CytoPacq - User Guide (cz) - Centre for Biomedical Image Analysis

Centre for Biomedical Image Analysis
CytoPacq - User Guide (cz)
Contributed by David Svoboda
Last Updated Friday, 05 November 2010
Milý uživateli,
tato stránka obsahuje návod, jak používat programových balíÄ•ek CytoPacq. Dle dovedností uživatele pracovat s tímto
balíÄ•kem je níže uvedný text rozdÄ›len na Ä•tyÅ™i úrovnÄ›/kapitoly: zaÄ•áteÄ•ník, mírnÄ› pokroÄ•ilý, pokroÄ•ilý a profík. Jed
na sebe pÅ™ímo navazují, takže pokud se chcete stát profesionálním uživatelem Ä•i programátorem aplikace CytoPacq, je
tÅ™eba projít postupnÄ› všechny úrovnÄ›. Jednotlivé úrovnÄ› jsou odstupňovány následujícícm způsobem:
- ZaÄ•áteÄ•ník - oÄ•ekává se, že použije webové rozhraní tak jak je, tj. uživatel nebude nic mÄ›nit. V podstatÄ› se dá Å™
si jen otestuje rozhraní.
- MírnÄ› pokroÄ•ilý - zmÄ›ní si webové rozhraní dle svých potÅ™eb a vygeneruje odpovídající data, a to i opakovanÄ›.
- PokroÄ•ilý - stáhne si pÅ™edkompilovaný balík CytoPacq na svůj poÄ•ítaÄ• a tam bude generovat vlastní obrazová data.
- Profík - stáhne si zdrojáky balíku CytoPacq, dokáže je pÅ™eložit a dle svých možností doprogramuje i nÄ›jaký ten plug
{mospagebreak title=1) Zacatecnik}
ZaÄ•áteÄ•ník
BalíÄ•ek CytoPacq vyvíjený ve skupinÄ› CBIA na FakultÄ› informatiky MU je jednoduché webové rozhraní, které nabízí
možnost vygenerovat si vlastní umÄ›lá biomedicínská obrazová data. JmenovitÄ› zde lze generovat obrázky mikrokuliÄ•ek,
jader buněĕné linie HL-60 a jader granulocytů. V nejbližší dobÄ› bude k dispozici i generování obrázků zdravých
tkáňí tlustého stÅ™eva (nyní je toto generování jen v testovacím režimu).
Seznámení se s rozhraním
Když si zadáte do vámi používaného webového prohlížeÄ•e adresu http://cbia.fi.muni.cz/simulator/, objeví se pÅ™ed vám
úvodní stránka (viz obrázek), která sestává ze tÅ™í vedle sebe umístÄ›ných vertikálních panelů: 3D Cytogen, 3D
Optigen a 3D Acquigen. Každý z panelů odpovídá jedné z fází simulace a je tÅ™eba v nÄ›m nastavit parametry tak, aby se
vygeneroval obrázek dle vámi zvolených požadavků. Pro vás, coby zaÄ•ateÄ•níka, ale staÄ•í vÄ›dÄ›t, že je skoro v&scaron
implicitnÄ› pÅ™ednastaveno na smysluplné hodnoty, takže vás Ä•eká minimum práce. Co je tedy tÅ™eba v jednotlivých
panelech nastavit:
- 3D Cytogen: FormuláÅ™ová položka Phantom urÄ•uje, jaký typ fantomu (fantom = obraz fiktivního objektu) a v jakém
poĕtu se bude generovat.
- select phantom - zvolte typ fantomu, který chcete vygenerovat. Pokud chcete napÅ™íklad generovat mikokuliÄ•ky, zvolte
microsphere.
- position - není tÅ™eba nastavovat, pÅ™i implicitním nastavení systém vygeneruje náhodnou pozici.
- amount - není tÅ™eba nastavovat, pÅ™i implicitním nastavení se vygeneruje právÄ› jeden fantom.
- 3D Optigen: zde není tÅ™eba nastavovat nic, vše je pÅ™edpÅ™ipraveno.
- 3D Acquigen: zde není tÅ™eba nastavovat nic, vše je pÅ™edpÅ™ipraveno.
- Antispam sekce: ve spodní Ä•ásti obrazovky je vygenerovaný náhodný text, který brání zneužití této aplikace internetovými
roboty. PÅ™ekopírujte ho prosím do níže uvedeného prázdného políÄ•ka (viz obrázek).
Tip: Pokud se vám pÅ™eci jen podaÅ™ilo nechtÄ›nÄ› zmÄ›nit nÄ›kterou formuláÅ™ovou položku a nevíte, jaká byla její pův
hodnota, staÄ•í kliknout v pravé dolní Ä•ásti obrazovky na tlaÄ•ítko Default values (viz obrázek). Celá stránka se vyplní
implicitními hodnotami uloženými na serveru. SpuštÄ›ní simulace
Aplikace opakovanÄ› prověřuje, jestli je vše nastaveno/vyplnÄ›no správnÄ›. Pokud aplikace zjistí, že je tÅ™eba nÄ
doplnit nebo je nÄ›jaká položka vyplnÄ›na chybnÄ›, dané pole zÄ•ervená (viz obrázek). Do okamžiku, než je sjednána
náprava, je spuštÄ›ní simulace zablokováno.
Pokud jste správnÄ› pÅ™ekopírovali antispam text, staÄ•í jen stisknout modré tlaÄ•ítko Start simulation, které se nachází v
pravé dolní Ä•ásti obrazovky (viz obrázek).
Tip: Může se samozÅ™ejmÄ› stát, že simulace skonÄ•í s chybou. Důvodů, proÄ• se tak stalo, je samozÅ™ejmÄ› více. P
ale jisti, že jste neprovádÄ›li nÄ›jaké nepÅ™edložené zásahy do implicitního nastavení, znamená to spíše, že je
chyba nÄ›kde na stranÄ› serveru (je pÅ™etížený, je mimo provoz, ...). Pokud k této situaci dojde, pošlete nám prosím
neprodlenÄ› e-mail. JedinÄ› tak máte zaruÄ•eno, že se problému bude nÄ›kdo vÄ›novat. V opaÄ•ném pÅ™ípadÄ› se může
zůstane bez povšimnutí.PrůbÄ›h simulace
http://cbia.fi.muni.cz
Powered by Joomla!
Generated: 12 October, 2016, 20:55
Centre for Biomedical Image Analysis
V průbÄ›hu simulace vás rozhraní informuje o tom, v jaké fází se výpoÄ•et nachází. Dle možností se také průběžnÄ›
zobrazují mezivýsledky (viz obrázek). Konec simulace
Jakmile generování vámi vybraných fantomů skonÄ•í, nabídne vám rozhraní (viz obrázek) ke stažení 4 různé
trojrozmÄ›rné obrázky:
- obrázek generovaného objektu, jak by mÄ›l vypadat pod mikroskopem (v panelu 3D Cytogen)
- binární maska objektu (v panelu 3D Cytogen)
- rozmazaný obrázek po průchodu optickou soustavou (v panelu 3D Optigen)
- výsledný obrázek (v panelu 3D Acquigen)
Všechna generovaná obrazová data jsou uložena ve formátu ICS (podporují: Matab/DipImage, IrfanView,
Bioformats). Pokud je vám formát ICS cizí, můžete si stáhnout data i ve formátu 3D TIFF.
{mospagebreak title=2) Mirne pokrocily} MírnÄ› pokroÄ•ilý
PojÄ•me se nyní seznámit se strukturou úvodní stránky trochu podrobnÄ›ji. Jak již víte, celá stránka je rozdÄ›lena na tÅ™i
vertikální panely: 3D Cytogen
3D Cytogen se modul zodpovÄ›dný za generování fantomu. Obsahuje následující uživatelem mÄ›nitelné položky:
- Volume of interest ... SkuteÄ•ná velikost generovaných dat. Protože genenerujeme 3D obrazová data, je tato položka
vektor definující šíÅ™ku, výšku a hloubku výsledného snímku. Jednotkou jsou mikrometry.
- Subpixel precision ... U nÄ›kterých objektů (napÅ™íklad u mikrokuliÄ•ek) je nežádoucí, aby rozlišení obrázku bylo t
nízké, že by se celý fantom vtÄ›snal do jednoho obrazového voxelu. V takových pÅ™ípadech je dobré zvýšit
rozlišení obrázku na požadovanou úroveň (1x, 2x, 3x, atd). PoÄ•ítejte ale s tím, že vyšší
rozlišení znamená automaticky vyšší paměťové i Ä•asové nároky.
- Ground truth volume ... Tato položka nelze mÄ›nit (je neaktivní). Má informativní charakter a Å™íká, jaké rozmÄ›ry bude mít
obrázek fantomu. Jednotkou jsou obrazové voxely.
- Select phantom ... Volba generovaného fantoma. V souÄ•asné dobÄ› aplikace CytoPacq umožňuje generovat Ä•tyÅ™i druh
fantomů: mikrokuliÄ•ky, jádra buněĕné linie HL-60, jádra granulocytů a zdravou tkáň tlustého stÅ™eva.
- Diameter ... Tato položka je dostupná jen v pÅ™ípadÄ›, že zvolíte generování mikrokuliÄ•ek. Jejím nastavením můžete
urÄ•ovat průmÄ›r generovaných kuliÄ•ek. Jednotkou jsou mikrometry.
- Position ... Dle aktuálních požadavků se můžete rozhodnout, zda ponecháte rozmístÄ›ní generovaných fantomů v
prostoru na náhodÄ› anebo si budete pÅ™át je umístit na vámi pÅ™esnÄ› definované pozice (definováno v mikrometrech)
- Amount ...Tato položka urÄ•uje násobnost generovaného fantomu. Pokud je position nastaveno na random, tak je
možné volit násobnost v rozmezí hodnot 1 až 10. Pokud je position nastaveno na fixed, generuje se vždy právÄ› jeden
fantom na pozici, kterou jste urĕili.
- Add new phantom ... Tato volba vám umožní generovat do jednoho obrázku více různých fantomů.
Tip: V nÄ›kterých pÅ™ípadech se může stát, že nÄ›kterou z výše uvedných položek neuvidíte nebo bude neaktiv
to není nikde výše uvedeno. PÅ™íkladem takové situace je generování tkání tlustého stÅ™eva. Protože se jedná o
rozsáhlé snímky, nemají paramtery position ani amount smysl. Do jednoho obrázku má totiž smysl nagenerovat
nejvýše jeden Å™ez tkání tlustého stÅ™eva.3D Optigen
3D Optigen je modul, který má na starosti "prohnat" obrázek fantomu fiktivní optickou soustavou, která je
charakterizována volbu jednotlivých komponent optické soustavy:
- Select set ... Zde je možné si vybrat sestavu, která sestává z mikroskopu a pÅ™ípadného adaptéru s konfokální
jednotkou. Nabízené sestavy jsou reálné sestavy, které jsou ve skupinÄ› CBIA skuteÄ•nÄ› k dispozici, a jsou změřené jejich
optické vlastnosti. Rozkliknutím kÅ™ížku vpravo od této položky se dozvíte další podrobnosti.
- Objective ... VýbÄ›r objektivu, který má být souÄ•ástí vaší fiktivní optické soustavy.
- Excitation filter ... VýbÄ›r excitaÄ•ního filtru, který má být souÄ•ástí vaší fiktivní optické soustavy.
- Emission filter ... VýbÄ›r emisního filtru, který má být souÄ•ástí vaší fiktivní optické soustavy.
- Light source delocalization ... Míra vychýlení osy zdroje svÄ›tla od osy optické soustavy mikroskopu.
Tip: VšimnÄ›te si, že zmÄ›nou jedné položky ve formuláÅ™i se zneplatní jiné, na ní závislé položky. Aplikace vám
tak napovídá, co je tÅ™eba ještÄ› nastavit, než bude možné spustit samotnou simulaci. Pokud se napÅ™íklad
rozhodnete zmÄ›nit mikroskop, automaticky se zneplatní již dÅ™íve vybraný objektiv - více viz obrázek.
http://cbia.fi.muni.cz
Powered by Joomla!
Generated: 12 October, 2016, 20:55
Centre for Biomedical Image Analysis
Nyní již tedy víme, že fiktivní optickou soustavu je možné navolit výbÄ›rem jednotlivých položek v panelu 3D Optigen. P
vám ale tento způsob skládání optické soustavy pÅ™ijde pÅ™íliš komplikovaný, můžete si kliknutím na odkaz Show
list of available configurations v pravém horním rohu obrazovky (viz obrázek) zobrazit všechny dostupné
optické soustavy. Pod slovním spojením "dostupná optická soustava" chápejte, že taková soustava byla skuteÄ•nÄ›
sestavena, proměřena a je pro ni dostupné reálné PSF. 3D Acquigen
3D Acquigen je modul, který simuluje koneÄ•nou Ä•ást procesu poÅ™ízení obrazových dat z mikroskopu, a tou je snímání pomo
kamery.Tomu také odpovídají volitelné položky:
- Select camera ... VýbÄ›r vhodné CCD kamery. U nÄ›kterých kamer je uvedeno slovo "default". Znamená to, že konfigurace
optické soustavy vybraná v Ä•ásti 3D Optigen byla spoleÄ•nÄ› s touto kamerou použita pÅ™i získání reálné PSF. V
pÅ™ípadech, kdy u kamery není klíÄ•ové slovo "default", se bÄ›hem výpoÄ•tu ještÄ› provádí pÅ™evzorkování PSF, coÅ
do jisté míry zpomalit výpoÄ•et. Rozkliknutím kÅ™ížku, který se nachází v pravé Ä•ásti, se dozvíte více podrobností o zvolené
kameře.
- Acquisition time ... ÄŒas potÅ™ebný k poÅ™ízení snímku. Jednotkou jsou milisekundy. S rostoucím Ä•asem narůstá i mnoÅ
šumu ve výsledném obraze.
- Stage z-step ... Krok ve směru osy "z". Jednotkou jsou mikrometry.
- Dynamic range usage ... Tento faktor do jisté míry supluje Quantum efficency a Å™íká nám, kolik fotonů se pÅ™i snímání
pÅ™emÄ›ní na elektrony, které plní jamky v CCD Ä•ipu.
- VOI position ... Tento parametr urÄ•uje, zda je vybraná oblast, kterou chceme pozorovat, vycentrovaná vůĕi stÅ™edu
CCD Ä•ipu Ä•i nikoliv.
- Final volume ... Toto je jen informativní položka (pouze pro Ä•tení), která uživatele informauje o velikosti výsledného
obrázku. Jednotkou jsou obrazové voxely.
Tip: VšimnÄ›te si podobnosti položek Final volume v sekci 3D Acquigen a položky Ground truth volume ze sekce
3D Cytogen. V pÅ™ípadÄ›, že bude v sekci 3D Cytogen nastavena položka subpixel precision na "1", budou tyto objemy
shodné. V ostatních pÅ™ípadech se budou lišit.
{mospagebreak title=3) Pokrocily} PokroÄ•ilý
Webové rozhraní aplikace CytoPacq nebylo navrženo pro každodenní generování velkého objemu dat. Zejména, pokud
se uživatel rozhodne vygenerovat sekvenci napÅ™íklad tisíce umÄ›lých obrázků, stane se práce s webovým rozhraním
ponÄ›kud těžkopádnou. Webové rozhraní bylo navženo tak, aby si uživatel vyzkoušel, Ä•eho všeho je mo
s využitím simulátoru dosáhnout, a to za cenu nejmenšího úsilí (stahování, kompilace, Ä•tení dokumentace, atp.).
Pokud vám pÅ™ijde webové rozhraní už moc tÄ›sné, je na Ä•ase toto rozhraní opustit a pracovat pÅ™ímo s aplikací, která uÅ
není tak uživatelsky pÅ™ívÄ›tivá, ale je mnohem mocnÄ›jší a flexibilnÄ›jší.
První krok, který vás Ä•eká, je stažení aplikace z adresy http://cbia.fi.muni.cz/projects/simulator.html. Dostupné jsou zde
zdrojové kódy, pÅ™eložitelné na platformách Linux i Microsoft Windows. Pro systém MS Windows jsou k dispozici
pÅ™edkompilované binárky ve formÄ› instalátoru. V tomto okamžiku se nebudeme zabývat pÅ™ekladem zdrojových kódů a
pÅ™ejdeme pÅ™ímo k využití binárek. PÅ™eklad kódů si necháme až na poslední sekci urÄ•enou pro Profíky.
Instalace
InstalaÄ•ní program "cytopacq-setup.exe ", má velmi jednoduché ovládání. Jediné, na co budete dotázáni, je umístÄ›ní,
kam chcete aplikaci nainstalovat. Po instalaci se vám na disku ve vámi zvoleném adresáÅ™i objeví následující nové
soubory:
- bin/cytopacq.exe ... hlavní aplikace, která se spouští z pÅ™íkazové Å™ádky. Nemá smysl ji spouštÄ›t
pouhým poklepáním myši na Ploše nebo v Průzkumníku, protože k jejímu bÄ›hu je tÅ™eba zadat povinné
parametry do pÅ™íkazové Å™ádky. NápovÄ›da k této aplikaci se vám zobrazí jednak pÅ™i instalaci, pozdÄ›ji ji můžete zobr
tak, že aplikaci "cytopacq.exe" spustíte bez parametrů.
- config/*.ini ... konfiguraÄ•ní soubory, které potÅ™ebuje aplikace "cytopacq.exe" ke svému bÄ›hu. Tyto soubor urÄ•ují, co se
bude generovat za fantomy, jaká je konfigurace optické soustavy i jaká se má použít kamera. Je pÅ™iloženo pár
vzorových konfiguraÄ•ních souborů.
- plugins/*.dll ... seznam modulů, které mají na starost generování jednotlivých fantomů. Bez pluginů vůbec nic
nevygenerujete!
- psf/*.ics ... vzorová PSF, která se použijí pÅ™i simulaci optické soustavy.
Tip: Pokud vám nedostaÄ•ují pÅ™iložené konfiguraÄ•ní soubory a rádi byste si vytvoÅ™ili vlastní, staÄ•í, když si ve webové
rozhraní aplikace nastavíte vámi požadané fantomy, mikroskop i kameru a spustíte simulaci. Po ukonÄ•ení simulace vám
http://cbia.fi.muni.cz
Powered by Joomla!
Generated: 12 October, 2016, 20:55
Centre for Biomedical Image Analysis
rozhraní mimo jiné nabídne ke stažení soubor "config.ini", který pÅ™esnÄ› specifikuje nastavení, s nímž jste spustili posled
simulaci. Tento soubor si můžete stáhnout a dále používat pÅ™i generování dat pomocí právÄ› nainstalované aplikace
"cytopacq.exe" ve vašem poÄ•ítaÄ•i. DůraznÄ› nedoporuÄ•ujeme vytváÅ™et si vlastní konfiguraÄ•ní soubory ruÄ•nÄ› vám to nebude fungovat!
Parametry pÅ™íkazové Å™ádky
Aplikace "cytopacq.exe" má nÄ›kolik málo parametrů, které Å™ídí její bÄ›h:
- -c <fname> ... konfiguraÄ•ní soubor, který se má použít (povinný parametr)
- -l <fname> ... název ground truth obrázku, který aplikace vygeneruje. Implicitní jméno je "image-labels.ics"
- -f <fname> ... název výstupního obrázku, který aplikace vygeneruje a který se tváÅ™í jako by byl sejmutý za reálných
podmínek definovaných v konfiguraÄ•ním souboru. Implicitní jméno je "image-final.ics".
- -d <dname> ... adresáÅ™, kde je umístÄ›ny moduly, které jsou zodpovÄ›dné za generování jednotlivých fantomů (povinný
parametr)
- -e <fname> ... soubor pro chybové hlá&scaron;ky. Implicitní jméno je "error.log".
- -t <count> ... poÄ•et generovaných obrázků. Implicitní volba je "1", ale je možné nastavit i na 1000, nechat aplikaci
pracovat pÅ™es víkend a vyzvednout si hotová data v pondÄ›lí ráno!
PÅ™íklady použití/spu&scaron;tení aplikace:
- pÅ™íklad A:
$> cytopacq.exe -c ../config/hl60.ini -d src/cytogen/pluginsAplikace vygneruje buňky buněĕné linie HL60. Kolik jich bude,
je Å™eÄ•eno v konfiguraÄ•ním souboru. Modul potÅ™ebný pro generovány fantomu HL60 je umístÄ›n v adresáÅ™i
"./src/cytogen/plugins". Vygenerují se dva soubory: "image-labels.ics" a "image-final.ics"
- pÅ™íklad B:
$> cytopacq.exe -c ../config/hl60.ini -d src/cytogen/plugins -t 3Aplikace vygneruje buňky buněĕné linie HL60. Kolik jich
bude, je Å™eÄ•eno v konfiguraÄ•ním souboru. Modul potÅ™ebný pro generovány fantomu HL60 je umístÄ›n v adresáÅ™i
"./src/cytogen/plugins". Vygenerují se soubory: "image-labels_[0-2].ics" a "image-final_[0-2].ics", tj. dohromady 6
souborů.
- pÅ™íklad C:
$> cytopacq.exe -c ../config/microsphere.ini -d src/cytogen/plugins -f my_name.tifAplikace vygeneruje mikrokuliĕky. Kolik
jich bude, je Å™eÄ•eno v konfiguraÄ•ním souboru. Modul potÅ™ebný pro generovány fantomu mikrokuliÄ•ek je umístÄ›n v adre
"./src/cytogen/plugins". Vygenerují se dva soubory: "image-labels.ics" a "my_name.tif".
{mospagebreak title=4) Profik}Profík
V následujícím textu si ukážeme, co v&scaron;e obná&scaron;í pÅ™eklad aplikace "cytopacq" a jak a kam se vypisují
chybové hlá&scaron;ky. PÅ™edtím, než se vrheneme na pÅ™eklad samotné aplikace, je tÅ™eba mít pÅ™ipraveny následujíc
knihovny a balíÄ•ky:
- CMake (zdroj: http://www.cmake.org/)
- I3DLIB (zdroj: http://cbia.fi.muni.cz/projects/i3dlibs.html) - je zapotÅ™ebí pÅ™eložit s podporou knihoven FFTW a LIBICS.
- LIBGSL (zdroj: http://www.gnu.org/software/gsl/)
- QHULL (zdroj: http://www.qhull.org/)
- Bison a Flex (zapotÅ™ebí pouze v Linuxu - obvykle jsou souÄ•ástí distribuce systému)
Nyní, když máme v&scaron;e potÅ™ebné k dispozici, rozbalíme si v aktuálním adresáÅ™i archiv sim-app.tgz. Struktura
archivu je následující:simulator/
|---config
|---doc
|---psf
|---src/
| |---acquigen
| |---optigen
| |---cytogen
|
|---plugins/
|
|__src
|___utils/
http://cbia.fi.muni.cz
Powered by Joomla!
Generated: 12 October, 2016, 20:55
Centre for Biomedical Image Analysis
|---ini
|---testing
|---xgetopt
|---inno_setup
|___scripts
AdresáÅ™e "config/" a "psf/" jsou vám již dobÅ™e známé. V adresáÅ™i "doc/" je struÄ•ný návod na pÅ™eklad a spou&scaro
aplikace "cytopacq". V podstatÄ› je obdobou stránky, kterou právÄ› Ä•tete, ale zde máte ji k dispozici offline, tj. i když
nebudete mít zrovna pÅ™ístup na internet. Nás bude budou nyní zajímat pÅ™edev&scaron;ím adresáÅ™e "src/" a
"utils/".AdresáÅ™ "src/"
Tento adresáÅ™ obsahuje tÅ™i knihovny: cytogen, optigen a acquigen. Každá má na starosti jednu Ä•ást simulace a jejich
význam pÅ™esnÄ› odpovídá významu panelů z webového rozhraní. Tj. první z vý&scaron;e jmenovaných, knihovna cytogen,
má na starosti generování fantomů, a tedy i správnu pluginů. Následuje knihovna optigen, která má na starosti
simulaci optické soustavy. Výsledný obraz je pak pÅ™edán knihovnÄ› acquigen, která imituje funkci CCD kamery, která
snímá obrázky a ukládá je na disk. V každém z tÄ›chto adresářů je pÅ™ítomen soubor "interface.cc", v nÄ›mž je
implementováno rozhraní pro konzolu. Je tedy možné volat každou knihovnu zvlá&scaron;Å¥, a tedy zajímat se jen
jednou Ä•ástí simulace. PÅ™íkladem takového využití může být existence již dÅ™íve vytvoÅ™eného fantomu, který ned
vygenerovat. Nebudeme se tedy zajímat jeho opÄ›tovným generování, ale budeme ho už jako hotový pÅ™edávat knihovnÄ›
optigen a následnÄ› pak knihovnÄ› acquigen. A to i opakovanÄ› pro různé konfigurace optického systému.
Co se týÄ•e samotné aplikace CytoPacq, nejedná se o nic jiného, že pouhé zÅ™etÄ›zení tÅ™í vý&scaron;e uvedených knihov
zde je soubor "interface.cc", v nÄ›mž je implementováno konzolové rozhraní aplikace. OstatnÄ› její název je zÅ™etÄ›zením tÅ
slov "CYTogen", "OPtigen" a "ACQuigen" v uvedeném poÅ™adí. AdresáÅ™ "utils/"
Tento adresáÅ™ již není tolik zajímavý. Obsahuje množství "udÄ›látek", s nimiž běžný uživatel a mnohdy ani progra
nepřijde vůbec do styku:
- ini ... knihovna pro parsování INI konfiguraÄ•ních souborů
- testing ... nástroje pro různá měření a analýzy výsledných obrazových dat
- xgetopt ... nástroj pro naÄ•ítání parametrů z pÅ™íkazové Å™ádky (zapotÅ™ebí jen v MS Windows, protože v Linuxu je
podpora naÄ•ítání parametrů z pÅ™íkazové Å™ádky souÄ•ástí systému)
- inno_setup ... nástroj pro balíÄ•kování a vytváÅ™ení instalaÄ•ních skriptů pro MS Windows
- scripts ... linuxové shellové skripty pro nasazení aplikace coby back-end na výpoÄ•etním serveru
Překlad
Pokud tedy již máte pÅ™ipraveny v&scaron;echny vý&scaron;e uvedené knihovny a rozbalený archiv zdrojových kódů simapp.tgz , proveÄ•te následující:I. SpusÅ¥te aplikaci CMake a proveÄ•te následující kroky:
- Nastavte správnÄ› cestu ke zdrojovým kódům (cesta do koÅ™enového adresáÅ™e rozbaleného archivu).
- Nastavte cestu, kam se mají generovat binárky pÅ™i pÅ™ekladu a linkování.
- SpusÅ¥te "Configure". PoÄ•ítejte s tím, že na vás vyskoÄ•í série chybových hlá&scaron;ek o chybnÄ› nastavených cestách
ke knihovnám.
- Nastavte požadové cesty ke knihovnám.
- Zvolte DEBUG/RELEASE verzi.
- Zvolte, zda chcete sestavit i konzolové rozhraní k jednotlivým knihovnám (cytogen, optigen, acquigen).
- Spusťte znovu "Configure".
- Jestliže "Configure" probÄ›hlo bez problémů, spusÅ¥te "Generate".
- V adresáÅ™i, který jste zvolili jako místo pro binárky, je vytvoÅ™en buÄ• Makefile (Linux) nebo soubor *.sln (MS Visual
Studio .NET).
II. Přeložte aplikaci CytoPacq.
Spu&scaron;tení aplikace
ÚspÄ›&scaron;ným pÅ™ekladem balíku získáte aplikaci cytopaq(.exe), jejíž použití je blíže popsáno v pÅ™edcházející se
PokroÄ•ilé.
Pokud jste pÅ™i konfiguraci pomocí CMake nastavili, že chcete sestavit i rozhraní pro nÄ›kterou z knihoven Cytogen, Optigen
nebo Acquigen, vytvoÅ™í se vám kromÄ› unverzální aplikace cytopacq(.exe) mezi binárkami také soubory 3dcytogen(.exe), 3d-optigen(.exe) nebo 3d-acquigen(.exe). Rozhraní v&scaron;ech tÄ›chto aplikací je takÅ™ka shodné. Pro
pÅ™ípadné detaily je vhodné podívat se na jejich konzolovou nápovÄ›du.
http://cbia.fi.muni.cz
Powered by Joomla!
Generated: 12 October, 2016, 20:55
Centre for Biomedical Image Analysis
Tip: K Ä•emu je dobré mít pÅ™eloženou každou z vý&scaron;e uvedených aplikací zvlá&scaron;Å¥, když cytopacq(.exe)
funkci v&scaron;ech tÅ™í dohromady? Jedním z důvodů je napÅ™íklad opakované generování fantomu, a to zejména pÅ™i
jeho ladÄ›ní. ObdobnÄ›, pokud se domníváte, že nÄ›co nefunguje jak má, je dobré spou&scaron;tÄ›t jen dílÄ•í aplikaci a ne ce
proces simulace, protože ten trvá pÅ™íli&scaron; dlouho. CelkovÄ› je tedy rozdÄ›lení hlavní aplikace na dílÄ•í celky důležit
ladÄ›ní a testování.
{mospagebreak title=Tipy a triky}Tipy, triky a poznámky programátora
V následujícím textu jsou sekvenÄ•nÄ› uvedeny akce, k nimž dochází pÅ™i spu&scaron;tÄ›ní simulace. Jsou doplnÄ›ny o
komentáÅ™e, návodya drobné rady:3D-Cytogen
- Po spu&scaron;tÄ›ní aplikace probÄ›hne ze v&scaron;eho nejdÅ™íve naÄ•tení konfiguraÄ•ního INI souboru.
- Dle volby v konfiguraÄ•ním souboru se buÄ• generuje daný fantom na pevnÄ› danou pozici nebo se nechá urÄ•ení jeho
pozice na náhodÄ›. V druhém pÅ™ípadÄ› se ověřuje, zda pÅ™i umísÅ¥ování fantomu nedochází k pÅ™ekryvu s již jiným
nagenerovaným fantomem. Z toho také vyplývá, že proces náhodného generování pozice je zdlouhavÄ›j&scaron;í a
výpoÄ•etnÄ› nároÄ•nÄ›j&scaron;í (poÄ•ítá se korelace nad obrazovými daty).
- Fantom se generuje standarnÄ› v základním rozli&scaron;ení daným zvolenou optickou soustavou a CCD Ä•ipem kamery.
Teoreticky jsou data samozÅ™ejmÄ› spojitá a k jejich navzorkování by mÄ›lo dojít až pÅ™i snímání kamerou. To ov&scaron;e
není technicky proveditelné. Ve&scaron;kerá data jsou uložena v poÄ•ítaÄ•i v diskrétní reprezentaci, a tedy musí být
navzorkována na nÄ›jaké konkrétní rozli&scaron;ení. Pokud se ukáže, že základní rozli&scaron;ení nedostaÄ•uje, je
možné toto rozli&scaron;ení navý&scaron;it, a to i nÄ›kolikanásobnÄ›. PÅ™íkladem takové úlohy je práce je signály, jejich
velikost je úmÄ›rná velikost jednoho pixelu. Místo gaussovského profilu bychom tak získali spí&scaron;e krychliÄ•ku, což je
nežádoucí.
Navy&scaron;ování rozli&scaron;ení je potÅ™eba dÄ›lat uvážlivÄ›, protože se tím výraznÄ› zvy&scaron;ují paměťové i vý
nároky.
- Platí, že fantomy se generují do rastrového obrazu, jehož datovým typem je 16-bitový nezáporný celoÄ•íselný typ. ZmÄ›na
tohoto typu je možná. StaÄ•í v podstatÄ› v pÅ™íslu&scaron;ných *.cc souborech zmÄ›nit instanciace &scaron;ablonových dato
typů. Praxe ov&scaron;em ukazuje, že zvolený datový typ je prozatím plnÄ› dostaÄ•ující. Naopak 8-bitový datový typ by
nedostaĕoval.
- Co se týÄ•e využití rozsahu datového typu urÄ•eného pro ukládání generovaných fantomů, pÅ™epokládá se, že hodnoty
voxelů urÄ•ují míru obarvení/fluorescence daného vzorku. Správné obarvení vzorku fluorescenÄ•ní barviÄ•kou tedy odpovídá
volbÄ› intenzit v plném rozsahu datového typu. Naopak pokud je rozhodnete vygenerovat vzorek se slab&scaron;í
fluorescencí, staÄ•í nastavit rozsah hodnot v jeho textuÅ™e na hodnoty niž&scaron;í než je maximum datového typu.
Tip: Pokud byste rádi mÄ›nili rozsah využití dynamického rozsahu kamery, pÅ™enechte prosím tuto možnost knihovnÄ›
Acquigen, která to má na starosti. Zde, v Cytogenu, je volba intenzity fantomu je chápána jen jako zmÄ›na míry
fluorescence sledované struktury.3D-Optigen
- Vygenerovaný fantom prochází fiktivní optickou soustavou. V mnohých simulátorech se tato fáze reprezentuje pouhou
konvoucí s dobÅ™e zvoleným Gaussiánem. V CBIA na FI disponujeme rozsáhlou databází reálných PSF (point spread
function), které odpovídají různým konfiguracím optické soustavy. I v tomto simulátoru je průchod optickou soustavou
imitován konvolucí, nicménÄ› jako konvoluÄ•ní jádro je použita skuteÄ•ná PSF. PSF jsou bohužel obecnÄ› neseparabilní,
takže na rozdíl od konvoluce s Gaussiánem není výpoÄ•et tak svižný.
- KromÄ› konvoluce se do obrazu integruje i nerovnomÄ›rný osvit. Nyní je to jen jednoduchá kvadratická funkce (parabola),
která charakterizuje úbytek svÄ›tla se vzdáleností od optické osy. Je definována svým stÅ™edem (deviation_from_the
center) a úbytkem (luminance_decay). Devitation_from_the_center Å™íká, nakolik je vrchol paraboly vychýlen od osy
optické soustavy. Osou optické soustavy chápeme stÅ™ed CCD Ä•ipu, u nÄ›hož pÅ™edpokládáme, že je správnÄ› usazen
PromÄ›nnou luminance_decay se definuje, jak moc je parabola otevÅ™ená (men&scaron;í Ä•íslo) Ä•i uzavÅ™ená (vÄ›t&scaron
Ä•íslo).3D-Acquigen
- Rozmazaný obraz vyprodukovaný v pÅ™edchozí fázi se nyní bude vzorkovat na rozli&scaron;ení kamery a pÅ™ibude množ
&scaron;umů, které odpovídají jednotlivým fyzikálním jevům.
- V první fázi se volá funkce SimulatePhotonDetection, která implementuje zachycení fotonů kamerou v
pÅ™íslu&scaron;ných jamkách CCD Ä•ipu a jejich pÅ™emÄ›nu v elektrony. PÅ™i akvizici se automaticky provede pÅ™evzorko
signálu (aÅ¥ už byl pÅ™edtím jakkoliv zvÄ›t&scaron;en) na rozli&scaron;ení kamery. PÅ™emÄ›na fotonů na elektrony je
realizována jednoduchou pÅ™evodní funkcí, která lineárnÄ› mapuje maximální hodnotu datového typu fantomu (viz
poznámky v sekci 3D-Cytogen) na maximální množství elektronů v jamce - tzv. full_well_depth. A obdobnÄ› nulovou
hodnotu ve fantomu mapuje na nulové množství elektronů. Do tohoto pÅ™evodního vztahu vstupuje je&scaron;tÄ› faktor
dynamic_range_usage, který do jisté míry reprezentuje QE kamery a odpovídá procentuální úÄ•innosti kamery. Je
uvádÄ›n v procentech. Jeho aplikace tedy spoÄ•ívá ve vynásobení poÄ•tu elektronů v jamce Ä•íslem
dynamic_range_usage/100.
- Poté se do signálu pÅ™idá fotonový &scaron;um, který má Poissonovo rozložení.
- NáslednÄ› se pÅ™idá &scaron;um náboje ve tmÄ›, který má Poissonovo rozložení.
- PÅ™ípadnÄ› se nageneruje i impulsní &scaron;um (hot pixely a cold pixely).
- Dle specifikace výrobce kamery se pÅ™idá k množství elektronů v každé jamce CCD Ä•ipu tzv. baseline, což odpovídá
nÄ›jaké nenulové základní úrovni signálu.
http://cbia.fi.muni.cz
Powered by Joomla!
Generated: 12 October, 2016, 20:55
Centre for Biomedical Image Analysis
- Elektrony prochází zesilovaÄ•em, takže se je&scaron;tÄ› pÅ™idá vyÄ•ítací &scaron;um, který má Gaussovské rozložení.
- Nakonec se použije ADC pÅ™evodník, který kvantizuje elektrony na intenzitní úrovnÄ›. Kvantizace je Å™ízena faktorem
ADC_gain, který urÄ•uje kolik eketronů odpovídá jedné úrovni intenzity. Tato hodnota může být i reálná, protože
elektrony považujeme za spojitou veliÄ•inu! KromÄ› kvantizaÄ•ního faktoru je pÅ™ítomná je&scaron;tÄ› promÄ›nná ADC_offs
která provádí regulaci nulové hladiny signálu. Pokud by totiž baseline bylo moc vysoké, je zÅ™ejmé, že by spodní bity
každého pixelu ve výsledném obraze byly vždy nenunlové. ADC_offset je tedy jakýmsi protÄ›j&scaron;kem parametru
baseline. Programování vlastních pluginů/nových fantomů
V adresáÅ™i "src/cytogen/plugins/" se nachází soubor "generic.h", který jednoznaÄ•nÄ› specifikuje, jak má vypadat hlaviÄ•ka
každého, a tedy i novÄ› implementovaného, pluginu. PÅ™íklady, jak mají vypadat pluginy, jsou uvedeny v témtže adresáÅ™
StaÄ•í si v podstatÄ› prohlédnout libovolný, již hotový, plugin.
Základní pravidla pÅ™i psaní Ä•i editace pluginů:
- V adresáÅ™i "src/cytogen/plugins/src/" je spousta užiteÄ•ných funkcí, které jsou již naimplementové, a není je tedy tÅ™eb
znovu programovat.
- Pokud se nejedná o fantom, který zaujímá celý prostor obrázku, je zapotÅ™ebí, aby se umožnilo jeho fixní umístÄ›ní a rovnÄ
náhodné generování pozice. Hledání vhodné pozice pro nový fantom je implementováno v souborech
"src/cytogen/plugins/src/collisions.*".
- U každého fantomu se nejdÅ™íve vytvoÅ™í jeho tvar a teprve poté jeho vnitÅ™ní struktura.
- Tvar každého fantomu se ukládá do promÄ›nné img_labels.
- VnitÅ™ní struktura fantomu se ukládá do promÄ›nné img_phantoms.
- ObÄ› promÄ›nné img_lalels i img_phantoms jsou akumulátory. Je tedy zapotÅ™ebí poÄ•ítat s tím, že v nich může být jiÅ
nÄ›jaká informace. Není tedy dobré je pÅ™ed zápisem vynulovat.
- Nový plugin je tÅ™eba zapojit do knihovny editací souboru "src/cytogen/plugins/CMakeLists.txt"
HodnÄ› &scaron;tÄ›stí!
http://cbia.fi.muni.cz
Powered by Joomla!
Generated: 12 October, 2016, 20:55