\IfFileExists{preamble.tex}
{\input{preamble.tex}}
{
\documentclass[a4paper,11pt]{article}

\usepackage[brazil]{babel}
\usepackage[latin1]{inputenc}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{url}
}


\begin{document}

\begin{center}
  \textsc{Universidade Federal de Minas Gerais --- UFMG} \\
  \textsc{Instituto de Ciências Exatas --- ICEx} \\
  \textsc{Departamento de Ciência da Computação --- DCC} \\
\end{center}

\bigskip

\begin{tabular}{@{}ll@{}}
  \emph{Disciplina:} & DCC884 --- Visão Computacional \\
  \emph{Professor:}  &
    Mario Fernando Montenegro Campos (\url{mario@dcc.ufmg.br}) \\
  \emph{Monitor:}    & Vilar Fiuza da Camara Neto (\url{neto@dcc.ufmg.br}) \\
  \emph{Período:}    & 1º semestre / 2007 \\
  \emph{Aulas:}      &
    Segundas e quartas, das 11:10 às 12:50, na sala 2029 do ICEx \\
  \emph{Página:}     &
    \url{http://www.dcc.ufmg.br/verlab/doku.php?id=cursos:visao:index} \\
\end{tabular}

\bigskip

\begin{center}
  \Large\textbf{1ª Lista de Exercícios}
\end{center}

\begin{flushright}
  \emph{Data da entrega:} 19/mar/2007
\end{flushright}

\bigskip


A lista é individual e as datas de entrega são fixas, devendo o trabalho ser
entregue no início da aula. Cada lista vale 5 pontos na nota final. Para cada
dia de atraso na entrega será descontado 0,5 ponto do valor da lista.

Esta lista de exercícios é composta de duas partes: a primeira de exercícios
teóricos e a segunda com implementações práticas. Não há formato específico
para apresentar as respostas e resultados. Porém, clareza na redação é um
requisito essencial. Embora o resultado possa ser manuscrito, lembre-se de que
``o que não se pode ler não se pode avaliar''. Assim, sugere-se que o trabalho
seja digitado, podendo o desenvolvimento matemático ser manuscrito.

O Matlab ou Scilab são recomendados para o desenvolvimento das aplicações, pois
permitem o desenvolvimento rápido de aplicativos e já incorporam várias rotinas
matemáticas e de manipulação de imagens. O Scilab é gratuito e pode ser baixado
da página \url{http://www.scilab.org/}. Você também pode usar outras linguagens
de programação, mas nesse caso lembre-se de incluir as instruções de compilação
dos programas e eventuais arquivos auxiliares, como ``makefiles'' ou arquivos
de projeto.

Em todos os casos, não se exige nenhuma interface gráfica: os programas podem
ler os dados de entrada por argumentos de linha de comando ou por digitação
pelo usuário, e podem gravar a saída em arquivos no disco.

Para arquivos gráficos, recomenda-se o uso dos formatos PNG ou JPEG. Nesse
sentido o Matlab e o Scilab ajudam, pois ambos disponibilizam rotinas de
leitura e gravação para esses formatos. Para os entusiastas de C e C++, a
biblioteca FreeImage (\url{http://freeimage.sourceforge.net/}) é uma
alternativa gratuita e multi-plataforma. Para a visualização dos arquivos, os
aplicativos IrfanView (Windows) e xv (Linux) são boas ferramentas e também são
gratuitos.

Em qualquer situação, os programas devem ser entregues com documentação de uso
ou devem ser auto-explicativos.


\section{Exercícios Teóricos}

\begin{enumerate}
\item O que ocorre com a imagem capturada por uma câmera projetiva se
  alterarmos a distância focal?


\item O modelo mais simples de câmeras projetivas é o \emph{pinhole}, que não
  sofre com as limitações de profundidade de campo e dispensa um conjunto
  complexo de lentes e ajustes. A construção é tão simples que há na Internet
  vários tutoriais para construir câmeras \emph{pinhole} de papel ou com latas
  de biscoito. Não obstante, as câmeras comerciais fogem desse modelo e são
  construídas com grandes aberturas. (Curiosamente, em geral as câmeras
  profissionais e as melhores lentes são as que possuem as maiores aberturas.)

  \begin{enumerate}
  \item Explique por que, com todas as vantagens, as câmeras \emph{pinhole} não
    são amplamente usadas.

  \item Quanto maior a abertura da lente, mais restrita é a profundidade de
    campo. Por quê?

  \item Fotografias com tempo de exposição muito curto tendem a ter a
    profundidade de campo muito reduzida. Por exemplo, fotos que registram um
    beija-flor parado no ar costumam apresentar as pontas das asas fora de
    foco. Explique como o tempo de exposição e a profundidade de campo estão
    relacionados.
  \end{enumerate}


\item Uma das questões práticas apresentadas na segunda parte deste trabalho
  pede para evitar iluminação artificial, procurando trabalhar com cenas
  naturalmente iluminadas. A freqüência da rede elétrica (60\,Hz no Brasil)
  pode comprometer os resultados, principalmente com o uso de lâmpadas
  fluorescentes. Por quê?
\end{enumerate}


\section{Exercícios Práticos}

\begin{enumerate}
\item Escreva um programa que mostre imagens de profundidade como imagens de
  intensidade (níveis de cinza codificam distâncias) ou como imagens sombreadas
  (ou tonalizadas) pelo coseno (\emph{cosine shaded image}). Experimente com
  imagens disponíveis na Internet (dica: uma biblioteca de imagens sintéticas
  está disponível em
  \url{http://sampl.ece.ohio-state.edu/data/3DDB/RID/MSU/Synth/index.htm}).


\item A aquisição de uma imagem de intensidade está sujeita à ação de diversas
  fontes de ruídos. O objetivo deste exercício é ter uma noção de quanto os
  ruídos podem interferir no processo de captura de imagens.

  Use uma câmera fixa para obter 10 imagens de uma mesma cena estática, ou
  seja, sem objetos em movimento. \emph{Importante:} Salve as imagens em um
  formato sem perdas, de preferência PNG.

  Para melhorar os resultados, observe as dicas a seguir:

  \begin{itemize}
  \item Procure uma cena iluminada por luz natural, evitando iluminação
    artificial;

  \item Procure uma cena com objetos claros e escuros, mas evite a saturação
    (estouro de branco);

  \item Para fixar a câmera, o melhor é usar um tripé;

  \item O experimento pode ser feito com qualquer câmera: \emph{webcam}, câmera
    fotográfica ou filmadora. O laboratório possui algumas câmeras que podem
    ser usadas neste experimento;

  \item Tente desativar o ajuste automático de exposição (\emph{auto gain
    control}) e não use \emph{flash}.
  \end{itemize}

  Responda as questões a seguir:

  \begin{enumerate}
  \item Descreva o seu sistema de captura, o tipo, marca e características da
    câmera, assim como as características das imagens obtidas.

  \item Estime o desvio-padrão da aquisição do ruído em cada pixel,
    $\sigma(i,j)$. Gere uma imagem em escala de cinza para representar o mapa
    de ruídos medidos na imagem. Os valores de intensidade dos pixels devem ser
    escalados de modo que o maior ruído seja representado por branco (ou seja,
    intensidade \texttt{255}) e a ausência de ruído seja representada por preto
    (ou seja, intensidade \texttt{0}).

    Analise a imagem resultante. Em condições ideais --- ou seja, segundo o
    modelo de ruído aditivo, branco e uniforme ---, a imagem deve ser
    praticamente toda branca, indicando que a magnitude do ruído é
    aproximadamente a mesma em todos os pixels (e, portanto, sempre próxima do
    máximo), sem relação com a estrutura da imagem capturada. Foi esse o
    resultado que você obteve? Caso contrário, analise criticamente e tente
    tirar conclusões: quais são as regiões com o maior ruído? Há alguma relação
    entre o mapa de ruídos e as imagens da cena?

  \item Plote um gráfico que apresente, para uma única linha de varredura no
    conjunto de imagens, a média de cada pixel e os valores acrescidos e
    reduzidos de $\sigma(i, j)$.

  \item Estime a média do ruído (a média de $\sigma(i, j)$). O que este valor
    indica?

  \item Qual o pior caso de aquisição de ruído?

  \item Uma fonte comum de ruídos é a causada pela compressão das imagens,
    usualmente feita segundo os padrões JPEG ou MPEG. É por isso que o
    enunciado pede para salvar as imagens em um formato sem perdas. Agora vamos
    analisar a compressão como fonte de ruídos.

    Os programas que fazem a conversão de imagens para JPEG permitem configurar
    o nível de compressão. É comum que apresentem uma escala qualitativa de
    compressão, permitindo a geração de arquivos de alta qualidade ou de
    tamanho pequeno.

    Converta as 10 imagens originais para o formato JPEG, gerando imagens de
    alta qualidade. (Dica: o aplicativo IrfanView permite converter vários
    arquivos de uma vez.) Repita os exercícios (b), (d) e (e) para esse novo
    conjunto de imagens. Analise os resultados, comparando-os com os obtidos
    originalmente. Repita o processo para arquivos JPEG de baixa qualidade e
    discuta se, no seu caso, a compressão gerou ruídos significativos.
  \end{enumerate}
\end{enumerate}


\end{document}


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