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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.18.2013.tde-12112013-172345
Document
Auteur
Nom complet
André de Souza Tarallo
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2013
Directeur
Jury
Paiva, Maria Stela Veludo de (Président)
Artero, Almir Olivette
França, Celso Aparecido de
Jorge, Lúcio André de Castro
Senger, Hermes
Titre en portugais
Construção automática de mosaicos de imagens digitais aéreas agrícolas utilizando transformada SIFT e processamento paralelo
Mots-clés en portugais
OpenMP
Speedup
Imagens aéreas agrícolas
Mosaico automático
Processamento paralelo
Transformada SIFT
Resumé en portugais
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.
Titre en anglais
Automatic construction of mosaics from aerial digital images agricultural using SIFT transform and parallel processing
Mots-clés en anglais
Aerial images agricultural
Automatic mosaic
OpenMP
Parallel processing
SIFT transform
Speedup
Resumé en anglais
The automatic construction of large mosaics from high resolution digital images is an area of great importance, which finds applications in different areas, especially agriculture, meteorology, biology and remote sensing. In agriculture, the efficiency of decision making is linked to obtaining faster and more accurate information, especially in the control of pests, diseases or fire control. So far this has been done semiautomatically and it is necessary to obtain the digital terrain model, do the orthorectification of images, insert markings on the ground by manual labor, so that software can build a mosaic in the conventional way. To automate this process, this project proposes three methodologies (1, 2, 3) based on algorithms already well-established in the literature (SIFT, BBF e RANSAC) and parallel processing (OpenMP), using high resolution/size aerial images agricultural of pasture and diverse cultures. The methodologies differ in how the calculations are performed for the construction of mosaics. Build mosaics with this kind of picture isn´t a trivial task, as it requires high computational effort for processing these images. The methodologies include a pre-processing of images to minimize possible distortions that arise in the process of image acquisition and also contain algorithms for smoothing the seams of the images in the mosaic. The image database, called image database without scaling, was constructed from images with dimensions of 2336 x 3504 pixels (100 images divided into 10 groups of 10 pictures), obtained in the region of Santa Rita do Sapucaí - MG, which were used to validate the methodology. Another image database, referred to as base images resize, contains 200 images of 533 x 800 pixels (10 groups of 20 pictures). It was used for evaluation of distortion compared to the free softwares Autostitch and PTGui, which have pre-defined parameters for the resolution of 533 x 800 pixels. The results of sequential processing time for the three methodologies showed the methodology 3 with the shortest time, which is 63.5% faster than the methodology 1 and 44.5% faster than the methodology 2. Parallel processing was evaluated for a computer with 2, 4 and 8 threads (4 physical cores and 4 virtual cores), reducing by 60% the time to build the mosaics of images for the methodology 1. It was found that a computer with 4 threads (physical cores) is most appropriate in execution time and Speedup, since when using 8 threads, threads virtual are included. The test results of distortion show that the mosaics generated with the methodology 1 have lower distortion for 7 groups of images in a total of 10. Distortions at the junctions of five mosaics consisting only of pairs of images were also evaluate utilizing the methodology 3, indicating that the methodology 3 has less distortion for 4 mosaics, for a total of 5. Contributions of this work have been the methodologies 2 and 3, with the distortions minimization of the mosaic junction, the parallelism in OpenMP and the assessment of parallelism with MPI.
 
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Date de Publication
2013-11-29
 
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