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CPGEI (Mestrado) Ricardo Umbria Pedroni

Sistema de Captura de Imagens e Mensuração da Pupila (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial - CPGEI)
Quando 28/06/2011
das 10h30 até 12h00
Nome do Contato Volnei Antonio Pedroni
Participantes Prof. Volnei Antonio Pedroni, Dr., Orientador - UTFPR
Prof. Humberto Remigio Gamba, Dr., Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Humberto Remigio Gamba, Dr., Presidente - UTFPR
Prof. Giselle Lopes Ferrari Ronque, Dr. - UFPR
Prof. Fábio Kurt Schneider, Dr. - UTFPR
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Sistema de Captura de Imagens e Mensuração da Pupila
Resumo: Essa dissertação propõe um algoritmo e um equipamento (hardware), com o respectivo firmware, para captação de imagens da pupila do olho humano e processamento das mesmas, a fim de obter, de forma automática, rápida e segura, o diâmetro da pupila, tanto de forma estática (medida do raio) quanto dinâmica (medida da taxa de variação do raio). Tal sistema pode ser utilizado no setor da saúde, por exemplo, para realização da pupilometria, exame este recorrente na área de oftalmologia, ou para medição da velocidade de expansão da pupila, exame auxiliar no diagnóstico de problemas conseqüentes da diabetes.
O equipamento desenvolvido é composto por uma câmera digital com características específicas para captação das imagens de interesse, uma FPGA (Field Programmable Gate Array), responsável pelo processamento das imagens e controle do sistema, um LCD (Liquid Crystal Display), para visualização das imagens durante os testes, bem como o software embarcado necessário ao funcionamento do sistema. A escolha de cada componente do sistema foi feita procurando atender às especificações com o menor custo possível, fato este que foi também determinante no desenvolvimento do algoritmo, o qual procura utilizar o mínimo de recursos (hardware).
De forma simplificada, o algoritmo procura o centro e o raio da pupila através de estimativas iniciais,extraídas do histograma e centróide da imagem. Paralelamente, são obtidas as bordas da imagem capturada, utilizando oo detector de bordas de Canny. Uma vez estimado o centro da pupila, procura-se 24 pontos sobre a borda ao redor do centro estimado, separados por 15 graus um do outro. Com esses pontos, estima-se, utilizando o método RANSAC (Random Sample Consensus), o centro e o raio verdadeiros da pupila do indivíduo sob teste. Tudo ocorre de forma automática e sem contato físico, bastando o indivíduo posicionar seu olho corretamente no campo de visão da câmera.
Palavras-chave: Imagens, Pupilometria, Processamento Digital de Imagens

Image Capture and Pupil Measurement System
Abstract: In this dissertation, an algorithm for image capture through a digital camera and pupil radius measurement are proposed. The algorithm and the equipment developed to achieve such goals may be used, among others, for the health-care field, using it for pupillometry, a recurring ophthalmology test, and auxiliary in other exams in diabetes patients. The developed equipment (hardware) is composed of a digital camera, responsible for capturing the images, an FGPA (Field Programmable Gate array), which is used for central processing and control of the system and an LCD (Liquid Crystal Display), used for visualizing the image at hand. Each component was chosen seeking cost reduction, which can also be observed in the algorithm development stage. The algorithm searches for the pupil center and it’s radius through initial estimations, achieved through the image’s histogram and centroid. Simultaneously, the image’s borders are attained through the use of Canny’s border detector algorithm. Once the pupil center is estimated, 24 points are marked on the nearest borders of the center; each point separated 15 degrees from one another. With these points and using the RANSAC (Random Sample Consensus) method, the real pupil center and radius are determined for the tested individual. Everything occurs in an automatic fashion, sufficing that the patient positions his eye correctly in front of the camera’s lens.
Keywords: Images, Pupillometry, Digital Image Processing
Lista de publicações:
PEDRONI, R.U., PEDRONI, V.A., Algorithm And Hardware Development For Pupil Measurements And Analysis In Digital Images For Medical And Other Applications, SForum - SBMicro 2010, São Paulo, Brazil

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