Analýza obrazu obecně

Na úvod odhlédněme od přídavného jména biomedicínský a pojďme si vysvětlit, co je to analýza obrazu a co všechno zahrnuje.

Představme si, že jsme byli v létě na dovolené u moře, vyfotili tam spoustu fotek digitálním fotoaparátem a potom později nahráli fotky do počítače. Úkolem analýzy obrazu by například mohla být úloha spočítat, kolik lodí je na vybrané fotografii moře. Ještě zajímavější úloha by byla odhadnout průměrnou délku lodě, kdy bychom kvůli perspektivě museli vzít v úvahu i vzdálenosti lodí od fotografa a každou loď v obraze nejenom spolehlivě detekovat, ale také najít její přesné okraje.

Obecně lze říci, že při analýze obrazu se snažíme z obrazu získat nějakou informaci, která vyjde najevo až vhodnou interpretací digitálních obrazových dat. To často zahrnuje kombinování několika znalostí, a to nejenom informatických. Platí, že i zdánlivě jednoduchá úloha většinou vyžaduje netriviální řešení. V uvedeném příkladu bylo potřeba umět poznat loď na fotce, dokázat ji popsat z hlediska obrazových dat, co ji charakterizuje a případně odlišuje od okolí, a konečně znát přepočet, kterým upravíme v obraze naměřenou délku na reálnou délku každé lodě.


Analýza biomedicínského obrazu na Fakultě informatiky

Jak je vidět, analyzovat obraz často vyžaduje použití znalostí čerpaných i z jiného nebo jiných oborů. V Centru analýzy biomedicínského obrazu (zkráceně CBIA z anglického Centre for Biomedical Image Analysis) jsou těmito dalšími obory molekulární biologie a genetika.

Příklad řešeného úkolu: sledovat a vizualizovat pohyb obarvených částí buňky.
obrázek zkoumané buňky a vizualizace pohybu zkoumaných buněčných částí obrázek zkoumané buňkyvizualizace pohybu zkoumaných buněčných částí

Je velmi těžké být najednou expertem ve více oborech. Výzkum v této oblasti je proto vesměs interdisciplinární. Nejinak je tomu i u nás: informatici hledají spolehlivá přesná a automatizovaná řešení zpracování a analýzy obrazu primárně pro účely biologického výzkumu, zatímco biologové zase dodávají své znalosti a zkušenosti. Obě strany si jdou pomyslně naproti.

Výzkumné projekty

  • Odstraňujeme šumy a vady optické soustavy mikroskopu
  • Sledujeme polohy, posuny a změny tvaru buněčných struktur v čase
  • Analyzujeme genové aktivity a vyhledáváme v nich závislosti a souvislosti se závažnými onemocněními člověka

Vývojové projekty

Aplikace

  • FISH - první software na FI pro automatické ovládání mikroskopu a analýzu obrazů
  • Acquiarium - vylepšený moderní software pro plně-automatické snímání
  • JABS - analýza microarray obrazů
  • CytoPacq - nástroj pro generování umělých biomedicínských obrazových dat a simulaci jejich snímání pomocí optického mikroskopu

Knihovny

  • i3dcore - šablonová multi-platformní knihovna v C++ pro načítání, reprezentaci a ukládání 3D obrazů
  • i3dalgo - šablonová multi-platformní knihovna v C++ pro zpracování 3D obrazů
  • OpticalFlow - knihovna s vybranými a do 3D rozšířenými moderními variačními metodami pro výpočet optického toku
  • v3dwins - knihovna pro zobrazení 3D obrazů jako maximální a ortogonální projekce

Podrobnější seznam lze najít na stránkách CBIA (anglicky).

Složení týmu

logo CBIA

Řešené grantové projekty

  • Koordinace projektu Národního programu výzkumu II (č. 2B0652) "Vytipování markerů, screening a časná diagnóza nádorových onemocnění pomocí vysoce automatizovaného zpracování multidimenzionálních biomedicínských obrazů"
  • Spoluúčast na projektu výzkumného centra (č. LC535) "Dynamika a organizace chromosomů během buněčného cyklu v normě a patologii"
  • Spoluúčast na dvou výzkumných záměrech MU

Jak se přidat?

Hlavní možností, jak se zapojit, je samozřejmě řešení bakalářské, diplomové a/nebo disertační práce. Pochopitelně, závěrečné práce vyžadují absolvování postupně většího množství specializovaných předmětů. Většina těchto předmětů zahrnuje cvičení, ve kterých je možné si nové dovednosti vyzkoušet a lépe se tak s nimi seznámit. Spíše krátkodobější projekty ze zpracování obrazu jsou potom realizovány každý semestr v rámci předmětů PV162 a PV163.

Na Fakultě informatiky byl nedávno otevřen nový unikátní studijní obor "Zpracování obrazu", jenž byl inspirován rostoucí poptávkou po odbornících v této oblasti. Absolvent je schopen navrhovat a vést vývoj softwarových systémů pro zpracování obrazové informace ve výzkumu (např. molekulárně-biologický výzkum s využitím mikroskopických zobrazovacích technik), v medicíně (např. zpracování obrazu z ultrazvuku, magnetické rezonance, CT mozku), ale i v průmyslu (rozpoznávání otisků prstů či sítnice, záznamu bezpečnostních a dopravních kamer, apod.).

Více informací o nabízených předmětech lze nalézt na stránkách CBIA (anglicky).


Kontaktní informace