Zakład Elektroniki Medycznej

Przetwarzanie obrazów

Prace w tej dziedzinie dotyczą analizy obrazów biomedycznych, w tym segmentacji tekstur. Narzędziami wykorzystywanymi w tych badaniach są między innymi sieci synchronicznych oscylatorów oraz sieci neuronowe komórkowe.

• Sieci synchronicznych oscylatorów :: Synchronised oscillator network
• Analiza obrazów biomedycznych :: Analysis of biomedical images
• Wykorzystanie sieci neuronowych komórkowych do rekonstrukcji naturalnych tekstur wizualnych
• Program do komputerowej analizy obrazów rentgenowskich ziaren pszenicy
• Literatura

Przetwarzanie sygnałów

Prace związane z tematyką przetwarzania sygnałów koncentrują się głównie na modelowaniu i analizie sygnału elektrokardiograficznego (EKG). Ostatnio wykonywane badania i opracowane urządzenia to:

• Metoda poprawy jakości sygnału EKG przez filtrację szerokopasmowych zakłóceń
• Metoda detekcji oraz ilościowej oceny zaburzeń repolaryzacji komór serca
• Metoda nieliniowej dekompozycji wielorozdzielczej sygnału EKG
• Generator sygnału analogowego EKG (BIT-BEAT)

Systemy sztucznej inteligencji

• Konstruktywny schemat uczenia sztucznej sieci neuronowej z ortogonalizacją bazy aproksymującej
• Analogowo-cyfrowa sieć neuronowa do identyfikacji parametrów układów dynamicznych
• Sieci neuronowe komórkowe: efektywne narzędzia przetwarzania informacji obrazowej

"Projekt i badania prototypu mobilnego systemu wspomagania osoby niewidomej w samodzielnym poruszaniu się w terenie miejskim z wykorzystaniem obrazowania dźwiękowego otoczenia, systemu nawigacji satelitarnej i mapy elektronicznej miasta"

Grant KBN 2007-2010

Kierownik: prof. dr hab. inż. Andrzej Materka
Wykonawcy: dr hab. P. Strumiłło, dr inż. P. Pełczyński, dr inż. Piotr Wasilewski, mgr inż. Dariusz Rzeszotarski, mgr inż. Piotr Skulimowski, mgr inż. Michał Pec, mgr inż. Michał Bujacz, mgr inż. Bartosz Ostrowski, mgr inż. Remigiusz Danych, mgr inż. Tomasz Świątczak, mgr inż. Przemysław Barański, mgr inż. Marcin Morański

Z raportu Unii Europejskiej wynika, że na każdych 1000 mieszkańców Europy przypada ok. 4 niewidomych lub słabowidzących. Wśród osób starszych liczba osób o tej niepełnosprawności potraja się z każdym dziesięcioleciem ich życia. W Polsce liczba inwalidów wzroku wynosi ok. 80 tys.

Celem projektu jest opracowanie prototypu mobilnego systemu wspomagającego osobę niewidomą w samodzielnym poruszaniu się oraz nawigacji w środowisku miejskim. Idea planowanego systemu polega na informacyjnej integracji obecnie rozwijanego w Instytucie Elektroniki PŁ systemu ostrzegania o przeszkodach z systemem teleinformatycznym bazującym na module nawigacji satelitarnej GPS i infrastrukturze informacyjnej miasta (System informacji o terenie dla miasta Łodzi).

"Zintegrowany system wspomagający osobę niewidomą, z dźwiękowym interfejsem użytkownika"

Kierownik: dr hab. P. Strumiłło
Wykonawca: dr inż. P. Pełczyński, dr hab. B. Więcek

Grant KBN 2004-2006

Celem projektu jest opracowanie prototypu przenośnego, elektronicznego systemu wspomagającego osobę niewidomą. System będzie się składał z urządzenia umożliwiającego zdalną (bezdotykową) percepcję otoczenia oraz z tzw. "elektronicznego asystenta". Opracowane zostaną metody akwizycji ruchomych scen trójwymiarowych i ich niewizualnej prezentacji osobie niewidomej. Konstruowany system zostanie wyposażony w możliwość komunikacji z innymi urządzeniami elektronicznymi (telefon komórkowy, odbiornik GPS). W skład systemu będą wchodzić następujące elementy:

• "elektroniczny asystent" osoby niewidomej, skupiający funkcję jednostki przechowującej dane użytkownika, udźwiękowionego notatnika, dyktafonu, oraz przeglądarki internetowej,
• układ do akwizycji obrazu z otoczenia, współpracujący z "elektronicznym asystentem", złożony z dwóch kamer, systemu selekcji informacji do udźwiękowienia i systemu prezentacji dźwiękowej w technice 3D-audio,
• specjalnie konstruowane czujniki i medyczne urządzenia pomiarowe wyposażone w standardowe porty komunikacyjne.

Istotnym etapem projektu jest opracowanie metody dźwiękowego kodowania obiektów sceny trójwymiarowej i testy prototypu systemu do "dźwiękowego obrazowania" otoczenia oraz testy układu "elektronicznego asystenta" z udziałem osób niewidomych i słabo widzących.

"Realizacja układowa CMOS VLSI sieci synchronicznych oscylatorów dla celów segmentacji obrazów binarnych"

Kierownik: dr Michał Strzelecki
Wykonawca: dr Jacek Kowalski

Grant KBN 2003-2005

Celem projektu jest zaprojektowanie i realizacja układu scalonego CMOS VLSI zawierającego strukturę sieci synchronicznych oscylatorów, który będzie wykorzystany do segmentacji obrazów binarnych. Segmentacja z wykorzystaniem sieci oscylatorów jest oparta na teorii chwilowej korelacji, która próbuje wyjaśnić mechanizm analizy obrazów, jaki zachodzi w ludzkim mózgu. Segmentacja obrazów binarnych ma zastosowanie m.in. w analizie mikroskopowych obrazów tkanki skóry. Realizacja projektu będzie zawierała etap symulacji układowej sieci synchronicznych oscylatorów, projekt oraz testowanie struktury układu scalonego, jego realizację z wykorzystaniem konsorcjum Europractice oraz testowanie układu z wykorzystaniem karty interfejsu pomiędzy układem scalonym i komputerem PC. W wyniku projektu powstanie stanowisko do wstępnego przetwarzania i segmentacji obrazów binarnych, zawierające kartę z układem scalonym CMOS z zaimplementowaną strukturą sieci synchronicznych oscylatorów oraz komputera PC.
 

"Zastosowanie metod sztucznej inteligencji do wykrywania uszkodzeń w układach elektronicznych"

[grant promotorski]

Kierownik: dr inż. P. Strumiłło
Wykonawca: mgr inż. J. Koszlaga

Grant promotorski - 2004

W ostatnich latach obserwuje się duże zainteresowanie zagadnieniami testowania analogowych układów elektronicznych. Stały wzrost złożoności i skomplikowania tych układów wraz z coraz wyższymi wymaganiami co do ich niezawodności wiąże się z szeregiem nowych wyzwań technicznych - diagnostyka i testowanie jest jednym z nich. Projektowane obecnie układy elektroniczne zawierają dużą liczbę elementów. Modularna budowa, małe wymiary geometryczne i scalanie powoduje, że klasyczne metody badania laboratoryjnego za pomocą generatorów sygnałowych, mierników, oscyloskopów są niepraktyczne i nieekonomiczne. Pomimo szybkiego rozwoju systemów projektowania, produkcji podzespołów i układów elektronicznych, wiele zagadnień dotyczących standardów, metodyki i oprogramowania wspomagającego diagnostykę (m.in. z uwagi na złożoność tych zagadnień) pozostaje nierozwiązanych.

Nowym koncepcyjnie metody obejmującymi techniczną diagnostykę obiektów, m.in. układów elektronicznych, FDI (ang. Fault Detection and Isolation) jest zastosowanie metod sztucznej inteligencji, dzięki którym model uszkodzeń układu elektronicznego może być budowany bez potrzeby stosowania zapisu analitycznego. Jednym z takich rozwiązań, które zastosowano w proponowanym projekcie, jest zastosowanie sztucznych sieci neuronowych. Na podstawie przeprowadzonych badań wstępnych stwierdzono ich przydatność w zadaniach wykrywania i lokalizacji uszkodzeń w wybranych układach elektronicznych (filtrów aktywnych i wzmacniaczy). Ważną zaletą proponowanej w projekcie metody jest możliwość pozyskiwania wiedzy zakodowanej w parametrach zbudowanej sieci neuronowej. Opis zależności występujących pomiędzy symptomami a uszkodzeniami w postaci wiedzy regułowej pozwala na prostszą ich analizę, w wyniku której możliwe jest zbudowanie szybko działającego i skutecznego systemu diagnostycznego układów elektronicznych.
 

"Zastosowanie modelu deformowanlych pierścieni do analizy obrazów z endoskopu bezprzewodowego"

[badania własne]

Realizator: dr inż. P. Szczypiński

Okres realizacji: 2005

"Implementacja sieci neuronowej komórkowej w strukturze programowalnej matrycy logicznej"

[badania własne]

Realizator: dr hab. P. Ślot, prof. PŁ

Okres realizacji: 2005
 

"Nowe podejście do wyznaczania tekstury obrazu za pomocą dwuwymiarowego dyskretnego przekształcenia falkowego"

[badania własne]

Realizator: dr inż. M. Kociołek

Okres realizacji: 2005
 

"Nowe podejście do wyznaczania cech tekstury za pomocą dwuwymiarowego dyskretnego przekształcenia falkowego"

[badania własne]

Realizator: dr inż. M. Kociołek

Okres realizacji: 2004
 

"Metody segmentacji naczyń krwionośnych na obrazach MRI z wykorzystaniem sztywnego modelu deformowalnego"

[badania własne]

Realizator: dr inż. P. Makowski

Okres realizacji: 2004
 

"System stereowizyjny do akwizycji i rekonstrukcji sceny trójwymiarowej"

[badania własne]

Realizatorzy:

    dr hab. P. Strumiłło
    dr inż. P. Pełczyński
    mgr inż. P. Skulimowski

Okres realizacji: 2004
 

"Dekompozycja tekstur przy wykorzystaniu sieci neuronowych komórkowych"

[badania własne]

Realizatorzy:

    dr hab. K. Ślot, prof. PŁ
    mgr inż. Ł. Kornatowski

Okres realizacji: 2004
 

"Projekt układu CMOS VLSI sieci synchronicznych oscylatorów do segmentacji obrazów binarnych"

[badania własne]

Realizator: dr inż. M. Strzelecki

Okres realizacji: 2003

Celem badań jest zaprojektowanie sieci synchronicznych oscylatorów do segmentacji obrazów binarnych oraz weryfikacja projektu w środowisku programu SPICE.

Badania te stanowią kontynuację prac prowadzonych w roku 2002. W wyniku poprzednich badań zaproponowano nowe równania oscylatora sieci, model CMOS oscylatora oraz wyniki jego symulacji z wykorzystaniem programu ICAP/4. Podczas prac w 2003 r. zaprojektowano i wykonano symulacje układów połączeń wagowych pomiędzy oscylatorami oraz globalnego układu hamującego zapewniającego desynchronizację pomiędzy oscylatorami. W oparciu o zaprojektowane układy zbudowano sieć połączonych ze sobą oscylatorów. Sieć taką przetestowano do segmentacji przykładowych syntetycznych obrazów binarnych. W wyniku symulacji działania sieci dokonano optymalizacji równań oscylatorów ze względu na skuteczność procesów synchronizacji i desynchronizacji.

Prace związane z projektem są kontynuowane w ramach grantu KBN 4T11B 041 25 "Realizacja układowa CMOS VLSI sieci synchronicznych oscylatorów dla celów segmentacji obrazów binarnych" którego celem jest zaprojektowanie i wykonanie układu VLSI sieci w ramach konsorcjum Europractice.

Omawiana tematyka badawcza jest realizowana w ramach rozprawy habilitacyjnej przygotowywanej przez dr inż. Michała Strzeleckiego.
 

"Rozpoznawanie sygnału mowy w obecności zakłóceń"

[badania własne]

Realizatorzy:

    dr hab. K. Ślot
    mgr inż. P. Korbel

Okres realizacji: 2003

Celem podjętych prac była analiza możliwości poprawy jakości rozpoznawania izolowanych słów języka polskiego, w warunkach istnienia zakłóceń pochodzących od innych mówców. Rozważaną drogą poprawy jakości rozpoznawania było odpowiednie wykorzystanie informacji pochodzącej z liniowej matrycy mikrofonów. Przyjętą metodą postępowania była próba modyfikacji metryki wykorzystywanej w algorytmie nieliniowego dopasowania czasowego, uzależniająca wynik porównania od pasma częstotliwości. Sformułowana hipoteza badawcza stanowiła, że możliwe będzie uzyskanie poprawy jakości rozpoznawania w wyniku wykorzystania częściowej przestrzennej separacji źródeł sygnału mowy, oferowanego przez charakterystykę liniowej matrycy mikrofonów. Dla sprawdzenia postawionej hipotezy zaproponowano modyfikację metryki używanej w rozpoznawaniu słów metodą DTW, zakładającą zmniejszenie znaczenia informacji pochodzącej z niskich pasm częstotliwości sygnału mowy. Efektem prowadzonych prac było uzyskanie bardzo nieznacznej poprawy jakości rozpoznawania, i w konsekwencji, stwierdzenie konieczności zastosowania bardziej złożonych metod analizy i przetwarzania sygnału mowy zakłócanego w rozważany sposób.
 

"Analiza sygnałów EEG do zastosowań w interfejsach człowiek-komputer"

[badania własne]

Realizatorzy:

    prof. dr hab. A. Materka
    mgr inż. M. Byczuk

Okres realizacji: 2003

Celem projektu było zaprojektowanie i wykonanie stanowiska badawczego do cyfrowej rejestracji i analizy sygnałów EEG, oraz zapoznanie się z metodami analizy sygnałów EEG stosowanymi obecnie w interfejsach człowiek-komputer. W ramach projektu zostało zaprojektowane urządzenie pomiarowe współpracujące z komputerem. Urządzenie to rejestruje sygnały EEG w ośmiu kanałach, oraz dodatkowo osiem zdarzeń (sygnałów binarnych). Został również zaprojektowany i wykonany czepek z elektrodami, niezbędny do prowadzenia pomiarów EEG. Do współpracy z urządzeniem pomiarowym zostało napisane oprogramowanie umożliwiające rejestrację i archiwizację mierzonych sygnałów, ich późniejszą analizę, oraz analizę sygnałów w czasie rzeczywistym. Cały system został wykonany i przetestowany. Przeprowadzone zostały również pierwsze próby analizy zarejestrowanych sygnałów EEG pod kątem ich zastosowania w komunikacji człowieka z komputerem, z wykorzystaniem zaprojektowanego systemu.
 

"Stanowisko oparte na programie LabView do akwizycji sygnałów biologicznych"

[badania własne]

Realizator: mgr inż. P. Majewski

Okres realizacji: 2002

Celem pracy było opracowanie skomputeryzowanego stanowiska do przeprowadzania akwizycji sygnałów biomedycznych (w szczególności EEG i EKG) jak również wykorzystania go do współpracy z istniejącą w Instytucie Elektroniki aparaturą kontrolno pomiarową firmy HAMEG poprzez interface GPIB. Opcjonalną funkcją było udostępnienie generowania sygnałów na zewnątrz PC przez wbudowany w system DAC. Istotnym dodatkowym założeniem realizowania badań było wykorzystanie zebranych doświadczeń do rozbudowy istniejącego Laboratorium Elektronicznych Systemów Pomiarowych jak również wzbogacenia możliwości pomiarowych innych laboratoriów. Do testów funkcjonalnych karty: ADDIALOG APCI- 3120, PCI-1716 Advantech, LC-020-3212 - Egmont i PCI-6014 - National Instruments. Pierwsze trzy karty testowano funkcjonalnie na dwóch płytach głównych Intel 845BGE i Asus P4PE wyposażonych w magistralęPCI. Jedynie kartę kartę LC-020-3212 testowano na płycie głównej Asus TX97 wyposażonej dodatkowo w złącze ISA.

W wyniku przeprowadzonych prac dokonano klasyfikacji urządzeń pod kątem zastosowania w stanowisku do akwizycji danych biomedycznych. Równocześnie zaprojektowano strukturę hardware'ową i software'ową stanowiska i przeprowadzono prace uruchomieniowe.
 

"Identyfikacja układu warg osoby mówiącej przy wykorzystaniu różnych metod modelowania"

[badania własne]

Realizator: dr hab. K. Ślot

Okres realizacji: 2002
 

"Opracowanie metody analizy i prezentacji obiektów trójwymiarowych dla wybranej klasy obrazów biomedycznych"

[badania własne]

Realizator: dr inż. P. Szczypiński

Okres realizacji: 2002
 

"Projekt sprzętowej realizacji sieci synchronicznych oscylatorów do segmentacji obrazów binarnych"

[badania własne]

Realizator: dr inż. M. Strzelecki

Okres realizacji: 2002

Celem badań było zaprojektowanie sieci synchronicznych oscylatorów do segmentacji obrazów binarnych oraz weryfikacja projektu w środowisku programu SPICE. Poprzednie badania własne w 2001 wykazały, że sieć składająca się z synchronizowanych oscylatorów nadaje się do segmentacji obrazów binarnych oraz wybranej klasy tekstur. Jedną z zalet tej sieci jest możliwość jej realizacji w postaci sprzętowej. W ramach realizacji badań własnych w 2002 wykonano następujące prace prowadzące do modelu układowego sieci i jego symulacji:

1. Zmodyfikowano układ równań różniczkowych opisujących działanie pojedynczego oscylatora w taki sposób, aby zastąpić występujące tam funkcje nieliniowe funkcją tangens hiperboliczny, która jest stosunkowo prosta do realizacji układowej;
2. Zaprojektowano i dokonano symulacji oscylatora działającego w oparciu o równania opracowane w p. 1 oraz zbadano jego właściwości, wykazując poprawne działanie sieci wykorzystującej nowy model oscylatora;
3. Zaprojektowano sieć o niewielkiej liczbie oscylatorów i dokonano jej symulacji. Oscylatory w sieci są lokalnie połączone stałymi wagami pomiędzy sobą oraz każdy oscylator jest połączony z tzw. globalnym inhibitorem. Badania symulacyjne z wykorzystaniem programu ICAPS 4 wykazały poprawność działania sieci.

Dalsze badania będą prowadzone w roku 2003. Będą obejmowały optymalizację elementów sieci, symulację większych sieci o większej liczbie elementów oraz testy segmentacji dla wybranych obrazów binarnych. 

Publikacje:

1. M. Strzelecki, J. Kowalski: Model układowy CMOS oscylatora do segmentacji obrazów, Krajowa Konferencja Elektroniki, czerwiec 2002, Kołobrzeg-Dźwirzyno, 253-258.
2. M. Strzelecki, Pattern Recognition Using Network of Synchronised Oscillators, Proc. of International Conference of Computer Vision and Graphics, vol. 2, 25-29 September, Zakopane, 2002, 716-721.
3. M. Strzelecki, P. Liberski, A. Zalewska: Segmentation of Mast Cell Images Using network of Synchronised Oscillators, Proc. of the International Conference Informatics for Health Care, Visaginas, September 2002, Lithuania, 81-88.

dr inż. Bartosz Kopczyński

Supervisor: Prof. dr inż. Paweł Strumiłło

Research: Algorithms for computer based analysis of laryngovideostroboscopic images for supporting the objective diagnosis of disorders of the vocal fold's phonatory function, uantitative assessment of videolaryngostroboscopic images in patients with glottic pathologies

Introduction. Digital imaging techniques enable exploration of novel visualisation modalities of the vocal folds during phonation and definition of parameters facilitating more precise diagnosis of voice disorders.

Aim. Application of computer vision algorithms for analysis of videolaryngostroboscopic (VLS) images aimed at qualitative and quantitative description of phonatory vibrations.

Materials and methods. VLS examinations were conducted for subjects with vocal nodules, subjects with glottal incompetence and normophonic females. The recorded VLS images were pre-processed, the glottis area was segmented out and the glottal cycles were identified. The glottovibrograms were built and then the glottal area waveforms (GAW) were quantitatively described by computing the following parameters: Open Quotient (OQ), Closing Quotient (CQ), Speed Quotient (SQ), Minimal Relative Glottal Area (MRGA), and a new parameter termed Closure Difference Index (CDI).

Results. Profiles of the glottal widths assessed along the glottal length differentiated the study groups (p

Research is conducted in collaboration with prof. med. Ewa Niebudek-Bogusz from the Department of Audiology and Phoniatrics of the Nofer Institute of Occupational Medicine  in Lodz.

 

This work was supported by the National Science Centre, Poland, grant PRELUDIUM no. UMO-2016/21/N/ST6/02612 in years 2017-2019.

Publications:

1. B. Kopczynski, P. Strumillo, M. Just and E. Niebudek-Bogusz, "Acoustic Based Method for Automatic Segmentation of Images of Objects in Periodic Motion: detection of vocal folds edges case study," 2018 Eighth International Conference on Image Processing Theory, Tools and Applications (IPTA), Xi'an, 2018, pp. 1-6. doi: 10.1109/IPTA.2018.8608152.
2. B. Kopczyński, P. Strumiłło, M. Just, E. Niebudek-Bogusz “Generating 3D spatio-temporal models of vocal folds vibrations from high speed digital imaging” International Symposium on Biomedical Imaging (ISBI), Washington, DC, pp. 612-615, 2018, doi: 10.1109/ISBI.2018.8363650.
3. B. Kopczyński, P. Strumiłło, E. Niebudek-Bogusz “Glottocorrelographic Visualization of Normal and Pathological Vocal Folds Oscillations from Videolaryngostroboscopic Images” Polish Conference on Biocybernetics and Biomedical Engineering, Advances in Intelligent Systems and Computing, 2018, ISBN 978-3-319-66904-5, doi: 10.1007/978-3-319-66905-2_17.
4. E. Niebudek-Bogusz, B. Kopczynski, P. Strumillo, J. Morawska, J. Wiktorowicz J. & M. Sliwinska-Kowalska (2016): "Quantitative assessment of videolaryngostroboscopic images in patients with glottic pathologies", Logopedics Phoniatrics Vocology, doi: 10.3109/14015439.2016.1174293 (IF=0.932).
5. B. Kopczyński, P. Strumiłło, E. Niebudek-Bogusz. "Computer based quantification of normal and pathological vocal folds phonatory processes from laryngovideostroboscopy".
6. Federated Conference on Computer Science and Information Systems (IEEE Xplore Digital Library). https://fedcsis.org/proceedings/2015/drp/276.html
7. B. Kopczyński, P. Strumiłło, E. Niebudek-Bogusz, "Ocena funkcji fonacyjnej krtani z zastosowaniem komputerowej analizy obrazów laryngowideostroboskopowych – badania pilotażowe", Otorynolaryngologia 2014, 14(3) 147+154.

---

dr inż. Adam Sankowski

Opiekun: prof. dr hab. Andrzej Materka

"Wyznaczenie parametrów drzew naczyń krwionośnych odwzorowanych w obrazach cyfrowych 3D rezonansu magnetycznego, z wykorzystaniem morfologii matematycznej"

data obrony: grudzień 2014

Celem badań jest opracowanie algorytmu modelowania układu naczyń krwionośnych mózgu na podstawie obrazów trójwymiarowych rezonansu magnetycznego dużej rozdzielczości. Geometryczny model naczyń będzie stosowany do wizualizacji tętnic i żył oraz do wyznaczania ich ilościowego opisu parametrycznego. Oczekuje się, że obliczone parametry geometryczne naczyń (np. objętość gałęzi, czy parametry przekrojów poprzecznych) uzupełnią w sposób istotny wyniki badań medycznych i przyczynią się do bardziej obiektywnej i trafnej diagnozy medycznej. W niniejszym projekcie zakłada się wykorzystanie metod morfologii matematycznej do segmentacji obrazów.

Istotą projektu jest "śledzenie naczyń krwionośnych" za pomocą autorskiej modyfikacji algorytmu rozrostu regionu, z uwzględnieniem lokalnego otoczenia tych obszarów obrazu, które odpowiadają żyłom i tętnicom. Priorytetami algorytmu są szybkość działania oraz automatyczny dobór parametrów, przy zachowaniu jak największej dokładności. Dokładność odwzorowania kształtu naczyń krwionośnych za pomocą opracowanego algorytmu jest oceniana na podstawie obrazów symulowanych numerycznie oraz rzeczywistych obrazów rezonansu magnetycznego - zmierzonych dla odpowiednio zbudowanych obiektów testowych (tzw. fantomów) i dla mózgu ochotników. Planuje się opracowanie programu komputerowego dla lekarzy - do analizy obrazów i modelowania naczyń. Obliczenia realizowane przez program będą wspomagane przez procesory karty graficznej komputera, np. z wykorzystaniem technologii Nvidia CUDA (Compute Unified Device Architecture).

---

dr inż. Michał Bujacz

Opiekun: dr hab. P. Strumiłło, prof. PŁ

"Reprezentacja scen trójwymiarowych przy użyciu dzwięków przestrzennych w urządzeniu wspomagającym osoby niewidome"

data obrony: kwiecień 2011

Celem projektu jest stworzenie urządzenia wspomagającego osoby niewidome w poruszaniu się i w życiu codziennym. Stworzony niedawno program symulujący pracę tego typu urządzenia przekładał odległości od przeszkód na stereofoniczne tony. Testy przeprowadzone na grupie ochotników wykazały potencjalną użyteczność proponowanych rozwiązań. Dalszym kierunkiem badań będzie tworzenie doskonalszych kodów dźwiękowych, wykorzystujących między innymi dźwięk 3D, oraz praktyczna realizacja symulowanych dotychczas zagadnień.

---

dr inż. Łukasz Kornatowski

Opiekun: dr inż. Krzysztof Ślot, prof. PŁ

"Zastosowanie sieci neuronowych komórkowych do generacji tekstur"

data obrony: październik 2009

Potrzeba analizy i generacji tekstur występuje w zagadnieniach przetwarzania obrazów, w grafice komputerowej (synteza scen dwu i trójwymiarowych), oraz w obiektowych systemach kompresji obrazów i video, w których kompresja odbywa się poprzez wydzielanie obiektów, a następnie oddzielne kodowaniu kształtu, położenia i tekstury obiektu.

Prowadzone prace badawcze mają na celu stworzenie narzędzia wspomagającego działanie systemów: obiektowej kompresji obrazów i tworzenia syntetycznych scen, które wykorzystuje równoległą strukturę zwaną siecią neuronową komórkową (SNK). Siec komórkowa pozwala wygenerować w czasie pojedynczych mikrosekund obrazy jednorodnych tekstur. Zadanie projektowe stanowi określenie siły oddziaływań pomiędzy elementami sieci w taki sposób, aby wygenerowany obraz był wizualnie podobny do zadanego obrazu tekstury. Oddziaływania pomiędzy neuronami są jednorodne na całej powierzchni sieci i ograniczone do sąsiednich neuronów. Z tego powodu tekstura musi być wygenerowana na podstawie kilkunastu parametrów, co z jednej strony pozwala uzyskać zwięzły opis tekstury i duży stopień kompresji, z drugiej stawia wysokie wymagania odnośnie procedury projektowej. Sieci neuronowe komórkowe mogą być również wykorzystane do wspomagania analizy tekstur o charakterze mieszanym zawierających komponenty deterministyczne i stochastyczne, przyśpieszając kosztowne obliczeniowo procedury separacji tych komponentów.

 

---

dr inż. Marek Goździk

Opiekun: dr hab. Krzysztof Ślot, prof. PŁ

"Wykorzystanie nieliniowych transformacji morfologicznych dla celów rozpoznawania obiektów zniekształconych w obrazach cyfrowych"

data obrony: wrzesień 2009

Dynamiczny rozwój multimediów oraz wszelkiego rodzaju aplikacji korzystających z danych obrazowych potęguje wzrost wymagań dotyczących szybkości obliczeniowej oraz efektywności stawianych współczesnym technikom przetwarzania tego typu danych. Wymaga to doskonalenia technologii wykonania istniejących narzędzi, a także poszukiwania nowych rozwiązań. Kierunkiem rozwoju uważanym w obecnej chwili za bardzo istotny są równoległe struktury obliczeniowe. Za jednego z głównych przedstawicieli tej rodziny układów uważa się sieci neuronowe. Prace badawcze prowadzone w ramach przyszłego doktoratu mają na celu adaptację tego właśnie narzędzia dla potrzeb wybranych zadań aplikacyjnych przetwarzania obrazów, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień biometrycznych.
 

---

dr inż. Piotr Skulimowski

Opiekun: dr hab. Paweł Strumiłło

"Segmentacja i opis parametryczny obiektów w sekwencjach obrazów z ruchomego układu stereowizyjnego do celów dźwiękowej prezentacji sceny trójwymiarowej"

data obrony: wrzesień 2009

Zakres badań związany z doktoratem dotyczy problemu analizy i przetwarzania sekwencji barwnych obrazów sceny trójwymiarowej rejestrowanych przez ruchomy stereoskopowy układ kamer. Badania te są ukierunkowanie na opracowanie mobilnego układu wspomagającego osobę niewidomą w samodzielnym poruszaniu się.

Stereoskopia jest jedną z technik pozwalających na wyznaczenie odległości (tzw. głębi) elementów sceny od układu kamer. Kluczowym zadaniem w badaniach jest detekcja i selekcja obiektów sceny trójwymiarowej oraz ich parametryczny opis umożliwiający wytworzenie akustycznego odwzorowania wydzielonych obiektów sceny. Dane te będą aktualizowane i uszczegółowiane wraz z ruchem układu kamer, co pozwoli na śledzenie położenia obiektów, także tych, które przestały być widoczne w polu widzenia kamer.

Przyjętym ograniczeniem w konstrukcji systemu stereowizyjnego jest jego mała baza (odległość między osiami optycznymi kamer). Ograniczenie to wynika z docelowego zastosowania układu stereowizyjnego jako personalnego modułu wizyjnego osoby niewidomej. Mała baza układu stereoskopowego skutkuje zmniejszeniem dokładności wyznaczenia obrazu głębi. Poprawienie tej dokładności jest możliwe na podstawie sekwencji obrazów stereoskopowych rejestrowanych przez ruchomy układ kamer. Do tego celu niezbędna jest estymacja sześciu parametrów ruchu (ang. ego-motion estimation), na który składają się trzy wektory translacji i trzy kąty obrotu sztywnego układu kamer.

W przypadku zagadnień związanych z robotyką parametry ruchu systemu można pozyskać z układu sterowania lub innych urządzeń (systemy nawigacji GPS, skanery odległości, czujniki inercyjne). Założeniem przyjętym w pracy jest korzystanie wyłącznie z informacji wizyjnej, bez konieczności stosowania dodatkowych czujników.

---

dr inż. Aleksandra Królak

Opiekun: dr hab. Paweł Strumiłło, prof. PŁ

"Wizyjny system analizy mrugnięć do oceny zmęczenia psychicznego i komunikacji z komputerem"

data obrony: wrzesień 2009

Mruganie powiekami jest kontrolowane przez centralny układ nerwowy i odgrywa bardzo istotną rolę w nawilżaniu i oczyszczaniu oka. Na dynamikę mrugania wpływa wiele czynników takich jak wilgotność i temperatura otoczenia, emocje czy zmęczenie osoby monitorowanej.

Mruganie powiekami jest kontrolowane przez centralny układ nerwowy i odgrywa bardzo istotną rolę w nawilżaniu i oczyszczaniu oka. Na dynamikę mrugania wpływa wiele czynników takich jak wilgotność i temperatura otoczenia, emocje czy zmęczenie osoby monitorowanej. Detekcja mrugnięć i analiza dynamiki mrugania jest wykorzystana m.in. w systemach:

• oceny stanu psychofizycznego osoby;
• diagnozowania niektórych chorób (np. schizofrenia, choroba Lou Gehriga);
• wykrywania kłamstw;
• komunikacji człowiek-komputer (m.in. osób niepełnosprawnych z komputerem).

Celem w pracy jest zbudowanie nieinwazyjnego systemu wizyjnego do analizy motoryki mrugania. System umożliwi ocenę stanu psychofizycznego osoby monitorowanej w czasie rzeczywistym.

Na rysunkach pokazano stanowisko badawcze i sekwencję wideo ilustrującą działanie budowanego systemu.

---

dr inż. Marek Kociński

Opiekun: prof. dr hab. Andrzej Materka

"Ilościowa analiza drzew naczyń krwionośnych odwzorowanych w obrazach cyfrowych"

data obrony: lipiec 2009

Celem pracy jest wyznaczenie zależności pomiędzy parametrami fizjologicznymi wewnątrz naczyń krwionośnych (takimi jak: ciśnienie, przepływ czy lepkość krwi) a parametrami tekstury 3D uzyskanymi z tomografu rezonansu magnetycznego. Badania dotyczą zdrowych organizmów jak również stanów charakterystycznych dla zachowań nowotworowych, o dużej gęstości naczyń krwionośnych (ang. hypervascularity).

Badania zostaną przeprowadzone przy wykorzystaniu elektronicznie wygenerowanych fantomów drzew naczyń krwionośnych oraz rzeczywistych struktur uzyskanych na podstawie algorytmów śledzenia i ekstrakcji naczyń krwionośnych z trójwymiarowych danych MRI.

---

dr inż. Jarosław Cichosz

Opiekun: dr hab. K. Ślot, prof. PŁ

"Wykorzystanie wybranych cech sygnału mowy do rozpoznawania i modelowania emocji dla języka polskiego"

grudzień 2008

Kontekst emocjonalny wypowiedzi - oprócz samej treści, jest ważnym elementem w komunikacji międzyludzkiej. Również w interakcji człowiek "maszyna" ten element wydaje się bardzo ważny.

Skuteczne rozpoznawanie emocji na podstawie sygnału mowy może być pomocne m.in. w systemach automatycznego monitorowania stanu psychofizycznego osób (np. detekcji zmęczenia), poprawie efektywności rozpoznawania treści i mówcy, czy też syntezie mowy o naturalnym brzmieniu.

Praca ma na celu znalezienie cech (zbioru cech) sygnału mowy, które odpowiadają za przenoszenie ładunku emocjonalnego w mowie (konkretnie dla j. polskiego). Ponadto planowane jest podjęcie próby stworzenia pewnych modeli emocji w celu ich dalszego wykorzystania np. w syntezie mowy.

 

---

dr inż. J. Koszlaga

Opiekun: prof. dr hab. A. Materka

"Metody wydobywania wiedzy ze zbiorów danych za pomocą sztucznych sieci neuronowych"

data obrony: marzec 2006

Problem odkrywania wiedzy lub drążenia danych (ang. data mining) polega na analizowaniu danych w celu utworzenia czytelnego ich opisu w formie prostych reguł. Jest to stosowane w różnych dziedzinach: od analiz finansowo marketingowych, poprzez produkcję leków i epidemiologię, kończąc na analizowaniu danych astronomicznych.

Celem pracy jest porównanie różnych metod odkrywania wiedzy w danych, a w szczególności zbadanie pod tym względem sieci o Radialnych Funkcjach Bazowych. Jedną z możliwości zastosowania technik drążenia danych jest diagnostyka techniczna. Testowanie współczesnych, złożonych układów elektronicznych staje się coraz bardziej kosztowne, czasochłonne i mniej dokładne w porównaniu z trudem włożonym w zaprojektowanie takiego układu. Znalezienie reguł opisujących zależności pomiędzy sygnałem pomiarowym a uszkodzeniem badanego układu za pomocą metod drążenia może pozwolić na opracowanie najkorzystniejszych dla niego procedur diagnostycznych.

---

dr inż. Marcin Kociołek

"Klasyfikacja tekstury obrazów za pomocą dyskretnego przekształcenia falkowego z zastosowaniem do analizy obrazów tomograficznych rezonansu magnetycznego"

data obrony: wrzesień 2003

---

dr inż. Paweł Pełczyński

"Analiza i projektowanie sztucznych sieci neuronowych do przetwarzania i rozpoznawania sygnałów"

data obrony: maj 2003

---

dr inż. Piotr Makowski

"Segmentacja trójwymiarowych obrazów MRI dla celów wizualizacji serca i ilościowego modelowania naczyń krwionośnych"

data obrony: czerwiec 2003

"Opracowanie szybkich nieinwazyjnych sekwencji angiografii rezonansu magnetycznego do segmentacji oraz ilościowej analizy układu naczyń tętniczych i żylnych na obrazach 3D dużej rozdzielczości"

Polsko-niemiecki projekt badawczy 2007-2010

Koordynatorzy prac:

• prof. dr hab Andrzej Materka - Politechnika Łódzka, Instytut Elektroniki, Zakład Elektroniki Medycznej
• PD Dr. Jürgen R. Reichenbach - Friedrich Schiller University Jena, Institute for Diagnostic and Interventional Radiology, Medical Physics Group, Niemcy
• Professor MD PhD Arvid Lundervold - University of Bergen, Department of Biomedicin, Section of Physiology, Norwegia

Polscy realizatorzy projektu:

• dr hab. Michał Strzelecki, prof PŁ
• dr inż. Piotr Szczypiński
• dr inż Artur Klepaczko
• mgr inż. Marek Kociński

Celem projektu jest opracowanie sekwencji pomiarowych dla tomografu rezonansu magnetycznego umożliwiających jednoczesne zobrazowanie żył oraz arterii mózgowych bez użycia jakichkolwiek inwazyjnych środków cieniujących, a także metod segmentacji uzyskanych obrazów trójwymiarowych dużej rozdzielczości dla modelowania i ilościowej analizy sieci naczyń krwionośnych. Nowa sekwencja (opracowana przez zespół prof. J. Reichenbacha w Jenie) będzie połączeniem angiografii ToF (ang. time of flight) oraz zobrazowania zależnego od podatności magnetycznej SWI (ang. susceptibility weighted imaging). Połączenie tych dwóch różnych zjawisk fizycznych jest źródłem zwiększonego kontrastu obszarów reprezentujących żyły i arterie w obrazie. Ten kontrast ułatwi segmentację obrazów dla ilościowej analizy sieci arterii oraz żył, za pomocą algorytmów i programów komputerowych opracowanych przez zespół kierowany przez prof. A. Materkę w Łodzi. Dokładność opracowanych metod analizy i modeli sieci naczyń krwionośnych będzie oszacowana za pomocą obrazów 3D symulowanych komputerowo oraz zmierzonych dla odpowiednio zaprojektowanych obiektów testowych o znanych parameterach geometrycznych, przepływie i różnicy susceptancji składowych elementów stałych i płynnych. Pozwoli to na ocenę dokładności estymacji parametrów naczyń krwionośnych, zależnej m.in. od rozdzielczości obrazów i poziomu zakłóceń szumowych. Prowadzone badania będą konsultowane z prof. A. Lundervoldem z Bergen. Wynikiem praktycznym projektu będzie program komputerowy pozwalający na zwiększenie dokładności i obiektywoności wykrywania zmian chorobowych układu krwionośnego mózgu.
 

"Physiological Modelling of MR Image Formation"

Projekt COST B21 2003-2007

Wiceprzewodniczącym projektu i kierownikiem polskiej grupy jest prof. dr hab. A. Materka.

Głównym celem projektu jest opracowanie metod komputerowego modelowania procesów fizjologicznych zachodzących w tkankach z wykorzystaniem techniki obrazowania rezonansu magnetycznego oraz metod przetwarzania i analizy obrazów.

MaZda Software     Strona www o projekcie COST B21
 

"Analiza tekstury obrazu rezonansu magnetycznego dla celów kontroli jakości sera"

Projekt KBN Polonium 2001-2002

Projekt był realizowany wspólnie instytutem CEMAGREF z Rennes, Francja. Celem prac było opracowanie metod analizy obrazów MRI przekrojów serów miękkich dla celów ich klasyfikacji oraz znalezienia takich parametrów tekstury, które pozwolą na określenie stopnia dojrzałości tych serów. W badaniach uwzględniano rodzaj protokołu akwizycji stosowany przy rejestracji obrazów oraz wpływ normalizacji na uzyskiwane wyniki klasyfikacji. Opracowanie automatycznych metod analizy, umożliwiających bezinwazyjną analizę produktu, będzie miało zastosowanie w procesie uwierzytelniania i kontroli jakości produktów żywnościowych.
 

"Ilościowa analiza tekstury obrazów tomograficznych rezonansu magnetycznego"

Projekt COST B11 1998-2002

Realizację projektu COST B11 rozpoczęto w maju 1998 roku. Było w niego zaangażowanych 17 uniwersytetów i ośrodków badawczych z krajów Unii Europejskiej oraz Czech, Szwajcarii i Polski.

Inicjatorem i przewodniczącym projektu był dr Richard Lerski, dyrektor Medical Phisiscs Department, Ninewells Hospital and Medical School, Dundee w Szkocji.