Browsing by Author "Березький, Олег Миколайович"

Now showing 1 - 4 of 4

Аналіз і синтез зображень на основі теорії алгебро-топологічних структур
(Національний університет "Львівська політехніка", 2012) Березький, Олег Миколайович
Дисертаційна робота присвячена питанням розробки методів і алгоритмів аналізу та синтезу симетричних й асиметричних зображень на основі теорії алгебричних та топологічних структур і розв’язанню задач аналізу та синтезу біомедичних зображень та зображень-орнаментів. Вирішено актуальну науково-прикладну проблему аналізу та синтезу зображень: розвинуто теоретичні засади аналізу та синтезу зображень, на базі яких розроблено моделі та методи аналізу і синтезу симетричних та асиметричних зображень, методи й алгоритми опису та перетворення контурів і областей зображень, методи й структури апаратного синтезу зображень, створено ефективні програмні засоби аналізу та синтезу зображень. Проаналізовано основні переваги та недоліки методів і алгоритмів аналізу та синтезу зображень. Розвинуто теоретичні основи аналізу та синтезу зображень, які базуються на теорії алгебро-топологічних структур. Розроблено методи й алгоритми аналізу та синтезу симетричних зображень, які ґрунтуються на кристалографічних групах смуги та площини. Створено методи й алгоритми опису та синтезу асиметричних зображень на основі використання моделей опису симетричних зображень з подальшим спотворенням їхніх породжуючих перетворень. Розроблено методи й алгоритми аналізу симетричних та асиметричних зображень, метод і алгоритми перетворення контурів та областей зображень у топологічному просторі, що базуються на використанні скелетів зображень, і метод та алгоритми перетворення контурів і областей зображень в афінному просторі. Створено апаратні структури для задач синтезу: множення матриці на вектор та матриці на матрицю. На основі розроблених методів, моделей і алгоритмів спроектовано і програмно реалізовано системи для аналізу та синтезу біомедичних зображень і зображень-орнаментів. The thesis is devoted to the questions of development of methods and algorithms of symmetric and asymmetric image analysis and synthesis on the basis of algebraic and topological structures theory and solution of problems biomedical image and image-patterns analysis and synthesis. The scientific and technical issue of the day of image analysis and synthesis is solved: there are developed theoretical principles of image analysis and synthesis, which models and methods of analysis and synthesis of symmetric image and asymmetric, methods and algorithms of description and transformation of image contours and areas, methods and structures of image hardware synthesis; the effective programmatic tools of image analysis and synthesis are created. Basic advantages and drawbacks of methods and algorithms of image analysis and synthesis are analyzed. Theoretical bases of image analysis and synthesis, which are based on the theory of algebraic- topological structures, are improved. Methods and algorithms of analysis and synthesis of symmetric image, which are based on the crystallographic groups of stripe and plane, are built. Methods and algorithms of description and synthesis of asymmetric image are created on the basis of the models use of description of symmetric image with subsequent distortion their generating transformations. Methods and algorithms of analysis symmetric image and asymmetric, method and algorithms of image contours and areas transformation in topology space, which are based on the use of image skeletons, and method and algorithms of image contours and areas transformation in affine space are created. Hardware structures are created for the synthesis tasks: multiplication of matrix on a vector and matrices on a matrix. On the basis of the developed methods, models and algorithms, it is projected and programmatically realized the systems for an analysis and synthesis of biomedical image and image-patterns. Развитие информатики и вычислительной техники привело к появлению искусственного интеллекта, одной из основных задач которого есть обработка визуальной информации. Широкое распространение данной информации требует разработки методов, алгоритмов и программно-аппаратных средств для систем компьютерного распознавания и синтеза зрительных образов. Задачи распознавания изображений стали актуальными в системах компьютерного зрения. Компьютерная графика распространилась благодаря развитию интернет-технологий, процессам визуализации в искусстве, науке и технике. На данный момент, разработан ряд методов и алгоритмов анализа и синтеза изображений, которые основываются на разных теоретических принципах. Поиск общих теоретических платформ для синтеза и анализа изображений определенных классов является научной научно-технической проблемой. Диссертационная работа посвящена вопросам разработки методов, алгоритмов и программно-аппаратных средств анализа, синтеза и описания симметричных и асимметричных изображений на основе теории алгебро-топологических структур. В работе решена актуальная научно-прикладная проблема: развита теория анализа и синтеза изображений на базе алгебро-топологических структур. На основе этого разработаны методы, модели и алгоритмы анализа и синтеза симметричных и асимметричных изображений, методы и алгоритмы описания и преобразования контуров и областей изображений в топологическом и аффинном пространствах, а также методы и структуры аппаратного синтеза изображений и эффективные программные средства анализа и синтеза биомедицинских изображений и изображений-орнаментов. Проанализированы программные средства синтеза симметричных и фрактальных изображений, показаны их преимущества и недостатки. Осуществлен анализ классов изображений – орнаментов и биомедицинских изображений. Орнаменты по своей структуре являются симметричными изображениями и владеют пространственной избыточностью, а биомедицинские изображения – асимметричными. Исследованы подходы к синтезу изображений, определено, что современным является процедурный подход. Проанализированы методы и алгоритмы анализа изображений. Обосновано, что перспективными методами анализа изображений-орнаментов и биомедицинских изображений есть структурные методы, которые базируются на теории кристаллографических групп. Развита теория синтеза и анализа изображений, которая базируется на абстрактных и кристаллографических группах. Методы и алгоритмы синтеза симметричных изображений построены на группах симметрии полосы и плоскости. Разработан метод синтеза симметричных изображений, который заключается в синтезе элементарного рисунка, раппорта и трансляций раппорта. Для представления элементарных изображений в растровой форме предложен язык описания изображений. Доказана теорема о минимальном базисе операций над непроизводными элементами языка. Осуществлен фрактальный синтез контура элементарного рисунка на основе множеств Жюлиа и его текстуры, используя шум Перлина. Базируясь на порождающих преобразованиях кристаллографических групп, выведены матричные модели симметричных изображений на полосе и плоскости. В работе предложен метод и алгоритмы описания и синтеза асимметричных изображений, для их создания использованы модели описания симметричных изображений с последующим искажением их порождающих преобразований. Разработан обобщенный алгоритм синтеза изображений. Осуществлена классификация асимметричных изображений. Выведены уравнения для разных видов асимметричных изображений. Проведена классификация функций искажения и показано, что они образуют группы. Получено уравнение асимметричного изображения, используя уравнения симметричного и функции искажения. Получены выражения для оценки коэффициентов архивирования симметричных изображений. Произведено описание контуров полиномами второй и третьей степеней в локальной и глобальной системах координат. Предложены методы и алгоритмы преобразования контуров и областей изображений в аффинном и топологическом пространствах. Разработан метод и алгоритмы преобразования контуров и областей изображений в топологическом пространстве на основе использования скелетов изображений. Осуществлено разработку метода и алгоритмов преобразования типа “область – область” для областей с кусочно-линейными аппроксимированными контурами на основе приведения неизоморфных к изоморфным скелетам. Предложены методы и алгоритмы анализа симметричных изображений в растровой и векторной форме для определения структурных составляющих симметричного изображения: раппорта и элементарного рисунка. Получены уравнения симметрирования для базовых геометрических преобразований, на основе которых осуществлено симметрирование асимметрических изображений и приведение их к известным группам полосы и плоскости. Созданы аппаратные структуры для умножения матрицы на матрицу и матрицы на вектор. Осуществлена аппаратная реализация алгоритмов умножения матрицы на вектор и умножение матрицы на матрицу на основе программируемой логической матрицы серии Spartan 3 и приведены VHDL- модели перемножения матриц порождающих преобразований. На основе предложенных методов, моделей и алгоритмов созданы компьютерные системы для синтеза изображений-орнаментов (генератор симметричных изображений) и анализа биомедицинских изображений (информационный видеоскоп сверхвысокой разрешающей способности для исследования запрограммированной смерти клеток и информационно-аналитическая система анализа и диагностирования опухольных клеток на основе анализа их изображений).
Методи і засоби опрацювання біомедичних зображень в системах автоматизованої мікроскопії
(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Піцун, Олег Йосипович; Березький, Олег Миколайович; Тернопільський національний економічний університет; Яровий, Андрій Анатолійович; Бабілунга, Оксана Юріївна
У дисертаційній роботі на основі отриманих теоретичних та експериментальних досліджень розв’язано актуальну наукову задачу побудови методів кількісної оцінки якості сегментації та класифікації біомедичних зображень, які на відміну від існуючих зменшують похибки сегментації та збільшують точність класифікації зображень в системах автоматизованої мікроскопії. У дисертації вперше розроблено метричний метод кількісної оцінки якості сегментації, що базується на використанні метрик Громова-Хаусдорфа та Громова-Фреше, що дозволяє підвищити точність оцінки якості сегментації. Вперше розроблено метод автоматичного вибору алгоритмів сегментації та їх параметрів з використанням бази знань, що дало можливість автоматично вибирати алгоритми сегментації та їх параметри. З метою покращення якості гістологічних і цитологічних зображень вдосконалено метод адаптивного покращення якості зображень на основі правил, підібраних експериментальним шляхом. З метою підвищення точності класифікації біомедичних зображень отримав подальший розвиток нейромережевий метод класифікації гістологічних і цитологічних зображень, на основі комбінації згорткових і субдискретизуючих шарів та їх вхідних параметрів, що дозволило підвищити точність класифікації порівняно із існуючими класифікаторами. Для реалізації та тестування розроблених методів і алгоритмів розроблено гібридну інтелектуальну систему «HIAMS». Система передбачає наявність адаптивних інтерфейсів для різних типів користувачів, наявність механізму спільного доступу до зображень для пришвидшення процесу постановки діагнозу. В диссертационной работе на основе полученных теоретических и экспериментальных исследований решено актуальную научную задачу построения методов количественной оценки качества сегментации и классификации биомедицинских изображений, которые в отличие от существующих уменьшают погрешности сегментации и увеличивают точность классификации изображений в системах автоматизированной микроскопии. В диссертации впервые разработан метрический метод количественной оценки качества сегментации, основанный на использовании метрик Громова- Хаусдорфа и Громова-Фреше, что дает возможность повысить точность оценки качества сегментации. Впервые разработан метод автоматического выбора алгоритмов сегментации и их параметров с использованием базы знаний, что дало возможность автоматически выбирать алгоритмы сегментации и их параметры. С целью улучшения качества гистологических и цитологических изображений усовершенствован метод адаптивного улучшения качества изображений на основе правил, подобранных экспериментальным путем. С целью повышения точности классификации биомедицинских изображений получил дальнейшее развитие нейросетевой метод классификации гистологических и цитологических изображений, на основе комбинации сверточных и субдискретизуючих слоев и их входных параметров, что дало возможность повысить точность классификации по сравнению с существующими классификаторами. Для реализации и тестирования предложенных методов и алгоритмов разработано гибридную интеллектуальную систему «HIAMS». Система предусматривает наличие адаптивных интерфейсов для различных типов пользователей, наличие механизма совместного доступа к изображениям для ускорения процесса постановки диагноза. The dissertation is aimed to solve the scientific problem of constructing the methods for quantitative evaluation of biomedical image segmentation and classification. In the first chapter of the dissertation, the researcher analyzed the existing methods and algorithms of image processing at low, medium and high levels of computer vision. Both the advantages and disadvantages were analyzed and the efficient algorithms for biomedical image processing were developed. The analysis of biomedical images was conducted on the basis of the developed criteria, which allowed analyzing the histological and cytological images of breast pre-cancerous and cancerous conditions. The importance of histological and cytological image processing in automated microscopy systems was confirmed. Automated microscopy systems and their modifications were analyzed, their advantages and disadvantages were highlighted, and the lack of image intellectual processing was revealed. In the second chapter, a metric method for quantitative evaluation of the segmentation quality based on the Gromov-Hausdorff and Gromov-Frechet metrics has been developed, which allows improving the accuracy of segmentation quality evaluation. The method of automatic selection of segmentation algorithms and their parameters using the knowledge base was developed. This helps to improve the quality of cytological and histological image segmentation. To improve the biomedical image quality, an adaptive image processing method has been revised. In the third chapter, the method of histological and cytological image classification in order to improve the accuracy of the biomedical image classification was developed. The method of classification is based on combinations of convolutional and sub-sampling layers and their input parameters. This approach has shown better results than the existing classifiers. The generalized structure of the hybrid intelligent system of automated microscopy that includes alternative channels of image processing has been developed. For the implementation and testing of developed methods and algorithms, the hybrid intelligent system "HIAMS" was developed, which is presented in the fourth chapter. The system assumes the availability of adaptive interfaces for various types of users: a treating doctor, diagnostic doctor, and administrator. As a result of the comparative analysis of automated microscopy systems, it was concluded that the developed system meets all the software requirements and can be successfully used in the modern telemedicine systems.
Нейроподібні методи та засоби прогнозування параметрів забруднення атмосферного повітря
(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Міщук, Олександра Сергіївна; Ткаченко, Роман Олексійович; Національний університет "Львівська політехніка"; Березький, Олег Миколайович; Коцовський, Владислав Миронович
Продукційна система нечіткої логіки для оптимізації планів відновлювальної терапії
(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Ковалишин, Олег Степанович; Ткаченко, Роман Олексійович; Національний університет «Львівська політехніка»; Березький, Олег Миколайович; Повхан, Ігор Федорович
Беручи до уваги необхідність узгодження індивідуальних планів реабілітації пацієнтів між собою, графіків роботи процедурних кабінетів, лікарів, та використання медичного обладнання, застосовано підхід до вирішення задачі багатокритеріальної оптимізації план-графіку роботи клініки, що складається з трьох основних етапів: побудова опорного план-графіку, що задовольняє жорстким обмеженням, оцінка якості план-графіку, послідовна оптимізація план-графіку з метою підвищення результатів оцінки. Для побудови опорного план-графіку розроблено універсальний незалежний від типу процедур метод, що забезпечує лінійну залежність часу вирішення відносно об’єму задачі. Для роботи методу визначено чинники, що впливають на пріоритетність включення процедур в план графік. Розроблено механізми аналізу реалістичності побудови план-графіку за умови наявності певних множин планів реабілітації, засоби вирішення конфліктних ситуацій при включенні процедур в план-графік, а також засоби послаблення певних жорстких вимог при неможливості його побудови. Реалізовано метод побудови план-графіків в режимі реального часу функціонування медичних установ, на основі використання нечіткої логіки, що забезпечило підвищення якості багатокритеріальної оптимізації в порівнянні з існуючими методами внаслідок перетворення векторного критерію в скалярну форму. Для здійснення багатокритеріальної оптимізації план-графіків відновлювальної терапії розроблено метод на основі генетичних алгоритмів, що зменшує вірогідність потрапляння розв’язків у локальні екстремуми. Диссертация посвящена решению важного научного задания – разработке эффективных методов автоматизированного построения план-графиков медицинских учреждений и их многокритериальной оптимизации с помощью элементов нечеткой логики и генетических алгоритмов. Принимая во внимание необходимость согласования индивидуальных планов реабилитации пациентов между собой, графиков работы процедурных кабинетов, врачей, и использования медицинского оборудования, применен подход к решению задачи многокритериальной оптимизации плана-графика работы клиники, который состоит из трех основных этапов: построение опорного плана-графика, что удовлетворяет жестким ограничением, оценка качества плана-графика, последовательная оптимизация плана-графика с целью повышения результатов оценки. Для построения опорного плана-графика разработан универсальный независимый от типа процедур метод, обеспечивающий линейную зависимость времени решения относительно объема задачи. Для работы метода определены факторы, влияющие на приоритетность включения процедур в план-график. Разработаны механизмы анализа реалистичности построения плана-графика при условии наличия определенных множеств планов реабилитации, средства решения конфликтных ситуаций при включении процедур в план-график, а также средства ослабления определенных жестких требований при невозможности его построения. Реализован метод построения план-графиков в режиме реального времени функционирования медицинских учреждений, на основе использования нечеткой логики, что обеспечило повышение качества многокритериальной оптимизации по сравнению с существующими методами результате преобразования векторного критерия в скалярную форму. Для осуществления многокритериальной оптимизации план-графиков восстановительной терапии разработан метод на основе генетических алгоритмов, что уменьшает вероятность попадания решений в локальные экстремумы. The thesis is devoted to the solution of an important scientific problem - development of effective methods of automated construction of medical institutions' timetables and their multicriteria optimization through the use of fuzzy logic elements and genetic algorithms. Work reveals functioning principles of the of rehabilitation and health recovery institutions, possibilities of increasing the efficiency of their work by constructing acceptable timetables, describes characteristics of individual programs of rehabilitation of patients. Taking into account the necessity of coordinating individual plans of rehabilitation of patients among themselves, schedules of work of procedural offices, doctors, and use of medical equipment, an approach to solving the problem of multicriteria optimization of the work timetable of the clinic, which consists of three main stages was applied: the construction of a reference timetable, which satisfies the strict constraints, the evaluation of the quality of the timetable, the consistent optimization of the schedule to improve the evaluation results. For the construction of the reference timetable, a universal independent from procedure types method was developed that provides a linear dependence of the decision time regarding the volume of the problem. It is based on the prioritization of the inclusion of procedures into the timetable and allows for the consideration of the requirements of an individual rehabilitation plan, the availability of the necessary qualified personnel for procedures, availability of medical equipment, etc. For the first time, a method for constructing schedules in real-time operation of medical institutions was developed, based on the use of fuzzy logic, which takes into account the wishes of patients in the conditions of hard and soft constraints of timetables of procedural offices of medical institutions, which allowed to abandon time-consuming a complete bustle of possible options. For this purpose, a fuzzy-logic controller based on the T-Controller system was developed, which made it possible to transform the linguistic data obtained by the collection of patient and medical personnel feedbacks into quantitative variables, to evaluate the quality of the clinic's work and to determine their level of satisfaction with the provided medical services. The optimization of regimens treatment schedules is performed without interruption from the environment of their conduction - medical institution, taking into account the requirements for the treatment process as hard constraints, which are determined by the rehabilitation plan and the provision of medical equipment and personnel, and soft restrictions, which depend on the wishes of patients. Methods for collecting and processing expert information have been improved, which is the basis for an integrated assessment of the quality of functioning of medical institutions. Based on expert surveys, a number of criteria have been established that influence schedules of work of medical institutions, taking into account the wishes of patients and medical staff during the construction of schedules. The software package, which uses the "thin client" architecture, was developed. This ensures independence from the hardware architecture of clients and their operating systems, the ease of adding a new feature, high security and high levels of bounce resistance. The proposed software package is the basis of information technology for automated construction and optimization of regenerative therapy schedules.