Digitální metody zpracování trojrozměrného zobrazení v rentgenové tomografii a holografické mikroskopii

Abstract

Disertační práce se zabývá metodami počítačového zpracování obrazových dat v rentgenové mikrotomografii a v digitální holografické mikroskopii. Práce si klade za cíl dosáhnout optimalizací a využitím masivně paralelních grafických karet (GPU -- graphic processing unit) výrazného zrychlení algoritmů jak pro rekonstrukci tomografického zobrazení, tak pro rekonstrukci obrazu v holografické mikroskopii. V oblasti mikrotomografie předkládá práce nové GPU akcelerované implementace filtrované zpětné projekce a filtrace zpětné projekce derivovaných dat. Dále je představena technika normalizace orientace a vyhodnocení 3D tomografických dat. V části týkající se holografické mikroskopie je uveden popis jednotlivých kroků celého zpracování obrazu. Je představena nová původní technika navazování a korekce obrazové fáze poškozené výskytem optických vírů v nenavázané obrazové fázi. Následuje popis rychlé GPU implementace metody kompenzace deformací obrazové fáze a techniky trasování buněk. V závěru je krátce představen program Q-PHASE, který je výsledkem spojení všech algoritmů nezbytných jak pro ovládání, tak rekonstrukci obrazu v holografickém mikroskopu.This dissertation thesis deals with the methods for processing image data in X-ray microtomography and digital holographic microscopy. The work aims to achieve significant acceleration of algorithms for tomographic reconstruction and image reconstruction in holographic microscopy by means of optimization and the use of massively parallel GPU. In the field of microtomography, the new GPU (graphic processing unit) accelerated implementations of filtered back projection and back projection filtration of derived data are presented. Another presented algorithm is the orientation normalization technique and evaluation of 3D tomographic data. In the part related to holographic microscopy, the individual steps of the complete image processing procedure are described. This part introduces the new orignal technique of phase unwrapping and correction of image phase damaged by the occurrence of optical vortices in the wrapped image phase. The implementation of the methods for the compensation of the phase deformation and for tracking of cells is then described. In conclusion, there is briefly introduced the Q-PHASE software, which is the complete bundle of all the algorithms necessary for the holographic microscope control, and holographic image processing.