Kutatás

Az alábbiakban a Szakkollégium korábbi és jelenlegi tagjainak tudományos munkáit, kutatási-fejlesztési tevékenységét szeretnénk bemutatni.

 

2016. őszi TDK (2016.11.16.)

 

3D PONTFELHŐ FELDOLGOZÁSA PCL SEGÍTSÉGÉVEL

Guttin László, konzulensek: Szabó-Resch Miklós Zsolt, Dr. Vámossy Zoltán Imre

A TDK dolgozat témája műveletvégzés pontfelhőkkel a PCL (Point Cloud Library) használatával. A feladat a TekiControl Project részét képezi, végső célunk az, hogy a robot valósághű, három dimenziós modellt tudjon alkotni a körülötte lévő valóságról.
A pontfelhőt a robot (TurtleBot II) a saját környezete alapján szolgáltatja a Microsoft Kinect eszköz adatai, valamint a ROS (Robot Operating System) segítségével. A kapott pontfelhőt ezután a PCL egység dolgozza fel: hibaszűrést végez, simít és szegmentál. Az ily módon előkészített pontfelhőt a rendszer képes a felhasználó számára megjeleníteni. Az alkalmazás .NET környezetben készül, ezért interfészt biztosít a program és a ROS, valamint a program és a PCL modul között, mindezt Windows operációs rendszer alatt. Az előbbi kapcsolatot a ROS.NET, míg az utóbbit egy általam készített wrapper modul segítségével valósítjuk meg. A wrapper modul feladata az unmanaged PCL függvénykönyvtár felügyelt (C#) nyelven történő használatának lehetővé tétele.
A dolgozat ismerteti a ROS keretrendszer és az ezt használó ROS.NET komponens alapvető felépítését, működését és használatát is. Továbbá bemutatja a jelentősebb PCL algoritmusokat, kitér ezek lehetséges hívási módjaira, majd kiemeli előnyeiket és hátrányaikat. Végül leírja a megjelenítéshez használt eszközök alkalmazását.
A befejező rész tartalmazza az elkészült rendszer eredményeinek értékelését összehasonlítva más hasonló megoldások eredményeivel.

BUKSI, A ROBOTKUTYA

Liszi Dániel, Békéssy Herman András, konzulensek: Dr. Steiner Henriette, Somlyai László

Bevezetés: A dolgozat a Buksi nevű robot tervezését és működésének lépéseit ismerteti. A robot az állatok mozgásának modellezésére képes, mely terület mind a mérnöki tudományokban, mind a mozgáskutatásban, mind az etológia tárgykörében fontos lehet. A dolgozat kifejti a robot megtervezésének, eszköz választásának lépéseit, a felépítését, a felhasznált mikrovezérlő programjának működését, megvalósítását, és a robot tesztelését. Szakmai célunk az volt, hogy a megfelelő, anatómiailag, élettanilag helyes mozdulatokat modellezzük lehetőleg kevés ízületi pont felhasználásával. A megfelelő módszer és megvalósítás során több lehetőséget is számba vettünk: kerekes, lánctalpas, rotoros, lábas mozgatás, melyek tulajdonságait végiggondolva döntöttünk az elkészült megvalósítás mellett. Külön feladat a megfelelő távirányítás, vezérlés kialakítása. Munkánkban összehasonlítjuk a különböző lehetőségeket, és ezek közti különbségeket illetve nehézségeket, akadályokat külön is kiemeljük.
Anyagok és módszerek: A váz szerkezete faanyagból készült, melyet stabilitásáért választottunk ki. A vezérlést Arduino Uno mikrovezérlővel oldottuk meg, a tápellátást 4db AA elemmel, amelyet egy foglalatban rögzítettünk a robot aljához. SG-90 szervo motorokat használtunk a mozgatáshoz. HX1838 infra távirányító adót és VS1838 vevőt használtunk az irányításhoz.
Eredmények: Sikeresen lemodelleztük a gerinces négylábú állatok mozgását egy izületes környezetben, illetve egyéni mozgásokkal, és parancs sorozatok kiadásának lehetőségével egészítettük ki a robot funkcionalitását.
Következtetés: Az állatok mozgásának alkalmazása mesterséges környezetben lehetséges a teljes testszerkezet másolása nélkül, alacsony izület számos mozgás mechanizmussal. A továbbiakban módosítani fogjuk a távirányítási módozatokat, illetve bővíteni fogjuk a mozgási lehetőségeket, javítani fogjuk a szerkezetet, és kiterjesztjük az adatfeldolgozást.

FÖLDI JÁRMŰ ÚTVONALKERESÉSE OPTICAL FLOW ALAPÚ 3D REKONSTRUKCIÓ SEGÍTSÉGÉVEL

Molnár Fanni, Czakó Bence Géza, konzulensek: Dr. Kósi Krisztián, Dr. Stojcsics Dániel Zoltán

Egy folytonos emberi beavatkozást nem igénylő, bizonyos szempontokból autonóm robot ma már az élet igen sok területen kívánatos eszköz. Ahhoz, hogy egy ilyen földi, légi vagy vízi jármű tartósan működőképes maradjon váratlan környezeti változások mellett, elengedhetetlen hogy tájékozódását, közlekedését tekintve „okos” legyen. Olyan tulajdonságokkal kell felruháznunk, melyekkel megbízhatóan képes feladatát elvégezni. Fontos, hogy minél nagyobb rálátással rendelkezzen környezetére, de még fontosabb, hogy a megfigyelt környezetet hogyan használja, tudja e értelmezni azt.
A dolgozat célja egy olyan rendszer létrehozása, mely képes egy földi jármű egyszerűbb autonóm irányítására. A robotautó képfeldolgozás segítségével képes két pont közötti út megtételére a köztes akadályok kikerülése mellett. A dolgozat első részében a hasonló megvalósítások elemzését és az ezekből adódó lehetőségek feltárását, összehasonlítását tárgyaljuk. Az elemzések magukban foglalják a releváns szabályozási módszerek alkalmazhatóságát, valamint a különböző kamerarendszerekből kinyerhető képekkel megvalósítható 3D terek és objektumok rekonstrukciójának megvalósíthatóságát. Kitérünk ezen képelemzésekből kinyerhető adatoknak a jármű útkeresésében való felhasználhatóságára.
Jelen dolgozat célja, hogy ismertesse a szükséges elméleti hátteret, mely alapján ez a rendszer kivitelezésre kerülhet. Bemutatásra kerül a jármű matematikai modellje, valamint az ahhoz elkészült szabályozó. Ezen felül ismertetjük a szükséges képfeldolgozási eljárásokat, melyek támogatják a jármű útkeresését. Bemutatásra kerülnek még a különböző hardver és szoftver komponensek, melyek szükségesek a rendszer megvalósításához. Végezetül tárgyaljuk az eddig elért eredményeket és a rendszer kivitelezhetőségét.

KULCSSZÓ ALAPÚ KÉPKERESŐ RENDSZER FEJLESZTÉSE AUTOMATIKUSAN ANNOTÁLT KÉPI ADATBÁZIS ESETÉN

Placskó András, konzulens: Dr. Sergyán Szabolcs

A mai, rendkívül gyorsan fejlődő világban a fényképek nagyon fontos szerepet töltenek be a mindennapjainkban. Ha a fényképek számát megnézzük, a jelenlegi három legnagyobb közösségi portálon naponta összesen körülbelül 1.8 milliárd kép kerül feltöltésre, és természetesen ezekben az adatokban nincsenek benne az átlagos emberek tevékenységei, akik csak saját maguk szórakoztatása érdekében készítenek mindennapjaikban fényképet, melyet nem töltenek fel sehova. Az ebből adódó mennyiséget kezelni, rendszerezni esetleg keresni köztük óriási feladat, melynek megkönnyítése érdekében adok erre egyfajta megoldást.
Olyan képkeresést valósítottam meg, ahol minták alapján a rendszer automatikus komment-hozzárendelést végez el bizonyos tulajdonságok alapján az adatbázisban található képekhez. Ezek az említett tulajdonságok szöveges leírások, melyek kialakítása nem a felhasználó feladata, hanem a rendszeré.
A program, tanító képek alapján egy előre meghatározott szóhalmazban található szavakhoz tartozó objektumok felismerésével kialakítja az adatbázisban található képhez tartozó jegyzeteket, majd a felhasználó lekérdezésére, eredményként az első tizenkét darab legrelevánsabb képet szolgáltatja. A rendszer minél pontosabb működése érdekében a felhasználónak véleményeznie kell az eredményt, melyből a rendszernek képesnek kell lennie tanulni. Az objektumok leírására olyan eljárást választottam, amely a vizsgált képen képes az objektumot annak méretétől, orientációjától és pozíciójától függetlenül felismerni. Az adatbázisban található képek rengeteg képfeldolgozási műveleten mennek keresztül a feldolgozás során, melyek mind azt a lehetőséget biztosítják, hogy a szegmentálás, valamint az objektumok felismerése majd azok egymáshoz hasonlítása minél pontosabb egyezést mutasson. Ennek következményeképpen lehetséges megvalósítani, hogy a keresés minél pontosabb legyen, minél kevesebb emberi interakció hozzáadásával.

NYELŐCSŐ SZÖVET SZERKEZETI ELVÁLTOZÁSÁNAK DETEKTÁLÁSA KÉPFELDOLGOZÁS SEGÍTSÉGÉVEL

Tóth Máté István, Golarits István, konzulens: Dr. Vámossy Zoltán Imre

Dolgozatunkkal egy olyan szoftver megtervezését, és implementálását (C#) tűztük ki célul, amely biopsziás mintavételből származó, nyelőcső szövetek, digitalizált mikroszkópos képein képes a kehelysejtek detektálására. Az így felismert sejtek segítenek a beteg szövetrészek azonosításában.
Ezen sejttípusokból felismerhető számos elváltozás, amelyek a nyelőcsőrák kialakulásának kockázatát nagyban befolyásolják. Egyik ilyen különleges elváltozás a Barett nyelőcső, melynek azonosítása a betegség kórélettanában igen fontos állomás. Ezt az elváltozást a hámrétegben keletkező kehelysejtek, valamint az ott lévő laphámok, hengerhámmá alakulásával lehet a legpontosabban detektálni.
Programunk készítésénél elsősorban a kehelysejtek detektálását állítjuk középpontba, ezeket a sejteket különböző képfeldolgozási módszerekkel különítjük el, és azonosítjuk a műveletvégzés során. Ezek az algoritmusok számos bemeneti paramétert igényelnek a precíz detektálás érdekében, így a legjobb paraméter kombináció megtalálásához egy genetikus algoritmust is implementálunk.
Az elkészítendő szoftverünk egy olyan döntéstámogatási eszköz lehet az orvosi munkavégzés során, ami felhívja az szakemberek figyelmét a gyanúsnak ítélt területekre. Az ilyen rendszerekkel szemben támasztott egyik legfontosabb elvárás a sebesség, ezért munkánk során különös figyelmet fordítottunk az optimalizációra. Ennek egyik módja a megfelelő felbontású képek előállítása, valamint felhasználásuk, másik fontos tényezője pedig a felhasznált algoritmusok feladatra szabása.
Rendszerünk támogatja az orvosi szoftverekben közkedvelten használt és elterjedt DICOM szabványt, mely nagyban megnöveli a feldolgozható formátumok számát, és segít elkerülni a kompatibilitási problémákat.

SZÁMÍTÓGÉPPEL TÁMOGATOTT DOLGOZAT JAVÍTÁS ÉS ÉRTÉKELÉS, KÉPFELDOLGOZÁS SEGÍTSÉGÉVEL

Tóth Ádám, konzulensek: Dr. Vajda István, Dr. Vámossy Zoltán Imre

A TDK dolgozat célja egy olyan szoftverrendszer bemutatása, mely potenciálisan megoldást nyújthat – elsősorban a felsőoktatásban – az írásbeli vizsgázás és vizsgáztatás egyszerűbbé, kényelmesebbé és gyorsabbá tételére, a vizsga jellegéből adódó pozitív attribútumok megtartásával, viszont minél több negatív attribútum kiküszöbölésével.
A projekt szemléletmódja merőben eltér az elmúlt több mint 10 évben preferált aspektustól, melynek megvalósításai nem tudták kellőképpen reprodukálni, s ezáltal felváltani sem a hagyományos írásbeli vizsgáztatás bevett gyakorlatát.
A dolgozat végigköveti a szoftverrendszer megvalósításának minden releváns fázisát, a témabeli kutatómunkától kezdve, a szoftver alfa verziójának elkészültéig, s annak teszteléséig, különös hangsúlyt fektetve a legfontosabb algoritmusok implementációjának bemutatására.

DAGANATOS BETEGSÉGEK KEZELÉSÉT ELŐSEGÍTŐ MODELL-ALAPÚ OPTIMÁLIS SZABÁLYOZÁSI MÓDSZEREK KIDOLGOZÁSA

Czakó Bence Géza, konzulens: Prof. Dr. Kovács Levente Adalbert, Sájevicsné Dr. Sápi Johanna

Napjaink egyik vezető halálozási oka a rákos megbetegedés, melyben évente több mint egy millió ember hal meg világszerte. A betegek kezelése általában a konvencionális rákterápiás módszerekkel történik, melyek a kemoterápia, a sugárkezelés, valamint a műtéti beavatkozás, amik súlyos mellékhatásokkal járnak. A 20. század végén ugyanakkor megjelentek a célzott molekuláris terápiák, melyek a tumor hatásmechanizmusainak bizonyos részeit támadják, így kevesebb mellékhatással rendelkeznek, ugyanakkor drágábbak is, mint a hagyományos eljárások. Egy célzott molekuláris terápia, az antiangiogenikus terápia, mely blokkolja a tumor érképződését, ami a rákos sejtek halálozásához vezet, csökkentve a tumor térfogatát. A dolgozatom célja, hogy a tumornövekedés matamatikai modelljének segítségével egy optimális kezelési stratégiát hozzak létre, mely optimális a kezelés időtartama, valamint a használt gyógyszer költségének szempontjából. A munka tartalmazza a probléma biológiai hátterének feltárását, valamint a célzott molekuláris terápiák ismertetését. Ezek után bemutatásra kerül a használt matematikai modell, valamint az alkalmazott szabályozók elméleti háttere. Dolgozatomban mind klasszikus (PID), mind pedig modern szabályozási (MPC – modell prediktív irányítás) módszereket alkalmaztam. A szabályozókat elkészítése után összehasonlítom a működésüket, majd a dolgozat végén összefoglalom az elért eredményeket.

QUADCOPTER ROBUSZTUS FIXPONT TRANSZFORMÁCIÓ ALAPÚ NEMLINEÁRIS ADAPTÍV SZABÁLYOZÁSA

Czakó Bence Géza, konzulens: Dr. Kósi Krisztián

Napjainkban egyre nagyobb hangsúlyt kapnak a nemlineáris szabályozások a hétköznapi rendszerekben. A hagyományos nemlineáris módszerek alapja a Lyapunov függvényekkel végzett stabilitásvizsgálat, mely jelentősen megnehezíti ezeknek a módszereknek a használatát. Jelen TDK dolgozat célja bemutatni egy új megközelítést, a robusztus fixpont transzformáció alapú adaptív szabályozást, mely megoldást nyújthat a bonyolult tervezési problémákra. A TDK dolgozat célja, hogy egy quadcopter szabályozásának megtervezése által betekintést nyerhessen az érdeklődő ennek a módszernek a működésébe. A TDK dolgozatban először a quadcopterek matematikai modellje kerül bemutatásra az Euler Lagrange formalizmus alapján, majd betekintést ad az adaptív szabályozásokba, valamint felvázolja a variable structure/sliding mode technika működését. Ezen módszerek elméleti alapjainak segítségével bemutatja a robusztus fixpont transzformáció alapú adaptív szabályozást, melynek használatát a quadcopter modelljének felhasználásával készült szimulációval demonstrálja. A dolgozat végén található a szimulációs eredmények kiértékelése, valamint a munka során szerzett tapasztalatok összegzése.

 

SAMI 2017: IEEE 15th International Symposium on Applied Machine Intelligence and Informatics (Konferencia helye, ideje: Herlany, Szlovákia, 2017.01.26-2017.01.28.)

 

Development of Keyword-based Image Retrieval System in Automatically Annotated Image Database

András Placskó, Szabolcs Sergyán

The implemented system automatically capable of annotating images of a database based on samples. The system creates annotations to images with detection of the object belonging to the keyword. The set of keywords is pre-defined. After the user searching the first twelve relevant results will be showed. Due to the higher accuracy of the system, the user has to comment results then the system has to learn from the comment of the user.

Detection of Oesophagus Tissue Changes Using Image Processing

István Golarits, Máté István Tóth, Zoltán Vámossy

The computer-based cell and tissue analysis has always been an active area of healthcare informatics, but the popularity has greatly increased since the evolution of hardware. The process began about a decade ago, and since then it has become a key research area in medical informatics. Over the years various approaches were attempted by the developers, these are mostly based on the properties of the images, for example colors, shapes, contours and textures, and conclusions are drawn from these parameters. This topic gained popularity because medical imaging devices became more easily accessible, and they are able to produce far better quality images. The article describes a prototype system that may accelerate the detection of the signs of oesophagus adenocarcinoma, thus helping the task of pathologists and specialist in the field of diagnosis. The presence of Barrett Metaplasia greatly increases the risk of developing adenocarcinoma, therefore the developed software looks for the signs of this disease. In order to accomplish this goal, the developed image processing system evaluates tissue images produced by virtual microscopes.

Novel Method for Quadcopter Controlling Using Nonlinear Adaptive Control Based on Robust Fixed Point Transformation Phenomena

Bence G. Czakó, Krisztián Kósi

In the past few years quadcopters have become an integral part of life. There are many applications for these objects including entertaining purpose, agricultural monitoring, or gathering information from places what humans can not reach. An interesting problem is controlling these vehicles from remote locations in order to follow a desired trajectory. While many solutions exist to this task the vast majority of them heavily rely on linear control methods which are susceptible to parameter uncertainties or outer disturbances, which affect the tracking capability of the quadcopter adversely. In this paper a novel nonlinear approach, called Robust Fixed Point Transformation based adaptive control (RFPT) is presented which can provide remedy to the above mentioned disturbances.

E-assessment using image processing in ∞Exams

Ádám Tóth, István Vajda, Zoltán Vámossy

This paper features a software system called ∞Exams (InfinityExams) which supports (primarily in higher education) paper-based examination and makes it easier, more comfortable and speeds up the whole process while keeping every single positive attribute of it but also reducing the number of negative aspects.
The approach significantly differs from the ones used in the previous 10+ years which were implemented in such a way that they could not reproduce and replace the traditional paper-based examination model.
The heart of the article relies on the most important element of the software which is the image processing flow.

A model of heat exchange and accumulation in small-sized bioreactors during ethanol fermentation

Dániel Kiss

This paper presents a mathematical model of heat production, exchange and accumulation during ethanol generator at small-scaled fermentor tanks in home wineries or breweries. Heat generation is directly related to CO2 production rate, which serves as a time-dependent input parameter of the model, as well as the actual ambient temperature. Validation at pilot scale experiments showed good agreement with recorded temperature sensor data.

Application and Properties of the Radon Transform for Object Image Matching

Gábor Kertész, Sándor Szénási, Zoltán Vámossy

The Radon transform and the reverse formulas are mostly used in computer tomography to reconstruct the original shape. The projections of an image could be used in computer vision for object recognition, based on projection matching. By comparing the projections, an effective method could be defined. To understand the projection behavior the basic properties of the transform are inspected, and the results of several image transformations are analyzed.

 

2017. tavaszi TDK (2017. 04. 19.)

 

DAGANATOS BETEGSÉGEK KEZELÉSÉT ELŐSEGÍTŐ MODELL-ALAPÚ OPTIMÁLIS SZABÁLYOZÁSI MÓDSZEREK KIDOLGOZÁSA

Czakó Bence Géza, konzulensek: Prof. Dr. Kovács Levente Adalbert, Sájevicsné Dr. Sápi Johanna

Napjaink egyik vezető halálozási oka a rákos megbetegedés, melyben évente több mint egy millió ember hal meg az Európai Unióban. A betegek kezelése általában a konvencionális rákterápiás módszerekkel történik, melyek alacsony hatékonysággal, de súlyos mellékhatásokkal járnak. A 20. század végén ugyanakkor megjelentek a célzott molekuláris terápiák, melyek a tumor hatásmechanizmusainak bizonyos részeit támadják, így növelik a terápia hatékonyságát, kevesebb mellékhatással rendelkeznek, azonban drágábbak is a hagyományos eljárásokhoz képest. Egy célzott molekuláris terápia, az antiangiogenikus terápia, mely blokkolja a tumor érképződését, ami a rákos sejtek halálozásához vezet, csökkentve a tumor térfogatát. A dolgozatom célja, hogy az antiangiogenikus terápiát leíró matematikai modell segítségével egy optimális kezelési stratégiát hozzak létre, mely optimális a kezelés időtartama, valamint a használt gyógyszer költségének szempontjából. A munka tartalmazza a probléma biológiai hátterének feltárását, valamint a célzott molekuláris terápiák ismertetését.  Ezek után bemutatásra kerül a használt matematikai modell, valamint az alkalmazott szabályozók elméleti háttere. A munka elsősorban a Modell Prediktív Szabályozók (MPC) tématerületére fókuszál, ezen a területen több szabályozás összehasonlító elemzése történik az antiangiogén terápia tekintetéből, de az érdeklődő bepillantást nyerhet a klasszikus PID szabályozás, valamint a Robusztus Fixpont Transzformáció alapú nemlineáris adaptív módszer elméleti hátterébe és alkalmazásába is. Az alapkutatási feladat során elkészült szabályozók működése és részletes összehasonlításuk a munka végén található.

KITERJESZTETT VALÓSÁG TEREPASZTAL

Kecskés Ádám, Span Attila, konzulens: Dr. habil. Molnár András

Napjainkban a technológia ütemes fejlődésével az oktatási módszereink nem tartják az iramot megfelelő mértékben, pedig a tanulók igényei folyamatosan változnak. Egy valós idejű kiterjesztett valóság rendszer megvalósítását tűztük ki célunkként a Tudományos Diákköri Konferencia projektünk keretében, amelynek segítségével múzeumokban és iskolákban hatékonyan lehet szemléltetni több geográfiával kapcsolatos kísérletet (például gátszakadás, eső szimuláció). A rendszer egy domborzati felületet egészít ki rávetített színfokozatos domborzatábrázolási színekkel, képes véges időn belül lekövetni a domborzati felület változását, majd a megváltozott domborzathoz illő színfokozatos képet rávetíteni. A domborzat feltérképezését egy Kinect mélységi szenzorjával valósítjuk meg, a színfokozatos domborzatábrázolási képet egy projektorral vetítjük rá a domborzatra. Az eszközök egy elérhető árkategóriájú számítógéphez lesznek csatlakoztatva. Már létezik megfelelően működő, bárki által elérhető, jól dokumentált megoldás, de a magas erőforrásigény miatt nem minden létesítmény engedheti meg magának a megfelelő hardvereket a megvalósításhoz, valamint csak Linux alapú rendszereket támogat. Projektünk célja egy olyan rendszer implementálása, mely megfizethetőbb, Windows alapú rendszeren futtatható, ezért szélesebb körökben elérhető.