|
|
Improvement of the Biomedical Image Reconstruction Methodology Based on Impedance Tomography
Kořínková, Ksenia ; Bartušek, Karel (referee) ; Bachorec, Tibor (referee) ; Dědková, Jarmila (advisor)
Disertační práce, jež má teoretický charakter, je zaměřena na vylepšení a výzkum algoritmů pro zobrazování vnitřní struktury vodivých objektů, hlavně biologických tkání a orgánů pomocí elektrické impedanční tomografie (EIT). V práci je formulován teoretický rámec EIT. Dále jsou prezentovány a porovnány algoritmy pro řešení inverzní úlohy, které zajišťují efektivní rekonstrukci prostorového rozložení elektrických vlastností ve zkoumaném objektu a jejích zobrazení. Hlavní myšlenka vylepšeného algoritmu, který je založen na deterministickém přístupu, spočívá v zavedení dodatečných technik: level set a nebo fuzzy filtru. Kromě toho, je ukázána metoda 2-D rekonstrukce rozložení konduktivity z jediného komponentu magnetického pole a to konkrétně z-tové složky magnetického toku. Byly vytvořeny numerické modely biologické tkáně s určitým rozložení admitivity (nebo konduktivity) pro otestování těchto algoritmů. Výsledky získané z rekonstrukcí pomocí vylepšených algoritmů jsou ukázány a porovnány.
|
|
|
Software for inverse heat transfer problems
Musil, Jiří ; Šnajdárek, Ladislav (referee) ; Pospíšil, Jiří (advisor)
Tato práce se zabývá vytvořením softwarového nástroje pro simulaci přenosu tepla se zaměřením na využití inverzní úlohy. Je zde popsána základní teorie inverzních úloh a přenosu tepla, na kterou navazuje odvození numerické rovnice přenosu tepla, vhodné pro počítačovou simulaci. Hlavní část práce se věnuje návrhu a samotné implementaci softwarového řešení, s ohledem jak na funkčnost, tak na uživatelskou přívětivost. Kromě výpočtového modelu, který je zodpovědný za průběh simulace, je vytvořeno také plnohodnotné uživatelské rozhraní (GUI), umožňující jednoduchou interakci s výpočtovým modelem. Závěrem práce je prezentování dosažených výsledků a jejich porovnání s reálným experimentem, stejně jako zjištění vlivu vstupních parametrů na kvalitu simulace.
|
|
|
Solutions of inverse problems in the area of material and heat exchangers
Kůdelová, Tereza ; Nechvátal, Luděk (referee) ; Čermák, Jan (advisor)
This master’s thesis deals with the dynamic behaviour of the heat exchangers which is described by a system of differential equations. In this connection, it contains general informations about heat transfer, heat exchangers and their arrangements. The main aim of this thesis is to solve the inverse problem of the antiparallel arrangement and discuss the question of the controllability, observability and identifiability of its parameters.
|
|
|
Design of Experiment for Inverse Heat Transfer Problem
Horák, Aleš ; Pavliska,, Martin (referee) ; Štětina, Josef (referee) ; Raudenský, Miroslav (advisor)
this thesis complex inverse heat transfer problem, which is focused on optimal design of experiment, is studied. There are many fields and applications in technical practice, where inverse tasks are or can be applied. On first place main attention is focused on industrial metallurgical processes such as cooling of continues casting, hydraulic descaling or hot rolling. Inverse problems are in general used to calculate boundary conditions of differential equations and in this field are used to find out Heat Transfer Coefficient (HTC). Knowledge of numerical approximation of precise boundary conditions is nowadays essential. It allows for example design of optimized hot rolling mill cooling focused on material properties and final product quality. Sequential Beck’s approach and optimization method is used in this work to solve inverse heat transfer problems. Special experimental test bench measuring heat transfer intensity was developed and built to full fill specific requirements and required accuracy. There were four different types of thermal sensor applied and studied. Those sensors are in usage in Heat Transfer and Fluid Flow laboratory (Heatlab) at various experimental test benches. Each specific sensor was tailored in Heat Transfer and Fluid Flow Laboratory to specific metallurgical application. Fist type of sensor was designed to simulate cooling during continuous casting. Second sensor is used for experiments simulate hot rolling mill cooling, while third sensor is designated for experiments with fast moving hot rolled products. Last sensor is similar to sensor type one, but thermocouple is located parallel to cooled surface. Experimental part of this study covers series of measurements to investigate Heat Transfer Coefficient (HTC) for various types of coolant, cooling mixtures and spray parameters. Results discovered in this study were compared with published scientific articles, and widely extend the knowledge of cooling efficiency for commonly used
|
|
|
Heuristic Algorithms in Optimization
Komínek, Jan ; Šeda, Miloš (referee) ; Roupec, Jan (advisor)
This diploma thesis deals with genetic algorithms and their properties. Particular emphasis is placed on finding the influence of mutation and population size. Genetic algorithms are applied on inverse heat conduction problems (IHCP) in the second part of the thesis. Several different approaches and coding methods were tested. Properties of genetic algorithms were improved by definition of two new genetic operators – manipulation and sorting. Reported theoretical findings were tested on the real data of inverse heat conduction problem. The library for easy implementation of GA for solving general optimization problems in C ++ was created and is described in the last chapter.
|
|
|
New Optimization Algorithms for a Digital Image Reconstruction in EIT
Kříž, Tomáš ; Koňas, Petr (referee) ; Král, Bohumil (referee) ; Dědková, Jarmila (advisor)
This doctoral thesis proposes a new algorithm for the reconstruction of impedance images in monitored objects. The algorithm eliminates the spatial resolution problems present in existing reconstruction methods, and, with respect to the monitored objects, it exploits both the partial knowledge of configuration and the material composition. The discussed novel method is designed to recognize certain significant fields of interest, such as material defects or blood clots and tumors in biological images. The actual reconstruction process comprises two phases; while the former stage is focused on industry-related images, with the aim to detect defects in conductive materials, the latter one concentrates on biomedical applications. The thesis also presents a description of the numerical model used to test the algorithm. The testing procedure was centred on the resulting impedivity value, influence of the regularization parameter, initial value of the numerical model impedivity, and effect exerted by noise on the voltage electrodes upon the overall reconstruction results. Another issue analyzed herein is the possibility of reconstructing impedance images from components of the magnetic flux density measured outside the investigated object. The given magnetic field is generated by a current passing through the object. The created algorithm for the reconstruction of impedance images is modeled on the proposed algorithm for EIT-based reconstruction of impedance images from voltage. The algoritm was tested for stability, influence of the regularization parameter, and initial conductivity. From the general perspective, the thesis describes the methodology for both magnetic field measurement via NMR and processing of the obtained data.
|
|
|
DEEP LEARNING FOR SINGLE-VOXEL AND MULTIDIMENSIONAL MR-SPECTROSCOPIC SIGNAL QUANTIFICATION, AND ITS COMPARISON WITH NONLINEAR LEAST-SQUARES FITTING
Shamaei, Amir Mohammad ; Latta,, Peter (referee) ; Kozubek, Michal (referee) ; Jiřík, Radovan (advisor)
Pro získání koncentrace metabolitů ve vyšetřované tkáni ze signálů magnetické rezonanční spektroskopie (MRS) je nezbytné provézt předzpracování, analýzu a kvantifikaci MRS signálu. Rychlý, přesný a účinný proces zpracování (předzpracování, analýza a kvantifikace) MRS dat je však náročný. Tato práce představuje nové přístupy pro předzpracování, analýzu a kvantifikaci MRS dat založené na hlubokém učení (DL). Navržené metody potvrdily schopnost použití DL pro robustní předzpracování dat, rychlou a efektivní kvantifikaci MR spekter, odhad koncentrací metabolitů in vivo a odhad nejistoty kvantifikace. Navržené přístupy výrazně zlepšily rychlost předzpracování a kvantifikace MRS signálu a prokázaly možnost použití DL bez učitele. Z hlediska přesnosti byly získány výsledky srovnatelné s tradičními metodami. Dále byl zaveden standardní formát dat, který usnadňuje sdílení dat mezi výzkumnými skupinami pro aplikace umělé inteligence. Výsledky této studie naznačují, že navrhované přístupy založené na DL mají potenciál zlepšit přesnost a efektivitu zpracování MRS dat pro lékařskou diagnostiku. Disertační práce je rozdělena do čtyř částí: úvodu, přehledu současného stavu výzkumu, shrnutí cílů a úkolů a souboru publikací, které představují autorův přínos v oblasti aplikací DL v MRS.
|
|
|
Solution of inverse problem for a flow around an airfoil
Šimák, Jan ; Feistauer, Miloslav (advisor) ; Felcman, Jiří (referee) ; Sváček, Petr (referee)
Title: Solution of inverse problem for a flow around an airfoil Author: Mgr. Jan Šimák Department: Department of Numerical Mathematics Supervisor: prof. RNDr. Miloslav Feistauer, DrSc., dr. h. c., Department of Numerical Mathematics Abstract: The method described in this thesis deals with a solution of an inverse problem for a flow around an airfoil. It can be used to design an airfoil shape according to a specified velocity or pressure distribution along the chord line. The method is based on searching for a fixed point of an operator, which combines an approximate inverse and direct operator. The approximate inverse operator, derived on the basis of the thin airfoil theory, assigns a corresponding shape to the specified distribution. The resulting shape is then constructed using the mean camber line and thickness function. The direct operator determines the pressure or velocity distribution on the airfoil surface. We can apply a fast, simplified model of potential flow solved using the Fredholm integral equation, or a slower but more accurate model of RANS equations with a k-omega turbulence model. The method is intended for a subsonic flow.
|
|
|
Demosaicing as an ill-posed inverse problem
Mariničová, Veronika ; Šroubek, Filip (advisor) ; Hnětynková, Iveta (referee)
Color information of a scene is only recorded partially by a digital camera.Specifically, only one of the red, green, and blue color components is sampled at each pixel.The missing color values must be estimated － a process called demosaicing. Demosaicing can be solved as an individual step in the image processing pipeline. In this case, any errors and artefacts produced by this step are carried over into further steps in the image processing pipeline and are possibly magnified. Alternatively, we can try to resolve several degradations at once in a joint solution, which eliminates this effect. We present one such solution, that in addition to demosaicing, also jointly solves denoising, deconvolution, and super-resolution in the form of a convex optimization problem. We provide an overview of demosaicing methods and evaluate the results from our solution against selected existing methods.
|
|
|
Software for inverse heat transfer problems
Musil, Jiří ; Šnajdárek, Ladislav (referee) ; Pospíšil, Jiří (advisor)
Tato práce se zabývá vytvořením softwarového nástroje pro simulaci přenosu tepla se zaměřením na využití inverzní úlohy. Je zde popsána základní teorie inverzních úloh a přenosu tepla, na kterou navazuje odvození numerické rovnice přenosu tepla, vhodné pro počítačovou simulaci. Hlavní část práce se věnuje návrhu a samotné implementaci softwarového řešení, s ohledem jak na funkčnost, tak na uživatelskou přívětivost. Kromě výpočtového modelu, který je zodpovědný za průběh simulace, je vytvořeno také plnohodnotné uživatelské rozhraní (GUI), umožňující jednoduchou interakci s výpočtovým modelem. Závěrem práce je prezentování dosažených výsledků a jejich porovnání s reálným experimentem, stejně jako zjištění vlivu vstupních parametrů na kvalitu simulace.
|
guest ::
