Análise de algoritmos da Transformada Watershed

Abstract

ResumoA transformada watershed é uma técnica morfológica de segmentação de imagens inspirada na divisão de superfícies em bacias hidrográficas, tendo diversas formas de definição e de algoritmos. Este trabalho realiza uma análise sistemática da literatura de catorze destes algoritmos. Foram consideradas as principais abordagens existentes desde a introdução do primeiro algoritmo rápido por Vincent e Soille em 1991, até os trabalhos de Cousty et al. em 2009. Para melhor compreensão da área, as definições de transformada watershed são revisitadas, provendo o conjunto de soluções formais possíveis e esperadas dos algoritmos.Na análise destes algoritmos é fornecido pseudocódigo com notação uniformizada e uma implementação operacional Python permitindo abstrair detalhes de programação. Além disto, três algoritmos foram corrigidos para melhor aderência a definição e especificação. Também são identificadas propriedades tais como o comportamento de varredura dos pixels, uso de estratégias em particular, uso de estruturas de dados, entre outras.A compilação das informações sobre os algoritmos permitiu generalizá-los e classificá-los baseado em paradigmas clássicos da computação, a saber a busca em largura e em profundidade. Ambos são embasados na ordem de visitação dos pixels utilizada, sendo a busca em largura semelhante a simulação de inundação enquanto a busca em profundidade simula gotas de água em uma superfície.Foram também realizados estudos comparativos entre as definições implementadas pelos algoritmos, entre as estratégias utilizadas para tratamento de problemas comuns, entre o desempenho obtido pelos programas Python, e de paralelismo e abordagens utilizadas neste último caso. Desta forma, produziu-se um panorama geral e atualizado dos algoritmos de transformada watershed.