logo

Laboratoř aplikací obrazové analýzy

Laboratoř se věnuje metodám zpracování a sběru obrazové informace a aplikacím počítačů při vyhodnocování obrazu v široké paletě aplikací technických a lékařských, přičemž se soustřeďuje především na metody interferenční, holografické a moiré. Na prvním obrázku je pohled na pracoviště obrazové analýzy vybavené optickou lavicí - základním vybavením pro získávání obrazových dat.

Optická lavice

Studium tvaru prostorových předmětů je možno realizovat např. metodou stínové moiré topografie. V tomto případě jsme omezeni velikostí mřížky, která musí být srovnatelná s velikostí měřeného předmětu. Zmíněnou nevýhodu je možno odstranit použitím metody projekční moiré topografie, která je založena na symetrické projekci lineární mřížky na prostorovou plochu studovaného předmětu (obr. vlevo). Na obrázku vpravo můžete vidět výsledek počítačového zpracování - zvýraznění vrstevnic.

Lopatka s mřížkou Vrstevnice

Další aplikací moiré topografie je pomoc při vytváření modelu lidského hlasového ústrojí, v němž je nejdůležitější získání informací o jeho tvaru. Za účelem analýzy tvarů hlasových ústrojí byly realizovány 3D modely lidské laryngeální dutiny (obr. vlevo). Moiré topografie byla upravena pro počítačové vyhodnocení získaných dentálních odlitků a umožnila tak analyzovat geometrické nesouměrnosti jednotlivých vzorků s vysokou přesností (obr. vpravo - mapa vrstevnic).

Odlitek Vrstevnice

V mnoha technických aplikacích se používají tenké vrstvy a je důležité určení tloušťky vrstvy. Měření lze realizovat např. Michelsonovým interferometrem. Měřený vzorek (obr. vlevo) se upraví tak, aby jedna polovina plochy byla s vrstvou a druhá bez vrstvy, a pomocí CCD kamery se zaznamená interferogram (obr. uprostřed). Videosignál ze dvou řádků se počítačově filtruje a odvodí se fázová změna těchto dvou průběhů pomocí první a druhé derivace. Výsledný fázový posuv umožňuje určit dráhový rozdíl světla a posléze tloušťku vrstvy (obr. vpravo).

Měřený vzorek s vrstvou Interferogram Výsledky

Ve spolupráci s lékaři se provádí studie, jejímž cílem je zhodnocení míry stability různých operačních fixačních metod lidské bederní páteře biomechanickou analýzou. Toto měření se provádí na kadaverózních vzorcích bederní páteře při přesně definovaném mechanickém zatížení na tlak, ohyb, torzi a jejich kombinace. Stabilizace byla provedena válcovitými klecemi a fixačními šrouby. Tuhost destabilizovaných a stabilizovaných vzorků byla vypočítána k nedotčené páteři. Pohyb jednotlivých částí páteře byl detekován za pomoci kulatých terčů spojených s obratly (obr. vlevo), které byly osvětleny lampou a laserem a snímány dvěma CCD kamerami. Signál kamer byl přenesen do počítače a vyhodnocován metodou rychlé Fourierovy transformace. Z period a směru interferenčních proužků byla určena velikost a směr posunu (obr. uprostřed před fixací, obr. vpravo po fixaci, oba při stejné zátěži).

Vzorek páteře Vzorek před fixací Vzorek po fixaci

Laboratoř se věnuje také konstrukci zařízení pro optická měření, např. vytváření rozhraní pro přístup počítače k řádkové CCD kameře skrze paralelní port (obr. vlevo). Takovou kameru lze používat pro spektroskopické účely při využití difrakce. Na obr. vpravo je ukázka spektra rtuťové výbojky, k jehož získání byla kamera s navrženým rozhraním použita.

Rozhraní k řádkové kameře Spektrum výbojky

Z hlediska bezpečnosti silničního provozu je jednou z podmínek pro udělení homologace pneumatik provedení zkoušky maximálního nárůstu rozměrů pneumatiky při volné rotaci. Ve spolupráci s IGTT Zlín byla navržena metodika studia nárůstu pneumatik založená na snímání stopy (obr. vlevo), kterou vytváří osvětlená štěrbina na pneumatice. Sběr se provádí pomocí CCD kamer a obraz se zpracovává počítačem (obr. vpravo).

Stopa na pneumatice Průmyslové měření pneumatik

Výběr z publikací:

  1. Bartoněk, L.; Keprt, J.; Charamza, J.; Hrabálek, L.: Utilization of speckle techniques at measurements of biomechanical characteristics of cadaverous human lumbar spine samples after application of various surgical fixation methods in Novel Optical Instrumentation for Biomedical Applications. Proceedings of SPIE-OSA Biomedical Optics and Imaging, SPIE Vol. 5143, 262-269, 2003.
  2. Bartoněk, L.; Keprt, J.; Charamza, J.; Hrabálek, L.: Computer aided measurement of biomechanical characteristic of cadaverous lumbar spines. Central European Journal of Physics 2(3), 504-510, 2004.
  3. Bartoněk, L.; Keprt, J.: The CCD image line sensor ILX511 for physical experiments. New Trends in Physics 2004 280-283, 2004.
  4. Keprt, J.; Bartoněk, L.; Horáček, J.; Švec, J. G.: Application of moiré topography on the form of the plaster model of vocal folds. Acta Univ. Pal. Olomouc., Fac. Rer. Nat., Physica 42-43, 125-134, 2003-2004.
  5. L. Bartoněk, J. Keprt : Structural image recognition in optical interferometry. Acta Univ. Pal. Olomouc., Fac. Rer. Nat., Physica 42-43, 135-148, 2003-2004.