Explorar o processamento de imagens, a visão por computador e a visão artificial

O que é o processamento de imagens?

Comecemos pela técnica fundamental subjacente à visão por computador e à visão artificial: o processamento de imagens. Envolve a utilização de algoritmos para manipular e melhorar imagens digitais, ajustando parâmetros como o brilho, o contraste, o equilíbrio de cores ou filtrando o ruído, para as preparar para uma análise e interpretação mais avançadas. 

Vejamos como funciona. O processamento de imagens é efectuado dividindo as imagens em pixels individuais e manipulando-os para obter os efeitos desejados. Por exemplo, para tornar uma imagem mais brilhante, o algoritmo pode aumentar a intensidade de cada pixel. Da mesma forma, para detetar arestas, pode procurar alterações súbitas nos valores dos pixéis. Ao aplicar operações matemáticas e algoritmos a estes pixéis, o processamento de imagens pode ser utilizado para melhorar a qualidade da imagem, extrair informações ou criar novas imagens. 

As técnicas de processamento de imagem são também essenciais para o processamento de dados e para a criação de conjuntos de dados visuais com imagens nítidas e de alta qualidade e ajudam os sistemas de visão por computador e de visão artificial a analisá-las com precisão. Bibliotecas como o OpenCV e o MATLAB fornecem estruturas robustas que tornam estas técnicas de processamento de imagem acessíveis a programadores e investigadores em vários domínios. 

Eis algumas técnicas populares de processamento de imagem: 

• Filtragem: A filtragem é aplicada para reduzir os níveis de ruído numa imagem, suavizando as variações e distorções. Alguns filtros comuns incluem os filtros Gaussianos para desfocar e os filtros medianos para remover o ruído de sal e pimenta, que aparecem como pixéis brancos e pretos aleatórios.
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• Deteção de bordos: É utilizada para identificar os limites dos objectos numa imagem através da deteção de alterações acentuadas na intensidade dos pixels. Aplicações como a imagiologia médica utilizam a deteção de bordos para delinear a estrutura de órgãos e tumores.
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• Limiarização: A limiarização no processamento de imagens envolve a conversão de uma imagem em escala de cinzentos numa imagem binária, definindo um valor de limiar. Os pixels que se encontram acima do limiar são tornados brancos (1) e os que se encontram abaixo são tornados pretos (0). 

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Explorar uma aplicação de processamento de imagem

O restauro de imagens é um ótimo exemplo de uma aplicação do processamento de imagens. Envolve a recuperação de uma imagem que se degradou ao longo do tempo. Técnicas como a filtragem e a redução de ruído são utilizadas para remover marcas, riscos, manchas, desgaste e rasgões e devolver à imagem degradada a sua qualidade original. O restauro de imagens é particularmente útil em situações em que as imagens são de baixa qualidade ou estão danificadas, como fotografias antigas.

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O que é a visão computacional?

Ao contrário do processamento de imagem, que se centra na alteração e melhoria de imagens, a visão por computador dá aos computadores a capacidade de ver e compreender o mundo real. Muitas aplicações utilizam a visão por computador para identificar e compreender objectos e pessoas em imagens ou fotogramas de vídeo. Reproduz a visão humana e tenta reproduzir a forma como damos sentido ao que vemos à nossa volta. 

A visão computacional pode ser utilizada para automatizar tarefas como a vigilância. Tem também uma vasta gama de aplicações práticas, como o reconhecimento facial, a imagiologia médica e os veículos autónomos. Os modelos de visão computacional são treinados utilizando técnicas de aprendizagem profunda para extrair e identificar caraterísticas e padrões complexos de conjuntos de dados de imagens em grande escala. Várias indústrias utilizam depois estes modelos treinados, como o Ultralytics YOLOv8, para diferentes tarefas, como a deteção e o seguimento de objectos.

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Por exemplo, os carros autónomos como o Tesla utilizam a visão por computador para navegar no mundo real. As imagens captadas pelas câmaras de bordo do automóvel são processadas utilizando a visão por computador. As tarefas de visão por computador, como a deteção, o seguimento e a segmentação de objectos, são vitais para compreender as situações de trânsito e o ambiente que as rodeia. Outra aplicação interessante é o reconhecimento facial. A visão por computador pode ser utilizada para analisar e reconhecer caraterísticas faciais em imagens, capturando o rosto de uma pessoa numa imagem ou vídeo, identificando as principais caraterísticas e comparando-as com uma base de dados de dados faciais armazenados.

O que é a visão artificial?

A visão artificial é utilizada em ambientes industriais, como grandes fábricas ou instalações de produção, para aplicações como garantir a qualidade do produto e verificar a correção de etiquetas e códigos de barras em produtos acabados. A visão artificial é um ramo especializado da visão por computador que se baseia em hardware durável para funcionar eficazmente em condições difíceis. Uma vez que estes sistemas estão integrados em aplicações industriais, a alta velocidade e a precisão em tempo real são essenciais. 

Vejamos como funciona. Em primeiro lugar, os dados são recolhidos utilizando uma ou mais câmaras de alta resolução. Estas câmaras podem também incluir caraterísticas especializadas, como imagens de infravermelhos ou térmicas. Em seguida, os dados recolhidos são analisados utilizando técnicas de visão por computador para extrair as informações necessárias. A informação extraída inclui normalmente detalhes como a identificação de objectos, formas, tamanhos, movimentos, padrões e quaisquer anomalias presentes na cena, dependendo da aplicação específica.

Compreender uma aplicação de visão artificial

O controlo de qualidade nas linhas de produção garante que apenas os produtos de alta qualidade chegam aos clientes, levando a uma maior satisfação dos clientes e a um aumento dos lucros. Os métodos tradicionais baseiam-se frequentemente na inspeção manual, que pode ser muito morosa e propensa a erros humanos. Um controlo de qualidade deficiente pode também levar a atrasos na produção, perdas financeiras e afetar a reputação da empresa. Uma excelente solução é a automatização de tarefas como a inspeção de superfícies, a verificação de etiquetas e o posicionamento de objectos com a ajuda da visão artificial.

Por exemplo, na indústria farmacêutica, a qualidade do produto é crucial e regulamentações rigorosas são aplicadas para manter altos padrões. A visão mecânica pode ser usada para garantir que as embalagens blister contenham o número correto de comprimidos, verificando se cada embalagem tem exatamente a quantidade certa, como dez comprimidos em uma embalagem de 10. Um modelo de visão por computador como o YOLOv8 pode ser utilizado para identificar e contar os comprimidos utilizando a deteção de objectos. 

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No entanto, é importante estar ciente de que existem algumas limitações a serem consideradas ao trabalhar com visão mecânica. Os sistemas de visão industrial necessitam frequentemente de excelentes condições de iluminação para iluminar os produtos em ambientes industriais. Também são necessárias câmaras, processadores e aceleradores de hardware de alta qualidade para capturar dados e acelerar o processo de análise. Um resultado direto do facto de estes sistemas serem especificamente concebidos para tarefas práticas em ambientes industriais é que a sua configuração pode ser dispendiosa.

Principais diferenças entre processamento de imagem, visão computacional e visão artificial

Agora que já discutimos as três tecnologias separadamente e analisámos algumas das suas aplicações, vamos analisá-las mais de perto, lado a lado. 

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O processamento de imagens é melhor para tarefas como o ajuste da luminosidade ou a filtragem de ruído, que necessitam de menos capacidade computacional e não exigem a capacidade de compreender informações visuais complexas. Por outro lado, a visão por computador é excelente na extração de informações significativas de imagens e no tratamento de cenas complexas, mas requer mais recursos computacionais e complexidade. Entretanto, a visão artificial foi concebida para utilizações industriais, como a inspeção automática, e é frequentemente suportada por sistemas especializados e dispendiosos.

Ver o panorama geral

Embora o processamento de imagem, a visão por computador e a visão artificial estejam intimamente relacionados, cada um deles serve objectivos distintos. O processamento de imagens melhora e manipula as imagens ao nível do pixel, o que o torna muito útil para tarefas como a reconstrução de imagens. 

A visão por computador, por outro lado, vai um pouco mais longe, dando aos computadores a capacidade de compreender e dar sentido aos dados visuais. É fundamental para casos de utilização como o reconhecimento facial e a condução autónoma de automóveis. Além disso, a visão artificial é utilizada especificamente para aplicações industriais. Automatiza processos industriais como inspecções e controlo de qualidade. 

Ao compreender estas tecnologias e as suas diferenças, pode escolher a mais adequada para as suas aplicações, conduzindo a uma maior eficiência e a melhores resultados.

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