Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Graphical User Interface (GUI) development for modifications and displaying OCT measurement results using parameters selected by operator

Maria Karczewska

Abstract

The subject of the work is development of an interface which facilitates displaying and modification of OCT measurement results by providing visualization, reduction of image defects, and assistance in identification of structures. OCT – Optical Coherence Tomography – is a non-invasive, high resolution microscale method of imaging three-dimensional structures. Its principle of work is based on interference of low coherence light. One of the setups for OCT implementation is Linnik interferometer with a broadband source. In the object arm of the interferometer, the beam is scattered and reflected at different surfaces in the sample, whenever absorption or refractive index changes. The reflected reference and object beams are combined and interfere when optical path difference (OPD) between beams is lower than the coherence length, with the maximum of interference for OPD equal to zero. Since the source produces light of short coherence length, it is possible to precisely localize the reflection plane in the sample. The axial range of 2 mm gives this method superiority in deep imaging over confocal microscopy. The work describes types of OCT, their drawbacks and advantages. A brief overview of OCT applications is provided: it includes various fields of medicine, biology, industry, and art. One of the OCT problems, which is addressed in this thesis, is the size of the data; a laboratory setup can generate a volume of 500 000x1002x1004 px. Because of that, the visualisation is time-consuming. Both three-dimensional view and various cross-sections need to be visualised. Additionally, each measurement result contains noise and other errors, which may impede the data analysis. The resolution is limited by the method characteristics. A Graphical User Interface is developed using Matlab software to visualise OCT results and enable quality improvement according to parameters selected by user. The data size is reduced, because axial resolution of scan is much higher than method’s capability of distinguishing layers. The user can choose to display a cross-section in XY, YZ, or XZ plane. Finally, various image processing operations are performed to reduce defects. The software makes use of human visual system model to optimize comprehensibility of the visualization. The work describes processing path of the images. The applied image processing algorithms are mainly low or medium-level; they aim to alter the image locally or globally and identify edges or segments. The high-level image processing involves interpretation of the image with machine learning. However, this requires training data sets and limits potential applicability of the software to one source of images. The program implements BM3D algorithm for noise removal. It is an advanced technique of block matching and three-dimensional filtering, which preserves fine structure in the image by identifying similar neighbourhoods globally and transforming them as a group. The contrast increase involves unsharp masking and histogram manipulation. The segmentation is performed by Canny edge detection algorithm. The program runs on experimental data of chicken egg shell measurement to assess their health condition. The program complexity and dependence on initial parameters are discussed.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Maria Karczewska (FM) Maria Karczewska,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Opracowanie graficznego interfejsu użytkownika pozwalającego na modyfikowanie i wyświetlanie wyników pomiarów OCT z zastosowaniem wybranych przez operatora parametrów
Supervisor
Anna Pakuła (FM/IMPh) Anna Pakuła,, The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)
Study subject / specialization
, Mechatronika
Language
(en) English
Status
Finished
Defense Date
11-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Anna Pakuła (FM/IMPh) Anna Pakuła,, The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)Faculty of Mechatronics (FM) Sławomir Paśko (FM/IMPh) Sławomir Paśko,, The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
OCT, odszumianie
Keywords in English
OCT, noise reduction
Abstract in Polish
Celem pracy jest opracowanie interfejsu, który ułatwi wyświetlanie i modyfikację wyników pomiarów OCT poprzez wizualizację, minimalizację niedoskonałości obrazu i wsparcie w identyfikacji struktur. OCT – optyczna tomografia koherencyjna, Optical Coherence Tomography - jest nieinwazyjną metodą obrazowania trójwymiarowych mikrostruktur z wysoką rozdzielczością. Wykorzystuje przede wszystkim interferencję światła o niskiej koherencji czasowej. Jednym z układów do implementacji OCT jest interferometr Linnika ze źródłem o szerokim spektrum. Wiązka w ramieniu obiektowym interferometru ulega rozpraszeniu i odbiciu wstecznemu w próbce, gdy lokalnie zmienie ulega absorpcja lub współczynnik załamania światła. Odbite wiązki odniesienia i obiektowa interferują, gdy różnica dróg optycznych (OPD – Optical Path Difference) między wiązkami jest mniejsza niż długość koherencji, przy czym maksimum interferencji uzyskiwane jest dla OPD równego zeru. Ponieważ źródło emituje światło o niskiej koherencji, możliwe jest zlokalizowanie lokalnego zaburzenia będącego źródłem odbicia wstecznego w próbce. Osiowy zakres pomiarowy pozwalający na wniknięcie w głąb do 2 mm nadaje tej metodzie przewagę nad mikroskopią konfokalną w zakresie obrazowania głębokich struktur. W pracy opisano różne rodzaje OCT oraz ich wady i zalety. Podano krótki przegląd zastosowań metody obejmujący medycynę, biologię, przemysł i sztukę. Jednym z głównych problemów OCT, który był motywacją do podjęcia tematu niniejszej pracy, jest rozmiar danych uzyskiwanych w pomiarze tą techniką. Polowy układ pomiarowy OCT zbudowany w Instytucie Mikromechaniki i Fotoniki może generować dane o objętości 500000x1002x1004 pikseli. Czas wizualizacji zarówno widoków trójwymiarowych, jak i przekrojów w przypadku tylu danych jest bardzo długi. Dodatkowo, każdy wynik pomiaru obarczony jest szumem i innymi błędami, które mogą utrudniać analizę danych, a rozdzielczość poosiowa jest ograniczona charakterystyką spektralną źródła. Opracowywany interfejs użytkownika został napisany przy użyciu programu Matlab. Jego główną funkcjonalnością jest wizualizacja wyników OCT. By uzyskać płynną pracę interfejsu wymagana jest redukcja rozmiaru danych wejściowych. Można ją zastosować ponieważ osiowa rozdzielczość skanowania jest znacznie wyższa niż rozdzielczość metody – najmniejsza odległość dwóch warstw, które można prawidłowo rozróżnić. Użytkownik ma możliwość wyświetlania przekroju wzdłuż płaszczyzny XY, YZ lub XZ. Następnie dane poddawane są różnym operacjom cyfrowego przetwarzania obrazu w celu zmniejszenia ich niedoskonałości. Oprogramowanie dostosowuje zwizualizowane obrazy do właściwości ludzkiego mechanizmu widzenia , aby zoptymalizować ich czytelność. W pracy opisano ścieżkę przetwarzania obrazów wykorzystywaną w napisanym programie GUI. Zastosowano głównie algorytmy niskiego lub średniego poziomu; mają one na celu lokalną lub globalną zmianę obrazu oraz identyfikację krawędzi lub segmentów. Przetwarzanie obrazu wysokiego poziomu obejmuje interpretację obrazu za pomocą uczenia maszynowego. Wymaga to jednak danych treningowych i ogranicza możliwości zastosowania oprogramowania do jednego rodzaju obrazów. Do usuwania szumów zastosowany jest algorytm BM3D, który zachowuje małe elementy obrazu, identyfikując podobne otoczenia pikseli w całym obrazie. Zwiększenie kontrastu uzyskano poprzez implementację algorytmu unsharp masking i manipulację histogramem. Segmentacja jest wykonywana przez zastosowanie algorytmu wykrywania krawędzi Canny'ego. Dane wejściowe to rzeczywiste dane eksperymentalne z pomiarów skorupy jaj kurzych wykonanych w układzie polowego OCT.
File
  • File: 1
    269745_inz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31723

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTec5f0d1e1da046909f5201d8bd266949/
URN
urn:pw-repo:WUTec5f0d1e1da046909f5201d8bd266949

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page