Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Claudir
Data de Publicação: 2012
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13761
Resumo: The use of techniques with the functional of Tikhonov in image processing has been widely used in recent years. The basic idea in this process is to modify an initial image using a convolution equation and to find a parameter which minimizes the function in order to obtain an aproximation of the original image. However, a typical problem in this method consists in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the solution. A method developed by researchers of IPRJ and UFRJ, operating in the area of inverse problems, consists on minimizing a functional of residues through a functional parameter Tikhonov s regularization. A strategy that uses the iterative search of this parameter aiming at to get a minimum value for the functional in the following iteration was adopted recently in a serial algorithm of restoration. However, the computational cost is a factor problem found when using the iterative search. With this approach, an implementation in C++ language was made using techniques of parallel computation using MPI (Message Passing Interface) for the in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the soluton with the method of iterative search, thus reducing, the time of execution required for the algorithm. A modified version of the Jacobi method is considered to be two versions of the algorithm, one serial and one parallel. This algorithm is adequate for parallel implementation because it has no data dependencies such as the Gauss-Seidel method is also shown to converge. As indicating of performance for evaluation of the restoration algorithm, in addition to the traditional measures, new metric that is based on subjective criteria called IWMSE (InformationWeighted Mean Square Error) is used. These metrics were introduced in the program of image processing and allow to make the analysis of the restoration to each step of iteration. The results obtained using the two possible versions verify the efficiency of acceleration and the parallel implementation. The method of parallelism achieved satisfactory results in a shorter processing time and with acceptable performance.
id UERJ_a25bb5412709aafec9230cdac4582e46
oai_identifier_str oai:www.bdtd.uerj.br:1/13761
network_acronym_str UERJ
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
repository_id_str 2903
spelling Silva Neto, Antônio José dahttp://lattes.cnpq.br/5148738006361781Cidade, Geraldo Antônio Guerrerahttp://lattes.cnpq.br/1264325492548551Assis, Joaquim Teixeira dehttp://lattes.cnpq.br/7307238902576135Stutz, Dalmohttp://lattes.cnpq.br/0362030464509136http://lattes.cnpq.br/2524211626235519Oliveira, Claudir2021-01-07T14:40:54Z2013-01-152012-04-27OLIVEIRA, Claudir. Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens. 2012. 103 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2012.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13761The use of techniques with the functional of Tikhonov in image processing has been widely used in recent years. The basic idea in this process is to modify an initial image using a convolution equation and to find a parameter which minimizes the function in order to obtain an aproximation of the original image. However, a typical problem in this method consists in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the solution. A method developed by researchers of IPRJ and UFRJ, operating in the area of inverse problems, consists on minimizing a functional of residues through a functional parameter Tikhonov s regularization. A strategy that uses the iterative search of this parameter aiming at to get a minimum value for the functional in the following iteration was adopted recently in a serial algorithm of restoration. However, the computational cost is a factor problem found when using the iterative search. With this approach, an implementation in C++ language was made using techniques of parallel computation using MPI (Message Passing Interface) for the in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the soluton with the method of iterative search, thus reducing, the time of execution required for the algorithm. A modified version of the Jacobi method is considered to be two versions of the algorithm, one serial and one parallel. This algorithm is adequate for parallel implementation because it has no data dependencies such as the Gauss-Seidel method is also shown to converge. As indicating of performance for evaluation of the restoration algorithm, in addition to the traditional measures, new metric that is based on subjective criteria called IWMSE (InformationWeighted Mean Square Error) is used. These metrics were introduced in the program of image processing and allow to make the analysis of the restoration to each step of iteration. The results obtained using the two possible versions verify the efficiency of acceleration and the parallel implementation. The method of parallelism achieved satisfactory results in a shorter processing time and with acceptable performance.O uso de técnicas com o funcional de Tikhonov em processamento de imagens tem sido amplamente usado nos últimos anos. A ideia básica nesse processo é modificar uma imagem inicial via equação de convolução e encontrar um parâmetro que minimize esse funcional afim de obter uma aproximação da imagem original. Porém, um problema típico neste método consiste na seleção do parâmetro de regularização adequado para o compromisso entre a acurácia e a estabilidade da solução. Um método desenvolvido por pesquisadores do IPRJ e UFRJ, atuantes na área de problemas inversos, consiste em minimizar um funcional de resíduos através do parâmetro de regularização de Tikhonov. Uma estratégia que emprega a busca iterativa deste parâmetro visando obter um valor mínimo para o funcional na iteração seguinte foi adotada recentemente em um algoritmo serial de restauração. Porém, o custo computacional é um fator problema encontrado ao empregar o método iterativo de busca. Com esta abordagem, neste trabalho é feita uma implementação em linguagem C++ que emprega técnicas de computação paralela usando MPI (Message Passing Interface) para a estratégia de minimização do funcional com o método de busca iterativa, reduzindo assim, o tempo de execução requerido pelo algoritmo. Uma versão modificada do método de Jacobi é considerada em duas versões do algoritmo, uma serial e outra em paralelo. Este algoritmo é adequado para implementação paralela por não possuir dependências de dados como de Gauss-Seidel que também é mostrado a convergir. Como indicador de desempenho para avaliação do algoritmo de restauração, além das medidas tradicionais, uma nova métrica que se baseia em critérios subjetivos denominada IWMSE (Information Weighted Mean Square Error) é empregada. Essas métricas foram introduzidas no programa serial de processamento de imagens e permitem fazer a análise da restauração a cada passo de iteração. Os resultados obtidos através das duas versões possibilitou verificar a aceleração e a eficiência da implementação paralela. A método de paralelismo apresentou resultados satisfatórios em um menor tempo de processamento e com desempenho aceitável.Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:40:54Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Claudir.pdf: 3279435 bytes, checksum: beb9f7133b228ac02c1a9e31dcbe8199 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-07T14:40:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Claudir.pdf: 3279435 bytes, checksum: beb9f7133b228ac02c1a9e31dcbe8199 (MD5) Previous issue date: 2012-04-27Universidade Federal do Oeste do Paráapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Modelagem ComputacionalUERJBRCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto PolitécnicoParameter of regularizationIterative method of searchOtimizaçãoRestoration of imagesParâmetro de regularizaçãoMétodo iterativo de buscaRestauração de imagensComputação ParalelaProcessamento de imagens Técnicas digitaisAlgoritmosRealimentação (Eletrônica)CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADAImplementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagensParallel implementation of the iterative algorithm to search the optimal regularization parameter for the Tikhonov functional problem in image restorationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALDissertacao_Claudir.pdfapplication/pdf3279435http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/13761/1/Dissertacao_Claudir.pdfbeb9f7133b228ac02c1a9e31dcbe8199MD511/137612024-02-27 15:26:50.396oai:www.bdtd.uerj.br:1/13761Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:26:50Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
dc.title.por.fl_str_mv Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Parallel implementation of the iterative algorithm to search the optimal regularization parameter for the Tikhonov functional problem in image restoration
title Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens
spellingShingle Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens
Oliveira, Claudir
Parameter of regularization
Iterative method of search
Otimização
Restoration of images
Parâmetro de regularização
Método iterativo de busca
Restauração de imagens
Computação Paralela
Processamento de imagens Técnicas digitais
Algoritmos
Realimentação (Eletrônica)
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA
title_short Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens
title_full Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens
title_fullStr Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens
title_full_unstemmed Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens
title_sort Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens
author Oliveira, Claudir
author_facet Oliveira, Claudir
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Silva Neto, Antônio José da
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5148738006361781
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Cidade, Geraldo Antônio Guerrera
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1264325492548551
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Assis, Joaquim Teixeira de
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7307238902576135
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Stutz, Dalmo
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0362030464509136
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2524211626235519
dc.contributor.author.fl_str_mv Oliveira, Claudir
contributor_str_mv Silva Neto, Antônio José da
Cidade, Geraldo Antônio Guerrera
Assis, Joaquim Teixeira de
Stutz, Dalmo
dc.subject.eng.fl_str_mv Parameter of regularization
Iterative method of search
Otimização
Restoration of images
topic Parameter of regularization
Iterative method of search
Otimização
Restoration of images
Parâmetro de regularização
Método iterativo de busca
Restauração de imagens
Computação Paralela
Processamento de imagens Técnicas digitais
Algoritmos
Realimentação (Eletrônica)
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA
dc.subject.por.fl_str_mv Parâmetro de regularização
Método iterativo de busca
Restauração de imagens
Computação Paralela
Processamento de imagens Técnicas digitais
Algoritmos
Realimentação (Eletrônica)
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA
description The use of techniques with the functional of Tikhonov in image processing has been widely used in recent years. The basic idea in this process is to modify an initial image using a convolution equation and to find a parameter which minimizes the function in order to obtain an aproximation of the original image. However, a typical problem in this method consists in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the solution. A method developed by researchers of IPRJ and UFRJ, operating in the area of inverse problems, consists on minimizing a functional of residues through a functional parameter Tikhonov s regularization. A strategy that uses the iterative search of this parameter aiming at to get a minimum value for the functional in the following iteration was adopted recently in a serial algorithm of restoration. However, the computational cost is a factor problem found when using the iterative search. With this approach, an implementation in C++ language was made using techniques of parallel computation using MPI (Message Passing Interface) for the in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the soluton with the method of iterative search, thus reducing, the time of execution required for the algorithm. A modified version of the Jacobi method is considered to be two versions of the algorithm, one serial and one parallel. This algorithm is adequate for parallel implementation because it has no data dependencies such as the Gauss-Seidel method is also shown to converge. As indicating of performance for evaluation of the restoration algorithm, in addition to the traditional measures, new metric that is based on subjective criteria called IWMSE (InformationWeighted Mean Square Error) is used. These metrics were introduced in the program of image processing and allow to make the analysis of the restoration to each step of iteration. The results obtained using the two possible versions verify the efficiency of acceleration and the parallel implementation. The method of parallelism achieved satisfactory results in a shorter processing time and with acceptable performance.
publishDate 2012
dc.date.issued.fl_str_mv 2012-04-27
dc.date.available.fl_str_mv 2013-01-15
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2021-01-07T14:40:54Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv OLIVEIRA, Claudir. Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens. 2012. 103 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2012.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13761
identifier_str_mv OLIVEIRA, Claudir. Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens. 2012. 103 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2012.
url http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13761
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
dc.publisher.initials.fl_str_mv UERJ
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron:UERJ
instname_str Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron_str UERJ
institution UERJ
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
bitstream.url.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/13761/1/Dissertacao_Claudir.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv beb9f7133b228ac02c1a9e31dcbe8199
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
repository.mail.fl_str_mv bdtd.suporte@uerj.br
_version_ 1811728675412901888