Programação II (CI1002) - Trabalho Prático 01: Estratégias de Comparação de Imagens

Autora: Juliana Zambon (jz22), GRR20224168

Este repositório contém o código desenvolvido para o Trabalho Prático 01 da disciplina CI1002 - Programação II, oferecida pelo Departamento de Informática da Universidade Federal do Paraná (UFPR).

Descrição

O objetivo deste trabalho é implementar um programa em C capaz de comparar uma imagem de teste com um conjunto de imagens de referência e identificar a imagem mais similar utilizando a Distância Euclidiana. Além disso, o programa gera uma imagem baseada na técnica Local Binary Pattern (LBP).

Funcionalidades

• Comparação de Imagens: O programa realiza a comparação entre a imagem de teste e todas as imagens da base de referência, identificando e retornando a imagem mais similar com base na menor distância Euclidiana. Para isso, utilizamos o histograma LBP (Local Binary Pattern), que é uma representação eficiente para descrever a textura de uma imagem. Como os histogramas podem ser representados por vetores, a comparação entre duas imagens se dá através do cálculo da distância entre esses vetores, sendo a distância Euclidiana uma das abordagens mais utilizadas pela sua simplicidade e precisão.

• Geração de Imagem LBP: Além da comparação, o programa também gera a imagem LBP correspondente à imagem de teste. A transformação LBP é aplicada pixel a pixel, destacando padrões locais de textura, o que facilita a análise e a comparação entre diferentes imagens.

Estrutura

O código-fonte está estruturado em arquivos .c e .h que agrupam as funcionalidades, sendo lbp.c o arquivo principal de aplicação, lib.c o arquivo de implementação, e lib.h o arquivo de cabeçalho.

Arquivo Cabeçalho (lib.h)

O arquivo lib.h contém as estruturas e protótipos de funções necessárias para o processamento de imagens no formato PGM e para o cálculo do histograma LBP. Ele define as funções responsáveis por ler, manipular e comparar as imagens, bem como gerar o vetor LBP e realizar as operações relacionadas à distância Euclidiana.

Estruturas

• struct imagemPGM: Armazena as informações básicas de uma imagem PGM, incluindo largura, altura, valor máximo de cinza e a matriz de pixels.

  struct imagemPGM {
      int largura;
      int altura;
      int maximo;
      unsigned char **pixels;
      char tipo[4];
  };

• struct LBPHistograma: Armazena o histograma LBP, que contém a frequência de padrões LBP e o tamanho total da imagem.

  struct LBPHistograma {
    int histograma[256];
    double tamanho;
  };
  

Funções Principais

Manipulação de Imagens PGM

• struct imagemPGM *alocar_imagem(): Aloca memória para uma estrutura de imagem PGM.
• void alocar_pixels(struct imagemPGM *img): Aloca a matriz de pixels de acordo com a largura e altura da imagem.
• void ignorar_comentarios(FILE *arquivo): Ignora as linhas de comentário (começam com #) ao ler imagens PGM.
• struct imagemPGM *ler_imagem(FILE *arquivo, struct imagemPGM *img): Lê uma imagem PGM (formatos P2 ou P5) de um arquivo.
• void liberar_imagem(struct imagemPGM *img): Libera a memória alocada para uma imagem PGM.

Geração e Manipulação de LBP

• void gerar_lbp(struct imagemPGM *img, struct imagemPGM *nova): Gera uma imagem LBP a partir da imagem original, removendo as bordas durante a convolução.
• void gerar_histograma(struct imagemPGM *nova, struct LBPHistograma *lbp_hist, char *arquivo_entrada): Gera o histograma LBP de uma imagem e normaliza o resultado.
• double distancia_euclidiana(struct LBPHistograma *hist1, struct LBPHistograma *hist2): Calcula a distância euclidiana entre dois histogramas LBP.

Comparação de Imagens

• void encontrar_imagem_similar(char *diretorio, struct LBPHistograma *histograma_teste, double *distancia, char menor_distancia[256]): Compara uma imagem de teste com todas as imagens da base de referência, exibindo a imagem mais similar e a distância euclidiana.
• void ler_diretorio(char *nome_diretorio): Lê o conteúdo de um diretório e retorna uma lista de arquivos de imagem PGM.

Formato de Imagens Suportado

A biblioteca trabalha com imagens PGM nos formatos P2 (ASCII) e P5 (binário). A função gerar_imagem_saida permite gerar a imagem de saída no mesmo formato da imagem de entrada.