Processamento de imagens de holografia digital para o estudo de organismos planctônicos

• Main Author: Ascaneo, Jefferson Serafim
• Other Authors: Hirata Junior, Roberto
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2017
• Subjects: Computer vision; Digital signal processing; Holografia; Holography; Image processing; Plancton; Plankton; Processamento de imagens; Processamento digital de sinais; Visão computacional
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-29062019-223239/

O estudo de plancton e importante para estimar a biodiversidade em ambientes marinhos, auxiliando na compreensao de sua dinamica e do impacto da atividade humana. Neste trabalho, estudamos as etapas necessarias para a observacao de organismos planctonicos utilizando um sistema holografico digital em linha. A holografia digital permite que as imagens sejam numericamente focalizadas apos sua aquisicao atraves de algoritmos de reconstrucao holografica, o que remove a limitacao da baixa profundidade de foco presente em metodos mais tradicionais, e permite a observacao de um volume maior de agua. E feita uma analise das limitacoes teoricas deste sistema holografico em termos das frequencias presentes no holograma e na sua reconstrucao, observando-se as consequencias para a escolha e implementacao dos algoritmos de reconstrucao. Tambem sao considerados alguns detalhes de implementacao que decorrem da natureza finita e discreta dos algoritmos. No processamento dos hologramas, os organismos sao automaticamente localizados segmentando-se regioes de interesse por meio de uma reconstrucao volumetrica. Estas regioes sao reconstruidas a diversas distancias e e feita a escolha de um plano focal utilizando uma medida de foco. Diversas medidas sao comparadas em imagens obtidas experimentalmente para determinar a mais adequada na focalizacao de organismos planctonicos. Por fim, descrevemos a aplicacao web desenvolvida para o processamento distribuido de imagens holograficas digitais de plancton. === The study of plankton is important for estimating biodiversity in marine environments, helping in the understanding of its dynamics and the impact of human activity. In this work, we study the necessary steps for the observation of planktonic organisms using an inline digital holographic system. Digital holography allows images to be numerically focused after its acquisition through holographic reconstruction algorithms, which removes the limitation of low depth of focus present in more traditional methods, and allows the observation of a bigger volume of water. We present an analysis of the theoretical limitations of this holographic system concerning the frequencies present in the hologram and its reconstruction, noting the consequences for the choice and implementation of reconstruction algorithms. Also considered are some implementation details that stem from the finite and discrete nature of the algorithms. In the processing of holograms, organisms are automatically located by segmenting regions of interest in a volumetric reconstruction. These regions are reconstructed at numerous distances and the choice of a focal plane is made using the values of a focus measure. Various measures are compared in experimentally obtained images to determine the most adequate for focusing planktonic organisms. Finally, we describe a web application developed for distributed processing of digital holographic images of plankton.