Automatic Pixel-Parallel Extraction of the Retinal Vascular Tree Algorithm Design, On-Chip Implementation an Applications

La tesis doctoral propone un nuevo algoritmo para la extraccion del arbol arterio-venoso en imagenes digitales de retina usando sistemas pixel paralelo que le confiere un procesamiento a alta velocidad, Inicialmente el problema de la extraccion del arbol arterio venoso se estudio desde el punto de vista del procesamiento de imagenes utilizando tecnicas pixel paralelo, concretamente bajo el paradigma de las Cellular Neural Networks. Este algoritmo utiliza una tecnica de contornos activos, los Pixel level snakes (PLS) que permiten aprovechar las ventajas de los contornos activos, como es su capacidad de funcionamiento con contornos borrosos asi como su robustez ante el ruido, y al mismo tiempo todo ello procesandose a una alta velocidad de computacion. Esta tecnica permite tambien su proyeccion en un dispositivo hardware especifico. La primera version del algoritmo fue disenada basandose en el paradigma CNN. Los resultados obtenidos eran buenos bajo el punto de vista del procesado de imagen. Sin embargo, la complejidad de algunas de las operaciones propuestas en esta version eran de una alta complejidad para ser implementados en los chips pixel paralelos actuales con capacidades SIMD (Single Instruction Multiple Data). Esta version ha sido redefinida para ser implementada en un chip SIMD. Esta ultima version ha sido analizada desde un punto de vista del ajuste de los resultados y desde el punto de vista de la velocidad de ejecucion. Para el primer analisis se ha hecho uso de una base de datos publica, concretamente la DRIVE (Digital Retinal Image for Vessel Extraction). Para el analisis de los tiempos de ejecucion, se implemento el algoritmo en un chip especifico, el SCAMP-3 vision system. El analisis de ambos aspectos ha permitido observar, que el ajuste obtenido sobre los resultados es alto, aunque existen algoritmos con un ajuste mejor, y el tiempo de ejecucion es realmente rapido y no existe ningun algoritmo en la bibliografia que mejore el tiempo obtenido con la implementacion propuesta en esta tesis. Asimismo se ha realizado un estudio de la mejora que se podria obtener utilizando una tecnica de solapamiento, puesto que debido a la alta resolucion de las imagenes utilizadas, estas se han tenido que dividir en subventanas para su procesamiento. Este analisis ha demostrado que la mejora obtenida es minima en comparacion con el notable incremento del tiempo de ejecucion, siendo descartada su utilizacion. Una vez demostrado el funcionamiento del algoritmo se ha procedido a su inclusion en aplicaciones practicas que se encontraban ya funcionando utilizando algoritmos clasicos para la extraccion del arbol arterio venoso. Las aplicaciones corresponden a dos ambitos diferentes con necesidades propias, el ambito medico y la autenticacion de personas. Para la autenticacion de personas se observo que el funcionamiento es igual que usando las versiones clasicas, manteniendo un 100% de efectividad en la identificacion de personas. En el caso de la aplicacion medica, se incluyo dentro de un sistema de estimacion del indice arterio-venoso, mostrando un funcionamiento con valores similares.