Vesmírný výzkum

Výzkumná skupina se zaměřuje na následující oblasti kosmického výzkumu:

• Zpracování obrazů

• Analýza obrazů

• Software pro řízení snímacích systémů

• Plánování experimentů

• Návrh systémů pro snímání obrazů

PeTato vědecká skupina se zabývá především aplikovaným výzkumem v oblasti numerických metod analýzy digitálních obrazů. Zásadní pro práci skupiny je dlouhodobá spolupráce (od roku 2007) s týmem prof. Shadii Habbal z Institute for Astronomy, University of Hawaii, která je vůdčí osobností v oblasti výzkumu sluneční koróny.

Úkolem týmu matematiků z Ústavu matematiky FSI VUT v Brně je nejenom matematické zpracování experimentálních dat, což jsou obrazy sluneční koróny získané kosmickými sondami SDO (NASA,Solar Dynamics Observatory), SOHO (NASA, ESA Solar and Heliospheric Observatory), STEREO (NASA, Solar Terrestrial Relations Observatory) a Solar Orbiter (ESA, NASA), ale i získávání a zpracování dat získaných během úplných zatmění Slunce.

Společně s havajskou univerzitou vzniklo více než 50 vědeckých publikací, z nichž některé obsahují významné objevy v oblasti sluneční fyziky, jako například objev do té doby neznámých struktur ve sluneční koróně způsobených různými nestabilitami plazmatu, nalezení hranice mezi kolizním a bezkolizním plazmatem, zjištění, že koronální dutiny nad protuberancemi jsou vyplněný horkým plazmatem, a vytvoření první teplotní mapy sluneční koróny založené na pozorování iontů Fe a Ni. U všech uvedených objevů hrály zásadní roli nově vyvinuté matematické metody zpracování a analýzy obrazů.

Vedoucí postavení ve světě získal tým v oblasti výzkumu zakázaných čar Fe a Ni ve sluneční koróně ve viditelné a blízké infračervené části spektra během úplných zatmění Slunce. Numerické metody NAFE (Noise Adaptive Fuzzy Equalization, Druckmüller) a MGN (Multi-Scale Gaussian Normalization, Morgan, Druckmüller) se staly dnes již standardními metodami pro vizualizaci obrazů pořízených kosmickou sondou SDO v EUV oblasti spektra.

Novou oblastí, o kterou rozšířil tým svůj výzkum, je analýza pohybů a změn v digitálních obrazech. Prvním již publikovaným výsledkem je určení diferenciální rotace Slunce na základě obrazů z detektoru HMI kosmické sondy SDO s časovým krokem 45 s. To bylo umožněno vyvinutím nové vysoce přesné modifikace metody fázové korelace.

Více informací:
http://www.zam.fme.vutbr.cz/~druck/Eclipse/index.htm
http://www.zam.fme.vutbr.cz/~druck/SDO/Pm-nafe/Archive.htm

Personální složení:
Miloslav Druckmüller (vedoucí), Pavel Štarha, Jana Hoderová, Hana Druckmüllerová, Pavel Mikuláček

Analýza obrazových a prostorových dat

Náš výzkumný tým aktivně zkoumá a implementuje standardní metody zpracování obrazu, jako je filtrace a segmentace, s důrazem na optimalizaci výkonu a přesnosti. V oblasti filtrace se zaměřujeme na klasické techniky a zkoumáme jejich aplikace v odstranění šumu a zlepšení kvality obrazu. Segmentace je další důležitou oblastí našeho zájmu, kde využíváme metody jako jsou prahování, morfologické operace a hranové detektory k identifikaci a oddělení jednotlivých objektů či struktur v obraze.

Kromě tradičních metod zkoumá náš výzkumný tým ve spolupráci s AI vědeckou skupinou také využití metod umělé inteligence pro analýzu obrazu. Využíváme hlubokého učení a neuronových sítí k posílení schopností našich systémů, zejména v oblastech jako je detekce objektů, sémantická segmentace a klasifikace obrazů. Tím, že kombinujeme klasické techniky s mocí neuronových sítí, se snažíme vyvinout robustnější a adaptivnější řešení, která dokážou zpracovávat rozmanitá vizuální data s větší přesností a efektivitou. Tento hybridní přístup nám umožňuje využít sílu jak tradičních metod zpracování obrazu, tak moderních technik hlubokého učení.

Náš vědecký tým se také specializuje na rozvoj pokročilých metod zpracování 3D dat z různých zdrojů, jako jsou 3D skenery, lidary, rentgeny. Pro detekci objektů a struktur v 3D datech používáme algoritmy založené na hranových detektorech, segmentaci doplňujícího obrazu a rozpoznávání vzorů, které umožňují identifikaci a extrakci klíčových prvků z prostorových dat. Tyto metody nám umožňují analyzovat a vizualizovat 3D scény s vysokou přesností, což má široké uplatnění v různých oborech od průmyslu až po vědecký výzkum.

Témata: Vývoj a aplikace numerických metod a metod umělé inteligence pro zpracování a analýzy obrazových 2D a 3D dat z optických, elektronových a tunelovacích mikroskopů, počítačové tomografie, 3D skenerů a LIDARů.

Spolupráce: Veterinární univerzita Brno, Continental Automotive Czech Republic s.r.o., Univerzita obrany

Personální složení:
Pavel Štarha (vedoucí), Jana Procházková, Pavel Loučka

Umělá Inteligence

Výzkumná skupina se zaměřuje na různé oblasti umělé inteligence, včetně:

• Strojového učení

• Počítačového vidění

• Zpracování přirozeného jazyka

• Robotiky

• Expertních systémů

• Teorie her

• Autonomních systémů

• Vysvětlitelnosti

• Optimalizace

Skupina také porovnává tyto metody se statistickými přístupy v konkrétních aplikacích pro optimalizaci řízení a výpočtů. Vzhledem k působení skupiny na Ústavu matematiky FSI se řešené problémy týkají především strojírenství. Členové spolupracují s dalšími ústavy na fakultě a se soukromým sektorem s cílem aplikovat své metody v praxi.

Členové skupiny se podílejí na národních projektech (GAČR a TAČR) a mezinárodních projektech (COST). Své výsledky publikují v odborných časopisech a prezentují je na konferencích. Rovněž přispívají k rozvoji akademického života organizováním seminářů a konferencí, působením v redakčních radách odborných časopisů a vedením bakalářských a magisterských studentů.

Možnost spolupráce:

Skupina je otevřena spolupráci ve všech zmíněných oblastech a také při řešení nových výzev v oblasti umělé inteligence. Členové skupiny jsou schopni flexibilně reagovat na potřeby výzkumu a trhu. Jsou silně otevřeni spolupráci s odborníky v uvedených polích, ať už na Fakultě strojního inženýrství, na jiných fakultách či vysokých školách v České republice nebo v zahraničí. Protože je skupina známá svými praktickými aplikacemi, vítá zejména možnost spolupráce se společnostmi a soukromým sektorem, kde lze základní výzkum transformovat na aplikovaný výzkum s praktickým využitím. V současnosti skupina spolupracuje například s Ústavem informatiky a automatizace FSI, s Univerzitou obrany či společností ARICOMA.

Skupina dále nabízí spolupráci na studentských závěrečných pracích, které pokrývají celé spektrum od základního výzkumu přes aplikovaný výzkum až po prototypování do praxe. Témata těchto prací jsou buď přímo navázána na probíhající výzkum, nebo jsou realizována ve spolupráci se soukromým sektorem.

Personální složení:
Petr Vašík (vedoucí), Pavel Štarha, Jana Procházková, Jitka Zatočilová, Tomáš Kisela, Pavla Sehnalová, Pavel Hrabec, Hana Druckmüllerová, Ivan Eryganov, Matej Benko, Pavel Loučka, Pavel Mikuláček, Roman Byrtus, Anna Derevianko