación Semana 12 Tipo: P/D Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, César Ernesto Martínez, César Ernesto Martínez, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Seminario de aplicaciones Semana 13 Tipo: P/D Duración: 3 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Evaluación de práctica Semana 13 Tipo: E Duración: 4 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Parcial 2 (Unidades IV a VI) Semana 14 Tipo: E Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Presentación de los Trabajos de Aplicación Semana 14 Tipo: P/D Duración: 3 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Recuperatorios de parciales Semana 16 Tipo: E Duración: 2 hs
Docente/s responsable/s: César Ernesto Martínez
Descripción:
Observaciones:
Recuperatorio de examen de práctica Semana 16 Tipo: O Duración: 3 hs
Docente/s responsable/s: Enrique Marcelo Albornoz, Leandro Ariel Bugnon, Enzo Ferrante, César Ernesto Martínez
Descripción:

Recuperatorio de práctica

Observaciones:

Requerimientos para regularizar

Debe obtener un puntaje mínimo de 40% en cada una de las evaluaciones (2 parciales de teoría, 1 evaluación de trabajos prácticos y el Trabajo de Aplicación).

Requerimientos para promover

Debe obtener un puntaje mínimo de 60% en cada una de las evaluaciones como mínimo y promedio general 70% en promedio (2 parciales de teoría, 1 evaluación de trabajos prácticos y el Trabajo de Aplicación).

Examen final

Alumnos regulares

1 instancia de evaluación
Evaluación de teoría: examen oral individual

Alumnos libres

3 instancias de evaluación:
1) trabajo de aplicación: realización del trabajo de aplicación, presentación de un informe y exposición oral en idénticas condiciones a las mencionadas para el cursado regular. Los alumnos deberán ponerse en contacto con la cátedra hasta un mes antes de la fecha prevista de examen, para la asignación del proyecto. La instancia de exposición oral será realizada en fecha a acordar con la cátedra.
2) evaluación de práctica: examen escrito a libro abierto y con computadora sobre un ejercicio práctico. La duración será estipulada oportunamente en función de la complejidad del ejercicio (mínimo: 1 hora, máximo: 3 horas). 
3) evaluación de teoría: examen oral individual

Evaluaciones

Fecha Tipo Modalidad Descripción
04-05-2020 Parcial Escrita Parcial 1.

Unidades I a III inclusive

08-06-2020 Parcial Escrita Parcial 2.

Unidades IV a VII inclusive

11-06-2020 Coloquio Oral/Escrita Trabajo de Aplicación.
18-06-2020 Trabajo Práctico Oral/Escrita Parcial de práctica.

Unidades I a VII inclusive

22-06-2020 Recuperatorio Escrita Recuperatorio de teoría.
25-06-2020 Recuperatorio Oral/Escrita Recuperatorio de examen de práctica.

Examen integrador a libro abierto. Se toma un problema abierto en ingeniería, que incluya uno o más temas del programa completo.