Automatic assessment of the cardiomyocyte development stages from confocal microscopy images using deep convolutional networks

Computer assisted image acquisition techniques, including confocal microscopy, require efficient tools for an automatic sorting of vast amount of generated image data. The complexity of the classification process, absence of adequate tools, and insufficient amount of reference data has made the automated processing of images challenging. Mastering of this issue would allow implementation of statistical analysis in research areas such as in research on formation of t-tubules in cardiac myocytes. We developed a system aimed at automatic assessment of cardiomyocyte development stages (SAACS). The system classifies confocal images of cardiomyocytes with fluorescent dye stained sarcolemma. We based SAACS on a densely connected convolutional network (DenseNet) topology. We created a set of labelled source images, proposed an appropriate data augmentation technique and designed a class probability graph. We showed that the DenseNet topology, in combination with the augmentation technique is suitable for the given task, and that high-resolution images are instrumental for image categorization. SAACS, in combination with the automatic high-throughput confocal imaging, will allow application of statistical analysis in the research of the tubular system development or remodelling and loss

Person Detection for an Orthogonally Placed Monocular Camera

Counting of passengers entering and exiting means of transport is one of the basic functionalities of passenger flow monitoring systems. Exact numbers of passengers are important in areas such as public transport surveillance, passenger flow prediction, transport planning, and transport vehicle load monitoring. To allow mass utilization of passenger flow monitoring systems, their cost must be low. As the overall price is mainly given by prices of the used sensor and processing unit, we propose the utilization of a visible spectrum camera and data processing algorithms of low time complexity to ensure a low price of the final product. To guarantee the anonymity of passengers, we suggest orthogonal scanning of a scene. As the precision of the counting is relevantly influenced by the precision of passenger recognition, we focus on the development of an appropriate recognition method. We present two opposite approaches which can be used for the passenger recognition in means of transport with and without entrance steps, or with split level flooring. The first approach is the utilization of an appropriate convolutional neural network (ConvNet), which is currently the prevailing approach in computer vision. The second approach is the utilization of histograms of oriented gradients (HOG) features in combination with a support vector machine classifier. This approach is a representative of classical methods. We study both approaches in terms of practical applications, where real-time processing of data is one of the basic assumptions. Specifically, we examine classification performance and time complexity of the approaches for various topologies and settings, respectively. For this purpose, we form and make publicly available a large-scale, class-balanced dataset of labelled RGB images. We demonstrate that, compared to ConvNets, the HOG-based passenger recognition is more suitable for practical applications. For an appropriate setting, it defeats the ConvNets in terms of time complexity while keeping excellent classification performance. To allow verification of theoretical findings, we construct an engineering prototype of the system

High predation risk decimates survival during the reproduction season

Predators attack conspicuous prey phenotypes that are present in the environment. Male display behavior of conspicuous nuptial coloration becomes risky in the presence of a predator, and adult males face higher predation risk. High predation risk in one sex will lead to low survival and sex ratio bias in adult cohorts, unless the increased predation risk is compensated by higher escape rate. Here, we tested the hypothesis that sand lizards (Lacerta agilis) have sex-specific predation risk and escape rate. We expected the differences to manifest in changes in sex ratio with age, differences in frequency of tail autotomy, and in sex-specific survival rate. We developed a statistical model to estimate predation risk and escape rate, combining the observed sex ratio and frequency of tail autotomy with likelihood-based survival rate. Using Bayesian framework, we estimated the model parameters. We projected the date of the tail autotomy events from growth rates derived from capture-recapture data measurements. We found statistically stable sex ratio in age groups, equal frequency of tail regenerates between sexes, and similar survival rate. Predation risk is similar between sexes, and escape rate increases survival by about 5%. We found low survival rate and a low number of tail autotomy events in females during months when sand lizards mate and lay eggs, indicating high predator pressure throughout reproduction. Our data show that gravid females fail to escape predation. The risks of reproduction season in an ectotherm are a convolution of morphological changes (conspicuous coloration in males and body allometry changes in gravid females), behavior (nuptial displays), and environmental conditions which challenge lizard thermal performance. Performance of endotherm predators in cold spring months endangers gravid females more than displaying males in bright nuptial coloration

Editor pro tvorbu kategorizovaných sad obrázků pro binární klasifikaci s učitelem v prostředí MATLABu

The supervised classification of object images requires a labeled training set in the learning phase. The labeled training set is created by a teacher on the base of a set of example images. In certain applications, the example images are not directly available and they have to be created from source images. In such cases, it is convenient to use a specialized editor which allows simultaneous marking and labeling of the example images. This paper brings description of such editor which has been developed for MATLAB. It allows marking of example images of a uniform size in source images and their simultaneous labeling for binary classification. Moreover, it allows generating of labeled training sets of desired features where the list of supported features can be easily extended by users. The editor is described both from user's and programmer's perspective in this paper.V příspěvku je představen editor pro tvorbu kategorizovaných sad obrázků v prostředí MATLABu. Tyto sady jsou využívány pro trénink a verifikaci binárních klasifikátorů. Editor umožňuje jedním kliknutím vytvořit obrázek objektu o fixní velikosti a současně jej zařadit do jedné ze dvou tříd

Mathematical model of hydraulic-pneumatic system

Práce se zabývá odvozením matematických modelů popisujících laboratorní zařízení, které bylo vytvořeno v rámci grantu 102/03/0625. Na základě matematicko-fyzikální analýzy se sestavují celkem dva modely, kde jeden uvažuje výměnu tepla s okolím, a druhý, tzv. zjednodušený model, je založen na představě izotermního děje. Jedna z částípráce je zaměřena na vymezení podmínek použitelnosti zjednodušeného modelu. Výstupem této práce je rovněž realizace zapojení zjednodušeného modelu laboratorního zařízení v programu Simulink ve formě modelu.Katedra řízení procesů a výpočetní technikyDokončená práce s úspěšnou obhajobo

Vylepšené max-poolingové a unpoolingové vrstvy pro hluboké konvoluční sítě

The main goal of this paper is the introduction of new pooling and unpooling layers suited for deep convolutional neural networks. To this end, a new approximation of max-pooling inversion has been designed. The idea behind this approximation is also introduced in this paper. It is demonstrated on pools of size 2 x 2, with a stride of 2. The widely used technique of switches is combined with interpolation to form the new approximation. For that purpose, an unconventional expression of the switches has been used. Such an expression, allows the right placement of maxima in a reconstruction of original data, as well as interpolation of all unknown values in the reconstruction using the known maxima. The introduced inversion has been implemented into the aforementioned refined pooling and unpooling layers. Since they are suited for deep convolutional networks, behavior of the layers in the feed-forward and backpropagation passes had to be solved. In this context, the introduced conception of the switches has been further developed. Specifically, feed-forward and backpropagation switches are considered in the refined layers. One version of feed-forward and three versions of backpropagation switches have been introduced within this paper. The refined pooling and unpooling layers have been tested on a simple convolutional auto-encoder in order to verify functionality of the conception.Příspěvek prezentuje nové pojetí poolingových a unpoolingových vrstev, které jsou vhodné pro hluboké konvoluční neuronové sítě. Za tímto účelem byla navržena nová aproximace inverzní funkce k funkci max-pooling. Rovněž bylo navrženo nové pojetí přepínačů, které jsou využívány k identifikaci polohy maxima. Koncepce byla testována na jednoduchém konvolučním auto-enkodéru

Predictive control of multi input multi output system

Tato práce má za cíl vytvorit prediktivní regulátor využívající co nejlépe znalosti o rízené reálné vícerozmerové soustave a zhodnotit jeho prínos na kvalitu regulace. Rízenou soustavou je laboratorní model Hydraulicko-Pneumatické soustavy, který v sobe obsahuje krížové vazby, omezení na vstupech a stavech a je nelineární. Vzhledem k vlastnostem soustavy, byl k jejímu rízení vybrán jeden z nelineárních prediktivních regulátoru. Hodnocení prínosu vybraného nelineární prediktivního regulátoru na kvalitu regulace bylo provedeno srovnáním s kvalitou regulacního pochodu, který byl proveden standardním (lineárního) prediktivním regulátorem.This thesis deals with developing of a predictive controller which takes advantage of known knowledge of a real controlled system. Also evaluation of control performance quality has been accomplished. The controlled system is multi input multi output, nonlinear and has some cross bonds. Constraints on states and inputs have to be taken into account also. A nonlinear predictive controller has been chosen considering system characteristics. The evaluation of the quality has been evaluated by comparison of control performance of system controlled by nonlinear and linear predictive controller. The linear controller has been also developed within this work.Katedra řízení procesůObhajobu zahájil předseda komise prof. Taufer v 10:00 hod. představením disertanta Ing. Škrabánka. Vedoucí školícího pracoviště a školitel Ing. Dušek seznámil komisi se stanoviskem školícího pracoviště a doporučením školitele. Disertant ve 30 minutovém vystoupení seznámil komisi s obsahem své disertační práce, cílem disertace, metodami řešení a dosaženými výsledky. Oponenti v pořadí doc. Bakošová, prof. Schmidt a prof. Dostál přednesli své oponentské posudky. Všichni práci hodnotili kladně a doporučili k obhajobě. Disertant na položené otázky odpověděl souhrnně podle připravených podkladů. Oponenti odpovědi a stanoviska disertanta v plném rozsahu akceptovali. Ve veřejné rozpravě položili disertantovi otázky prof. Taufer Vysvětlení - jak jste minimalizoval akční zásahy? Vysvětlete účelovou funkci. Jaký je rozdíl mezi krokem predikce a řízení? doc. Macháček zápis rovnice 29 - správné vysvětlení, jak by to mohlo vypadat prof. Dostál - přednesl několik konkrétních připomínek, které po té byly předmětem otázek viz posudek oponenta práce byla doporučena k obhajobě Jak je definována matice g v rovnici? Jak byste zdůvodnil minimální rozdíl mezi lineárním a nelineárním regulátorem ve Vaší práci? doc. Bakošová - zkonstatovala, že byla práce zajímavá a neměla velkých výhrad přínos v experimentální části práce byla doporučena k obhajobě S jakou přesností se dají nastavit ventily? Str.88 disertační práce vysvětlete konstatování z tohoto měření? Str.110 disertační práce vysvětlete chování regulátorů a na základě čeho posuzujete jejich chování? Jak byly voleny matice a jaké byly použity koeficienty? prof. Schmidt - pan profesor se shoduje s připomínkami ostatních oponentů, pozdvihl části práce experimentální, které se shodují s teoretickou částí S jakou přesností můžete nastavit ventily? prof. Bobál Co jsou pro Vás výstupními hodnotami v řízené soustavě? Jakou jste volil matematickou metodu pro výpočty výstupů, jaký problém funkce řeší? prof. Olehla Při použití iterační metody, jak ji ukončujete? Jak jste volil periodu vzorkování? doc. Kmínek vysvětlení označení ventilů a jejich nákresů Disertant na všechny otázky zevrubně odpověděl, členové komise odpovědi akceptovali. Na neveřejném zasedání komise zhodnotila průběh obhajoby. Proběhla volba skrutátorů (prof. Dostál a doc. Kmínek,) a následně tajné hlasování. Školitel doc. Dušek se hlasování nezúčastnil. O výsledku hlasování byl vyplněn a podepsán protokol. Rovněž byl podepsán zápis o obhajobě. Komise ukončila svojí práci v 11:30 veřejným vyhlášením kladného výsledku obhajoby disertační práce. prof. Taufer, předseda komise prof. Bobál, člen komise prof. Olehla, člen komise + oponent prof. Dostál, člen komise prof. Schmidt, člen komise + oponent doc. Dušek, člen komise + školitel doc. Kmínek, člen komise doc. Bakošová, členka komise + oponent doc. Macháček, člen komiseDokončená práce s úspěšnou obhajobo

Magnetické pásky jako značky pro navigaci mobilních robotů

In this paper, a low-cost localization system designed for mobile robots is introduced. The system has been developed for a teaching aid where a mobile robot operates in a maze. The mobile robot is navigated by a high level control system where path-planning is executed; however, autonomous execution of the plan is required from the robot. The robot uses magnetic landmarks, among others, for its localization. Detection of the landmarks is realized by a triple axis magnetometer sensor. The landmarks are made from a commercially available magnetic sheet. Construction of the magnetic sheets limits this approach. A successful application has to meet some requirements which are described in this paper.článku je představen levný systém pro lokalizaci mobilních robotů. Systém byl navržen pro výukovou pomůcku, která je tvořena mobilním robotem, který se pohybuje v bludišti. Robot je naváděn nadřazeným řídicím systémem, který provádí plánování pohybu. Vykonání navrženého pohybu však již zcela samostatně zajišťuje robot. K lokalizaci robot využívá různých senzorů. Jedním ze senzorů je tří osy digitální kompas. Ten spolu s magnetickými značkami tvoří páteř navigačního systému robota. Magnetické značky jsou vyrobeny z běžně dostupné magnetické folie, která však značně ovlivňuje způsob jejich výroby. Aby značky fungovali, musejí být vyrobeny podle pokynů, které jsou popsány v tomto článku

Magnetic strips as landmarks for mobile robot navigation

In this paper, a low-cost localization system designed for mobile robots is introduced. The system has been developed for a teaching aid where a mobile robot operates in a maze. The mobile robot is navigated by a high level control system where path-planning is executed; however, autonomous execution of the plan is required from the robot. The robot uses magnetic landmarks, among others, for its localization. Detection of the landmarks is realized by a triple axis magnetometer sensor. The landmarks are made from a commercially available magnetic sheet. Construction of the sheets limits this approach. A successful application has to meet some requirements which are described in this paper

Magnetické pásky jako značky pro navigaci mobilních robotů

In this paper, a low-cost localization system designed for mobile robots is introduced. The system has been developed for a teaching aid where a mobile robot operates in a maze. The mobile robot is navigated by a high level control system where path-planning is executed; however, autonomous execution of the plan is required from the robot. The robot uses magnetic landmarks, among others, for its localization. Detection of the landmarks is realized by a triple axis magnetometer sensor. The landmarks are made from a commercially available magnetic sheet. Construction of the magnetic sheets limits this approach. A successful application has to meet some requirements which are described in this paper.článku je představen levný systém pro lokalizaci mobilních robotů. Systém byl navržen pro výukovou pomůcku, která je tvořena mobilním robotem, který se pohybuje v bludišti. Robot je naváděn nadřazeným řídicím systémem, který provádí plánování pohybu. Vykonání navrženého pohybu však již zcela samostatně zajišťuje robot. K lokalizaci robot využívá různých senzorů. Jedním ze senzorů je tří osy digitální kompas. Ten spolu s magnetickými značkami tvoří páteř navigačního systému robota. Magnetické značky jsou vyrobeny z běžně dostupné magnetické folie, která však značně ovlivňuje způsob jejich výroby. Aby značky fungovali, musejí být vyrobeny podle pokynů, které jsou popsány v tomto článku