Tecniche strumentali innovative per la caratterizzazione delle percezioni sensoriali Milano 17 Febbraio 2009 Metodiche di valutazione visiva applicate alla ricerca ed al controllo qualità in campo Alimentare, Ambientale e Farmaceutico

Lanalisi quantitativa delle immagini rappresenta larte di trasformare una sensazione visiva irrazionale nella sua forma schematica e discreta consentendone la descrizione, la classificazione e linterpretazione matematica e logica univoca delle sue componenti. Introduzione

1. Un po di chiarezza sullargomento … Esistono due principali settori applicativi nei quali viene fatto uso della percezione visiva quale informazione di base : Visione Artificiale Analisi quantitativa

1. Un po di chiarezza sullargomento … La visione artificiale studia la possibile applicazione ed estensione delle capacità visive proprie degli esseri viventi a dispositivi meccanici. La visione artificiale simula la capacita umana di vedere il mondo reale che ci circonda e fornisce al sistema di calcolo (a cui è connessa) le informazioni utili alla sua interpretazione ed alla elaborazione delle azioni necessarie a rispondere agli stimoli del contesto che il sistema sta affrontando. Lanalisi delle immagini trasforma le informazioni che descrivono la scena od i particolari in essa presenti nella corrispondente descrizione numerica. Una volta codificata in un formato digitale i componenti la scena reale possono venire dimensionati, descritti per forma, classificati per colore e tramatura. AzioneReazione Le due tecniche condividono molti metodi e molti algoritmi ma possiedono finalità differenti:

2. Come avviene la trasformazione di una scena … Per vedere una scena occorre un occhio Nel nostro caso la telecamera rappresenta locchio elettronico del sistema di analisi. Attraverso di essa avviene la trasformazione della scena visiva nella sua forma numerica e discreta. Lequivalente elettronico del sistema visivo umano (retina, coni e bastoncelli) è rappresentato dal sensore CCD.

Il sensore CCD è composto da una matrice bidimensionale di celle fotosensibili in grado di immagazzinare il flusso di fotoni che le raggiunge nel tempo T (tempo di esposizione). Il numero di celle che compone la matrice, espresse in numero di righe e di colonne, ne determina la risoluzione in Pixels. Esempio: 1390 x 1040 pixel compongono una matrice pari a 1.3 megapixels 2. Come avviene la trasformazione di una scena … Fase A - Esposizione Fase B – Lettura delle singole celle Fase C – Conversione Digitale Le dimensioni delle singole celle determinano la q.tà di fotoni immagazzinabile prima della saturazione. Fasi operative

2. Come avviene la trasformazione di una scena … La Definizione Linsieme delle variazioni di illuminazione e dei contrasti, unitamente alla composizione dei particolari presenti nella scena determinano la percezione visiva della stessa. La definizione dei particolari, intesa come la capacità del sistema di distinguere chiaramente i dettagli più piccoli, contribuisce al riconoscimento ed alla descrizione numerica accurata della scena. Principale artefice della definizione di un sistema è la sua sezione ottica. Attenzione : La definizione non deve essere confusa con la risoluzione digitale.

2. Come avviene la trasformazione di una scena … Il Colore Il colore può assume una importanza basilare nella valutazione di una scena sia come fattore discriminante dei particolari che la compongono, sia come fattore comparativo, sia come indice di una particolare situazione temporale. Il sistema colorimetrico utilizzato per la descrizione delle immagini digitali è di tipo additivo RGB. I colori primari Rosso, Verde e Blu vengono sommati tra loro per ottenere tutte le tinte esistenti.

2. Come avviene la trasformazione di una scena … La digitalizzazione del colore attraverso il CCD Scena reale Filtro RGB Sensore CCD Bayer Immagine colore Singolo sensore CCD con filtro Bayer.

2. Come avviene la trasformazione di una scena … La digitalizzazione del colore attraverso il CCD Lutilizzo del filtro RGB consente una migliore separazione delle componenti colore rispetto ai classici filtri ottici di tipo Bayer (telecamere colore singolo sensore) fornendo risultati equivalenti o superiori a quelli ottenuti con le classiche telecamere a 3CCD. I singoli canali possono essere gestiti in forma indipendente in termini di tempi di esposizione e guadagno per una perfetta bilanciatura del bianco. Singolo sensore CCD con filtro RGB.

2. Come avviene la trasformazione di una scena … Ripresa micro e macro Le dimensioni della scena da riprendere condizionano la scelta del sistema di acquisizione da utilizzare. In particolare lottica necessaria a fornire la definizione adeguata al particolare di nostro interesse ci orienta obbligatoriamente verso la micro o la macro ripresa. Dettagli invisibili (cellulare o sub cellulare) Dettagli visibili

2. Come avviene la trasformazione di una scena … Ambiente di ripresa macro Lambiente di ripresa è importante per ottenere ripetibilità ed accuratezza nel processo di trasformazione della scena reale. La ripresa della scena deve risultare esente da interferenze esterne che potrebbero alterare la risposta del sistema. Lilluminazione del soggetto (scena) deve rispondere ad alcuni requisiti di standardizzazione quali la temperatura colore delle lampade e langolo di incidenza della luce sul soggetto. 45°

2. Come avviene la trasformazione di una scena … Standard Colorimetrici Per poter confrontare e misurare le caratteristiche di colore delle immagini digitalizzate bisogna essere certi che non vi sia stata nessuna fonte di variabilità durante la ripresa. La presenza in ogni scena di acquisizione di un riferimento colorimetrico noto (standard) garantisce la possibilità di correggere e compensare differenze od alterazioni introdotte durante lacquisizione. E anche possibile produrre una scala di taratura rispetto ad un sistema di riferimento noto, ottenuta ad esempio utilizzando un colorimetro a riflessione, i cui valori verranno impiegati per la correzione delle coordinate cromatiche nelle immagini digitalizzate. Lo stesso vale per la calibrazione del bianco.

2. Come avviene la trasformazione di una scena … Per saperne di più

3.Analisi della scena I componenti della scena possono essere valutati in termini di numero, dimensioni, forma, colore e tramatura. Esempio n°1 Identificazione e conta

3.Analisi della scena Esempio n°2 Analisi porosità Estrazione dei pori Classificazione dei pori Risultati numerici

3.Analisi della scena Esempio n°3 Analisi granulometrica Identificazione, divisione ed analisi di particelle. Classificazione dimensionale (Area)

3.Analisi della scena Esempio n°4 Variazione del colore nel tempo (shell-life) Tempo = 0Tempo = 10Tempo = 15

3.Analisi della scena Tinta primaria Esempio n°4 Variazione del colore nel tempo (shell-life) Saturazione Intensità

3.Analisi della scena Altri esempi :

3.Analisi della scena Il Futuro Lanalisi della scena 2D non risulta più sufficiente per alcune tipi di indagine valutativa. In particolare struttura complesse richiedono lestensione delle capacità visive anche nella terza dimensione. Si va quindi verso nuovi sistemi di ripresa che consentono di disporre delle informazioni normalmente nascoste dalla superficie degli oggetti in analisi.

3.Analisi della scena Analisi 3D Sezione di pane ripresa al Micro Tomografo (CT) e ricostruita tridimensionalmente. La porosità è stata valutata in termini di volume e non di superficie. Anche landamento interno della struttura alveolare fornisce nuovi particolari sugli effetti della cottura o della preparazione.

4.Cosa proponiamo Sistemi dedicati ed applicativi software di analisi delle immagini. Accessori per la ripresa di immagini Standard colorimetrici Realizzazione di procedure personalizzate. Consulenza per lo studio e la progettazione di strumenti e protocolli di analisi. Validazione di metodi e procedure.

4.Cosa proponiamo Analisi qualità alimenti e Shell Life. Camere Oscure. Sorgenti illuminazione secondo standard Telecamere Digitali a colori qualità scientifica Applicativi di analisi delle immagini

4.Cosa proponiamo Conta Colonie automatici Conteggio automatico di colonie fissate o in terreno di coltura (agar solido/liquido) Supporto Petri da 90, 50, 35mm o Multiwell da 6, 12,24, 48, 96 pozzetti. Alta definizione ( colonie con diametro inferiore a 15um) Algoritmi proprietari per la divisione di agglomerati (clusters di cellule) Estensione per test di AMES (mutagenesi)

4.Cosa proponiamo Sistema di valutazione del danno DNA cellulare attraverso lanalisi della frammentazione del DNA. (DNA – Comet)

4.Cosa proponiamo E ancora …. Analisi automatica particelle Microscopia ottica a fluorescenza (confocale) Microscopia ottica convenzionale Morfometria e morfologia Stereologia ????

3.Analisi della scena

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