Análise de desempenho de métodos de compressão para imagens de Light Field: um estudo comparativo entre a Transformada Discreta do Cosseno 4D e a Transformada de Fourier sobre grafos

Abstract

A tecnologia de light field representa um avanço expressivo na captura visual ao registrar não apenas a intensidade, mas também a direção dos raios de luz, habilitando aplicações como refocagem digital e percepção de profundidade. Contudo, essa riqueza informacional resulta em um volume massivo de dados quadridimensionais, impondo desafios de armazenamento e transmissão que exigem técnicas eficientes de redução de dimensionalidade. Este trabalho propõe uma análise comparativa entre duas abordagens distintas para a compressão desses dados: a Transformada Discreta do Cosseno em quatro dimensões (4D-DCT, do inglês FourDimensional Discrete Cosine Transform), que estende os padrões clássicos de codificação explorando a redundância espacial e angular, e a Transformada de Fourier sobre Grafos (GFT, do inglês Graph Fourier Transform), uma técnica emergente que modela a imagem como um sinal sobre uma estrutura topológica irregular adaptável. A metodologia compreendeu a implementação e simulação dos algoritmos utilizando o banco de dados JPEG Pleno. Para a GFT, desenvolveu-se uma topologia dinâmica em que a matriz de adjacência é construída com base na similaridade local de intensidade, permitindo que a base da transformada se molde ao conteúdo de cada bloco. O estudo investigou a relação entre a qualidade de reconstrução, medida por meio da Relação Sinal-Ruído de Pico (PSNR, do inglês Peak Signal-to-Noise Ratio) e do Índice de Similaridade Estrutural (SSIM, do inglês Structural Similarity Index), e a complexidade computacional de cada método. Os resultados evidenciaram comportamentos complementares: a 4D-DCT consolidou-se como a solução mais robusta para aplicações gerais, unindo alta fidelidade e baixo tempo de execução. Em contrapartida, a GFT demonstrou superioridade na preservação da estrutura visual em regimes de alta compressão, sustentando a coerência da imagem de forma mais robusta do que os métodos clássicos, embora sua aplicação prática seja restringida por um custo de processamento significativamente superior. Conclui-se que a 4D-DCT é ideal para requisitos de tempo real, enquanto a GFT se posiciona como alternativa especializada para cenários onde a preservação estrutural sob severa restrição de dados é prioritária.