Insyu Elekronk Polechnk Łódzkej Por M. Szczypńsk Modele deformowalne do loścowej analzy rozpoznawana obeków w obrazach cyfrowych Promoor: prof. dr hab. Andrzej Maerka
Cel pracy Opracowane efekywnych meod analzy obrazów z wykorzysanem deformowalnych model Porównane radycyjnych meod analzy obrazów meod wykorzysujących deformowalne modele.
Tezy pracy Modele deformowalne pozwalają na prawdłowe rozpoznawane obeków znekszałconych oraz na określane sopna ego znekszałcena Modele deformowalne sosowane do śledzena poruszających sę obeków przedsawonych w sekwencj obrazów cyfrowych pozwalają na określane ch położena orenacj odległośc od obserwaora Rozpoznawane określane położena obeków w obraze cyfrowym za pomocą model deformowalnych przy użycu procesorów sekwencyjnych wymaga krószego czasu przewarzana w porównanu do meod radycyjnych.
Meody badawcze Analza maemayczna Symulacja kompuerowa Weryfkacja eksperymenalna. Narzędza badawcze Programy analzy obrazów meodam radycyjnym: komercyjne opracowane samodzelne Sak - program analzy obrazów za pomocą model deformowalnych.
Pochodzene badanych obrazów Obrazy ulrasonografczne serca CZMP w Łodz dr E. Makowecka Obrazy rengenowske zaren Insyuu Agrofzyk PAN w Lublne dr J. Newczas projek badawczy 5P06F0109 Fzyczne bologczne skuk suszena mkrofalowego zaren pszency Obrazy MRI serca Aarhus Unersy Hospal dr H. Sødklde-Jørgensen program badawczy EC COST B11 Quanaon of Magnec Resonance Image Texure Sere obrazów przedsawających rzeczywse obeky w ruchu Encyklopeda Mulmendalna PWN - Hsora Wydawncwa Naukowe PWN S.A. Warszawa 1999 Obrazy uworzone szuczne.
Przykłady analzowanych obrazów
Tradycyjne meody analzy obrazów Przewarzane wsępne usuwane zakłóceń Segmenacja progowane jasnośc obrazu przekszałcena gradenowe przekszałcena morfologczne aproksymacja konuru równanem krzywej Określane cech obeków korelacja obrazu mask wzorca oblczane cech geomerycznych obeku Klasyfkacja.
Wady radycyjnych meod analzy obrazów Weloeapowość analzy Sraa częśc sonych nformacj w poszczególnych eapach Dług czas analzy.
Deformowalne modele w analze obrazów cyfrowych Deformowalna krzywa akywny konur: - wyznaczane konuru obeku M. Kass A. Wkn D. Terauzopoulos Snakes: Ace Conour Models 1988 W. Neuenschwander P. Fua O. Kuebler From Zplock Snakes o Velcro Surfaces 1995 Deformowalny wzorzec saka: - rozpoznawane obeku - określane sopna znekszałcena obeku. L. Wsko J-M. Fellous N. Kruger C. Malsburg Face Recognon by Elasc Bunch Graph Machng 1997 X. Wu B. Bhanu Gabor Waele Represenaon for 3-D Objec Recognon 1997
Idea akywnego konuru s=s m -1 s=0 s=1 akywny konur punk węzłowy s analzowany obek Budowa akywnego konuru Oddzaływane obrazu na srukurę Modelowane sprężysośc krzywej.
Przykład dopasowana akywnego konuru
Równana opsujące akywny konur Wewnęrzne naprężena krzywej konuru Składowa oddzaływana obrazu Dodakowa składowa oddzaływań zewnęrznych Równane ruchu punków węzłowych. s s l s m F ds s E s E s E E S m p e S 0 s E s S F ds s d ds s d s E
Idea deformowalnego wzorca sak Budowa sak Zaps cech obrazu wzorcowego w punkach węzłowych Proces dopasowana modelu do obeku.
Przykład dopasowana deformowalnego wzorca
Energa deformowalnego wzorca Modelowane wewnęrznych naprężeń Oddzaływane obrazu na sakę Dopasowane sak do obeku. Problem z modelowanem naprężeń dla punków węzłowych na brzegu sak j j j j E s s s s d E E E E p e S
Modyfkacje modelu akywnego konuru Model z punkem środkowym F e s=1 punk węzłowy N x 0 y 0 αs s=0 punk środkowy s=s m -1 s+1 s analzowany obek s-1 Model cśnenowy balonowy
Oddzaływana sł obrazu Graden jasnośc obrazu Progowane jasnośc
Przykłady dopasowana zmodyfkowanych model akywnego konuru Model cśnenowy balonowy Model z punkem środkowym
Oblczane naprężeń meodą szablonów geomerycznych D R f 4 b a c a' a'-b = b-c f 3 b a c rójką prosokąny równoramenny punk węzłowy f 1 b a c d równoległobok punk węzłowy f a c b c b a c b c b y x x y y x y y x x f 1 a d c b a d c b y y y y x x x x f a c b a c b y y y x x x f 3 a I J J I m m m m R j R j R R D f 4 sn cos sn cos
Saka rójkąna a c b c b a b c c b y x x y y x y y x x 3 3 f b a c punk węzłowy rójką równoboczny
Saka o ogranczonej elasycznośc Ogranczene deformacj sak do jej: przesuwana rozcągana obrou 1 1 j p j card d F D D 1 1 1 1 1 1 1 j j p j j j r R R D D F 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 j j x y p j j j j a D D D F
Sekwencyjne użyce model Przyspeszene procesu dopasowana Dokładność dopasowana do obeku.
Orygnalne osągnęca Modyfkacja funkcj oddzaływana obrazu Nowe modele akywnego konuru: model z punkem środkowym zmodyfkowany model cśnenowy Orygnalna meoda oblczana naprężeń w sace deformowalnego wzorca meoda dopasowana sak o rójkąnej srukurze połączeń Saka o ogranczonej elasycznośc Sekwencyjne zasosowane: modelu o ogranczonej elasycznośc modelu w pełn deformowalnego.
Zasosowane akywnego konuru 1 a b Wyznaczane obrysu lewej komory serca na obrazach ulrasonografcznych. Porównane wynków uzyskanych za pomocą akywnego konuru a obrysów zaznaczonych przez kardologa b.
Zasosowane akywnego konuru Wyznaczane obrysu lewej komory serca na obrazach MRI pokazano wybrane przekroje serca w ej samej faze pracy.
Wyznaczane konuru bruzdk położena zarodka zarna pszency
Dopasowane sak akywnego konuru do uszkodzonego obeku
Śledzene poruszających sę obeków
Odporność meod analzy obrazów na dodane zakłócena losowe Obraz poddawany analze Warość bezwzględna gradenu Odchylene sandardowe dodanych zakłóceń losowych 0 0 50 Segmenacja przez progowane Progowane przekszałcena morfologczne Segmenacja z zasosowanem akywnego konuru
Źle zaklasyfkowane punky obrazu 450 400 350 300 50 00 150 100 50 0 Odporność meod analzy obrazów na dodane zakłócena losowe 0 10 0 30 40 50 60 Odchylene sandardowe zakłóceń losowych Ak. Konur Progowane Morfologa
Odporność meod analzy obrazów na dodane zakłócena losowe 480 Lczba punków brzegowych obszaru 460 440 40 400 380 360 340 30 300 Ak. Konur Progowane Morfologa 80 0 10 0 30 40 50 60 Odchylene sandardowe zakłóceń losowych
Sopeń rozróżnena obeków należących do różnych klas 8.00E+05 0.16 7.00E+05 0.14 Współczynnk deformacj sak prosokąnej 6.00E+05 0.1 5.00E+05 0.1 Ф se 4.00E+05 0.08 ZA4 ZA4 ZB ZB 3.00E+05 0.06.00E+05 0.04 0.0 Q=07 1.00E+05 Q=00 F=18 F=148 0 0.00E+00 0 0.1 0. 0.3 0.4 0.5 0.6 6.00E+07 8.00E+07 1.00E+08 1.0E+08 1.40E+08 1.60E+08 1.80E+08.00E+08 Ф 1c
Sopeń rozróżnena obeków należących do różnych klas Współczynnk deformacj sak prosokąnej 0.16 0.14 0.1 0.1 Ф e 0.08 ZA4 ZB 0.06 0.04 0.0 0 Q=07 F=148 0 0.1 0. 0.3 0.4 0.5 0.6 Ф 1
Sopeń rozróżnena obeków należących do różnych klas Współczynnk Fshera rozdzelena klas współczynnk deformacj deformowalnego wzorca maksmum funkcj korelacj mnmum funkcj sumy kwadraów różnc jasnośc punków obrazu mask wzorca rozpoznawane rzuu zarna 14.8 1.8 rozpoznawane orenacj zarna 7.1 4.9
Czas wymagany do wykonana analzy obrazu Rodzaj analzy Czas wykonana analzy [ms] Penum 10MHz Celeron 400MHz Akywny konur z punkem środkowym 6.8 14.7 * 1.9 3.9 * Akywny konur sandardowy 9.5 17.3 *.8 4.5 * Wyznaczane konuru przez progowane 1 5 Wyznaczane konuru przez progowane 4 9 wraz z zamknęcem morfologcznym Wyznaczane konuru przez progowane 65 1 wraz z zamknęcem owarcem Deformowalny wzorzec z saką rójkąną 105 10 Deformowalny wzorzec z saką prosokąną 876 180 Wyznaczane maksmum funkcj korelacj 53560 8840 Wyznaczane maksmum funkcj korelacj mnmum funkcj sumy różncy kwadraów 64480 9880 * czas analzy zależy od wyzerowana lub ne parameru ξ modelu
Zasosowana deformowalnych model Dagnosyka medyczna: analza obrazów ulrasonografcznych serca analza obrazów serca z omografu MRI Analza obrazów rengenowskch zaren pszency: rozpoznawane rzuu orenacj obeku wyznaczane obrysu segmenacja przyblżone wyznaczane bruzdk zarodka Śledzene poruszających sę obeków w sekwencj obrazów cyfrowych.
Podsumowane Opracowano meody analzy obrazów za pomocą model deformowalnych umożlwające: segmenację określane położena orenacj sopna znekszałcena klasyfkację obeków eza 1 śledzene poruszających sę obeków określana ch położena orenacj odległośc od obserwaora eza Wykazano że analza obrazów z wybranej klasy za pomocą deformowalnych model jes szybsza od analzy za pomocą meod radycyjnych eza 3 Wykazano prakyczną użyeczność deformowalnych model Opracowano założena mplemenacj model deformowalnych w cyfrowym układze elekroncznym.
Publkacje 1 1. P. Srumłło P. Szczypńsk Auomac Exracon of Fuzzy and Broaken Image Edges usng Ace Conour Model XVIII KKTOUE 1995. P. Szczypńsk P. Srumłło Applcaon of an Ace Conour Model for Exracon of Fuzzy and Broken Image Edges Machne GRAPHICS & VISION Vol.5 No.4 1996 pp. 579-594 3. P. Srumłło P. Szczypńsk P. Makowsk Dokumenacja skompueryzowanego sanowska badawczego do analzy obrazów rengenowskch zaren pszency Insyu Elekronk Polechnka Łódzka 1996 4. P. Srumłło P. Szczypńsk P. Makowsk J. Newczas Program do Kompuerowej Analzy Obrazów Rengenowskch Zaren Pszency WEE PŁ Elekronka-Prace naukowe Łódź 1997 Zeszy nr pp.101-111 5. P. Szczypńsk A. Maerka Varable-Flexbly Elasc Model for Dgal Image Analyss XXI KKTOUE Kekrz 1998 wyróżnene 6. P. Srumłło J. Newczas P. Szczypńsk P. Makowsk W. Woźnak Compuer Sysem for Analyss of X-Ray Images of Whea Grans In. Agrophyscs 1999 13 pp. 133-140
Publkacje 7. P. Szczypńsk A. Maerka Varable-Flexbly Elasc Model for Dgal Image Analyss XXI KKTOUE Kekrz 1998 8.P. Szczypńsk A. Maerka Varable-Flexbly Elasc Model for Dgal Image Analyss Bullen of he Polsh Academy of Scences Techncal Scences Vol.47 No.3 1999 pp. 63-69 9.P. Szczypńsk A. Maerka Program do analzy obrazów za pomocą deformowalnych model Elekronka-Prace naukowe Łódź 000 Zeszy nr 5 pp.33-51 10.M. Kocołek A. Maerka M. Srzeleck P. Szczypńsk Badane wpływu lczby pozomów jasnośc obrazu na zdolność dyskrymnacj eksur przy użycu macerzy zdarzeń Elekronka-Prace naukowe Łódź 000 Zeszy nr 5 pp.1-33 11. P. Szczypńsk A. Maerka Objec Trackng and Recognon Usng Deformable Grd wh Geomercal Templaes Inernaonal Conference on Sgnals and Elecronc Sysems Usroń-Poland 000 pp.169-174 1.M. Kocołek A. Maerka M. Srzeleck P. Szczypńsk Inesgaon of Wordlengh Effec on Dscrmnae Power of Co-occurrence Marx Dered Feaures for Dgal Image Texure Analyss Inernaonal Conference on Sgnals and Elecronc Sysems Usroń-Poland 000 pp.163-168
Udzał w projekach badawczych zwązanych z emayką pracy KBN 5P06F0109 Fzyczne bologczne skuk suszena mkrofalowego zaren pszency COST B11 Quanaon of Magnec Resonance Image Texure KBN 8T11C0017 Idenyfkacja obeków w obrazach cyfrowych z zasosowanem elasycznego modelu