title: Effiziente Verarbeitungskette für 3D Bilddaten unter Berücksichtigung des Bildaufnahmerauschens am Beispiel der Pathologie
creator: Kirchhöfer, Daniel
subject: ddc-004
subject: 004 Data processing Computer science
description: Heutige Kamerasysteme und Bildsensoren werden stetig performanter bei gleichzeitig wachsender Auflösung. Dies beschleunigt den aktuell voranschreitenden Wandel von einer 2D Bildgebung hin zu 3D, 4D oder sogar 5D. Allerdings erfolgt die Entwicklung unterschiedlich schnell. Während die Computertomografie (CT) schon lange auf 3D Bildgebung setzt, arbeitet die Pathologie meist mit 2D Bildern. Das BMBF Forschungsprojekt 3DPatho entwickelt eines der ersten Systeme für die Pathologie, das dreidimensionale Proben analysieren kann. Da es sich um eine komplette Neuentwicklung handelt, existieren noch keine Abläufe für derartige Daten. In dieser Arbeit wird eine vollständige Verarbeitungskette für diese 3D Bilddaten entwickelt. Der Fokus liegt dabei gleichermaßen auf einer allgemeingültigen Umsetzung und der Integration in pathologische Arbeitsabläufe. Da es sich um sehr große Bildstapel handelt, werden diese in einem ersten Schritt komprimiert. Hierzu wird eine erweiterte Rauschequilibrierung entwickelt, die den kombinierten Effekt von zeitlichem und räumlichem Rauschen eines Bildsensors, sowie des Rauschens im Beleuchtungssystem, berücksichtigt, ohne dabei die Nutzinformation im Bild zu verändern. So ist es möglich, Bilddaten mit einer Dynamik von bis zu 16 Bit auf 8 Bit zu komprimieren und damit Speicherplatz und weitere Verarbeitungszeit entsprechend zu reduzieren. Das nächste Glied der Verarbeitungskette ist eine effiziente Ablage der Daten in einem geeigneten Format. Da es sich um medizinische Daten handelt, wird hierfür das DICOM Format gewählt und um eine 3D Gauß-Laplace Pyramide (GLP) mit performanten Zugriffsmöglichkeiten und einem optimierten Glättungsfilter mit minimalem Aliasing-Effekt erweitert. Daran angepasst wird mithilfe der quelloffenen Bibliotheken ITK und VTK eineMethode geschaffen, die die Bilder, oder Bereiche daraus, aus der GLP rekonstruiert. Hierfür werden neue ITK Algorithmen entwickelt, die dies unter Verwendung des entworfenen optimierten Glättungsfilters realisieren. Zusammen mit bereits existierenden Funktionalitäten der Bibliotheken wird damit eine ITK und VTK Verarbeitungskette zur Rekonstruktion von Bildbereichen erstellt. Partielles Laden, Verteilung auf mehrere Prozesse und intelligente Rekonstruktion sorgen für die erforderliche Leistungsfähigkeit. In einem letzten Schritt wird die Rekonstruktion in eine Visualisierungssoftware integriert. Beispielhaft sind gängige Darstellungstechniken mithilfe von VTK umgesetzt. Die Software kann flexibel erweitert werden, um für künftige Projekte und Anwendungen gut einsetzbar zu sein. Resultate zeigen, dass sich die so entwickelte Verarbeitungskette sehr gut auf reale Datensätze anwenden lässt, aber auch für beliebige dreidimensionale Daten anderer Forschungsgebiete nutzbar ist.
date: 2021
type: Dissertation
type: info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
type: NonPeerReviewed
format: application/pdf
identifier: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserverhttps://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/30344/1/Doktorarbeit_DKI_Publikation_PDFA1.pdf
identifier: DOI:10.11588/heidok.00030344
identifier: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-303444
identifier:   Kirchhöfer, Daniel  (2021) Effiziente Verarbeitungskette für 3D Bilddaten unter Berücksichtigung des Bildaufnahmerauschens am Beispiel der Pathologie.  [Dissertation]     
relation: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/30344/
rights: info:eu-repo/semantics/openAccess
rights: http://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/help/license_urhg.html
language: ger