Aphelion Imaging Software Suite es un paquete de software que incluye tres productos básicos: Aphelion Lab, Aphelion Dev y Aphelion SDK para aplicaciones de procesamiento y análisis de imágenes . El paquete también incluye un conjunto de programas de extensión para implementar aplicaciones verticales específicas que se benefician de las técnicas de procesamiento de imágenes.
Los productos de software Aphelion se pueden utilizar para crear prototipos e implementar aplicaciones, o se pueden integrar, total o parcialmente, en el sistema de un usuario como bibliotecas de procesamiento y visualización cuyos componentes están disponibles como DLL o componentes .Net .
El desarrollo de Aphelion comenzó en 1995 como un proyecto conjunto de una empresa francesa, ADCIS SA, [2] y una empresa estadounidense, Amerinex Applied Imaging, Inc. (AAI) [3] Las funciones de procesamiento y análisis de imágenes de Aphelion se realizaron a partir de operadores disponibles en el software KBVision desarrollado y vendido por el predecesor de Amerinex, Amerinex Artificial Intelligence Inc. En la década de 1990, la biblioteca de software XLim [4] se desarrolló en el Centro de Morfología Matemática de Mines ParisTech , y ambas empresas llevaron a cabo sus tareas de desarrollo.
La primera versión de Aphelion se completó y lanzó en abril de 1996. Se lanzaron versiones sucesivas antes del primer lanzamiento estable oficial en diciembre de 1996 en la conferencia Photonics East en Boston y la feria Solutions Vision en París en enero de 1997, donde en esta última compitió con la caja de herramientas de imágenes CVB [5] de Stemmer Imaging .
En 1998 se lanzó la versión 2.3 de Aphelion para Windows 98 [6] , y su base de usuarios fue creciendo tanto en Francia como en los Estados Unidos. La versión 3.0, totalmente reescrita para aprovechar la tecnología ActiveX [7] de Microsoft , entonces reciente , se lanzó oficialmente en 2000. También estuvo disponible como una versión « Developer », para la creación rápida de prototipos de aplicaciones utilizando su intuitiva interfaz gráfica de usuario y la capacidad de grabación de macros, y una versión « Core », que incluía la biblioteca completa como un conjunto de componentes ActiveX para ser utilizados por desarrolladores de software , integradores y fabricantes de equipos originales ( OEM ). [8]
En 2001, cuando AAI centró su atención en la seguridad , ADCIS tomó la iniciativa en el desarrollo de Aphelion. AAI se centró en los escáneres de ondas milimétricas para la detección de armas ocultas en los aeropuertos y, finalmente, se fusionó con Millimetrics para convertirse en Millivision. [9]
En 2004, ADCIS especificó la versión 4.0 de Aphelion. El conjunto de funciones de procesamiento/análisis de imágenes fue reescrito una vez más para ser compatible con la tecnología .NET [10] y la aparición de PC con arquitectura de 64 bits . Además, la GUI fue rediseñada para abordar dos tipos de uso: un uso semiautomático donde el usuario es guiado a través de los diferentes pasos de las funciones, y un uso completamente automático donde el usuario experto puede invocar rápidamente funciones de imágenes. Su primer lanzamiento fue presentado en la exposición IPOT en Birmingham , Reino Unido el mismo año. Durante el Vision Show en París en octubre de 2008, se lanzó el nuevo producto Aphelion Lab para usuarios que no son especialistas en procesamiento de imágenes. [11] [12] Es más fácil de usar y solo incluye menos funciones de procesamiento de imágenes. Luego se incluyó en Aphelion Image Processing Suite, que consta de Aphelion Dev (reemplazando a Aphelion Developer), Aphelion Lab, Aphelion SDK (reemplazando a Aphelion Core) y un conjunto de extensiones.
Actualmente, ADCIS sigue trabajando en la suite y continuamente se publican versiones actualizadas con nuevas extensiones y funcionalidades en los sitios web de ambas compañías. En 2015, se agregó compatibilidad con imágenes muy grandes e imágenes de microscopio de barrido [13] (portaobjetos virtuales compuestos en una imagen JPEG 2000 muy grande ) para imágenes de alto rendimiento, y también se agregaron nuevas extensiones específicas. A fines de 2015, ADCIS anunció el puerto de Aphelion para tabletas y teléfonos inteligentes , para aplicaciones verticales . [14]
El nombre "Aphelion" proviene del término astronómico del mismo nombre, que significa el punto de un planeta que gira alrededor del Sol donde se encuentra más alejado de él, aplicando el término en un sentido metafórico [ cita requerida ] . Unix fue el sistema operativo utilizado en las estaciones de trabajo científicas en la década de 1990, como en las estaciones de trabajo fabricadas por el líder del mercado Sun Microsystems , de las que la suite de Windows Aphelion estaba bastante alejada.
Aphelion es un paquete de software [15] que se utiliza para el procesamiento y análisis de imágenes. Admite imágenes 2D y 3D , monocromáticas, en color y multibanda. Fue desarrollado por ADCIS , una empresa de software francesa ubicada en Saint-Contest , Calvados , Normandía . [16]
Aphelion se utiliza ampliamente en la comunidad científica/industrial para resolver aplicaciones de imágenes básicas y complejas. En primer lugar, la aplicación de imágenes se desarrolla rápidamente a partir de la interfaz gráfica de usuario, lo que implica un conjunto de funciones que se pueden registrar automáticamente en un comando macro. Los lenguajes macro disponibles en Aphelion (es decir, BasicScript, Python y C#) ayudan a procesar lotes de imágenes y solicitan al usuario, si es necesario, parámetros específicos que se aplican a las funciones de imágenes. Todas las funciones de procesamiento de imágenes de Aphelion están escritas en C++ y la interfaz de usuario de Aphelion está escrita en C#. Las funciones de C++ se pueden llamar desde el lenguaje C# gracias al uso de envoltorios dedicados . [17]
El principio fundamental del procesamiento de imágenes es procesar automáticamente los píxeles de una imagen digital , luego extraer uno o más objetos de interés (es decir, células en el campo de la biología, inclusiones en el campo de la ciencia de los materiales) y calcular una o más mediciones sobre esos objetos para cuantificar la imagen y generar un veredicto (buena imagen, imagen con defectos, células cancerosas). En otras palabras, a partir de una imagen, los píxeles son procesados por un conjunto de funciones u operadores sucesivos hasta que solo se calculan las mediciones y se utilizan como entrada de un sistema de terceros o un software de clasificación que clasificará los objetos de interés que se han extraído durante el proceso de obtención de imágenes.
Un sistema de adquisición como una cámara digital , una cámara de vídeo , un microscopio óptico o electrónico , un escáner médico o un teléfono inteligente se puede utilizar para capturar imágenes. El conjunto de valores o píxeles se puede procesar como una imagen 1D (señal 1D), una imagen 2D (matriz de valores de píxeles correspondientes a una imagen monocromática o en color ) o una imagen 3D mostrada utilizando renderizado de volumen (matriz de vóxeles en el espacio 3D) o mostrando superficies mediante renderizado 3D . Una imagen en color 2D está formada por 3 píxeles de valor (normalmente información de rojo, verde y azul u otro espacio de color ), y una imagen 3D está formada por datos monocromáticos, en color ( a menudo se utilizan colores indexados ), multiespectrales o hiperespectrales . Cuando se trata de vídeos, se añade una banda adicional correspondiente a la información temporal .
La suite de software Aphelion incluye tres productos básicos y un conjunto de extensiones opcionales para aplicaciones específicas:
Se puede añadir un conjunto de extensiones opcionales al producto «Aphelion Dev», según la aplicación. [22] Se puede ejecutar una versión de evaluación de Aphelion en un PC durante 30 días. [23] Hay disponible una versión permanente de Aphelion basada en una licencia perpetua. Las actualizaciones están disponibles a través de un contrato de mantenimiento basado en una tarifa anual. El soporte técnico lo proporcionan los ingenieros que están desarrollando el producto. [24]
El objetivo del procesamiento de imágenes suele ser extraer objetos de interés de una imagen y luego clasificarlos en función de algunas características, como forma, densidad, posición, etc. Con Aphelion, este objetivo se logra realizando las siguientes tareas:
El paquete de software de imágenes Aphelion es utilizado por estudiantes, investigadores, ingenieros y desarrolladores de software en muchos dominios de aplicación que involucran procesamiento de imágenes y visión artificial, [25] [26] tales como:
Aphelion SDK se ha utilizado en el campo de la videovigilancia con múltiples cámaras. Se ha desarrollado una aplicación para monitorizar un metro en una ciudad capital (pasillos, plataformas, etc.). [27] Se ha desarrollado otra aplicación para contar el número de personas que entran o salen de una habitación. Aphelion también se puede utilizar para monitorizar el tráfico en las carreteras y analizar las trayectorias de los objetos en movimiento. [28] En los campos de la robótica y la visión artificial, el software se puede utilizar para detectar objetos estáticos y en movimiento, como vehículos y objetivos en movimiento. [29] Aphelion se ha utilizado en dispositivos portátiles para leer matrículas de coches . [30] ADCIS también ha utilizado el Aphelion SDK para realizar reconstrucciones 3D de formas 2D y estimar el peso y el volumen del objeto 3D. [31]
Aphelion se utiliza para detectar automáticamente carreteras , edificios y campos agrícolas en imágenes satelitales . El software también se puede utilizar para analizar la superficie del Sol. [28] Las imágenes satelitales suelen ser imágenes multibanda y contienen información que el ojo humano no puede ver. Además, suelen estar digitalizadas en más de 8 bits. En aplicaciones de teledetección, se utilizan habitualmente imágenes hiperespectrales (infrarrojas y ultravioleta). Ayudan a extraer algunas áreas de contraste específicas en longitudes de onda conocidas.
En el campo del control de calidad para la industria, ADCIS ha desarrollado un producto de software de medición específico para analizar placas de circuitos impresos en el campo de la electrónica . [6] Aphelion también se ha utilizado para analizar y leer documentos, así como para detectar defectos en documentos impresos . [28] En el campo de la cosmética , Aphelion se ha utilizado para analizar el desgaste del esmalte de uñas y para realizar un control de calidad de la crema facial . [32] El software también se puede utilizar para comparar imágenes a lo largo del tiempo (antes y después) y para medir objetivamente la eficacia de una crema antiarrugas. ADCIS ha desarrollado otras aplicaciones de control de calidad , como la clasificación automática de granos argénticos en películas. En el campo de la óptica, ADCIS participó en dos proyectos, uno para desarrollar una técnica innovadora para cortar lentes para gafas y otro para modelar lentes de contacto esclerales rígidas en el espacio 3D y luego fresarlas. Estas lentes de contacto son usadas por pacientes que tienen lesiones graves en el ojo (explosión, trozo de vidrio, etc.). Este último proyecto es un proyecto conjunto entre EyePrint Prosthetics y ADCIS . [33]
En el campo de la metalurgia , los componentes Aphelion ActiveX [34] se han utilizado para realizar metalografía junto con microscopios electrónicos ( SEM ) y microsonda ( EDS ) para cuantificar y analizar inclusiones en acero . [35] [36] La dispersión de carbono en un paso de la producción de fuentes también se ha analizado utilizando técnicas de procesamiento de imágenes. [37]
Durante el proceso de recubrimiento de superficies y difusión de elementos metálicos (cromo-alúmina), se ha establecido un vínculo entre la forma de los elementos analizados en imágenes SEM y las restricciones generadas por estas partículas (observadas por difracción de rayos X ). [38] Con base en los estándares ASTM , se ha implementado un conjunto de herramientas específicas en el producto de software Aphelion para detectar y luego analizar los límites de grano . [39] [40] Se ha trabajado en el campo de la tomografía electrónica para agregar un complemento de herramientas de alineación de imágenes y reconstrucción 3D utilizando imágenes TEM . [41]
El análisis de imágenes también ayuda a estudiar polímeros compuestos reforzados con fibra de vidrio , y a medir el impacto del tamaño de los microhilos utilizados para unir fibras blandas en dirección perpendicular. [42] El tamaño de los hilos puede modificar la distribución de la matriz utilizada para combinar este material . El estudio de la distribución de elementos metálicos en materiales compuestos y aleaciones, como AlSiC, se realiza habitualmente mediante granulometría que implica el procesamiento y análisis de imágenes. [43] La porosidad de materiales macromoleculares como el xerogel se estudia a veces utilizando microtomografía 3D y de rayos X. [44]
El software Aphelion se ha utilizado en el campo de la ingeniería química para estudiar mezclas de agua procedentes de dos fuentes diferentes en un reactor continuo de tanque agitado . [45] En primer lugar, se ha establecido una correlación entre la intensidad de la luz de un plano láser PLIF descrito como valores de nivel de gris y las concentraciones que pasan por ese plano. A continuación, se utilizó la correlación para cuantificar las evoluciones de la concentración mediante el procesamiento de imágenes.
En el campo del tratamiento de aguas industriales y tratamiento de aguas residuales , Aphelion ayuda a procesar imágenes de microtomografía de rayos X de lodos de depuradora . [46] Cada sección se procesa como una imagen 2D, luego se aplica un umbral binario para discriminar entre el aire y el material húmedo, y finalmente se realiza una reconstrucción 3D para rastrear la evolución del volumen de grietas durante el proceso de secado . Este último proceso es importante para tratar lodos de depuradora que se enviarán a vertederos , se incinerarán o se aplicarán en tierras agrícolas. El análisis automático ayudó a rastrear la evolución de las grietas dependiendo del origen de los diferentes lodos. El procesamiento de imágenes implicó una ecualización de histograma seguida de un umbral de Otsu . Aphelion también se ha utilizado en el campo de la microtomografía de rayos X para realizar análisis estadísticos de espumas (número de caras de burbujas, tamaño promedio de las burbujas, etc.). [47]
El conjunto completo de funciones de Aphelion se utiliza para analizar imágenes provenientes de un microscopio óptico y una cámara montada en la parte superior del microscopio. El software también controla la platina automatizada montada en el microscopio en las direcciones X, Y y Z. Z se utiliza para cambiar el enfoque . Las mediciones basadas en el análisis de forma (área de superficie, perímetro, volumen, elongación, compacidad, etc.) y análisis de textura (por ejemplo, homogeneidad, intensidad promedio, momentos [48] ) son calculadas automáticamente por Aphelion y mostradas en la interfaz de usuario en una hoja de cálculo en la que se puede realizar un análisis estadístico como proporciones de superficie [49] . Los informes de análisis también se pueden generar en la interfaz de usuario y luego guardar en carpetas específicas. Los microscopios que utilizan luz reflejada también se pueden utilizar para el análisis. Por ejemplo, un software específico basado en los componentes ActiveX de Aphelion [34] es capaz de medir los efectos del agente inhibidor en la reabsorción de células dentinarias . [50]
En el campo de la citopatología , ADCIS desarrolló un conjunto de productos de software como un software específico para analizar la composición de la sangre, contar y clasificar los glóbulos rojos, [6] y otro software para clasificar automáticamente las células cancerosas utilizando una clasificación basada en múltiples redes neuronales. [51] [52] Las imágenes se adquieren primero mediante una cámara de vídeo montada en un microscopio óptico automatizado. Luego, Aphelion las procesa automáticamente y el citoplasma y los núcleos se segmentan utilizando un algoritmo de cuenca hidrográfica . Aphelion también se ha utilizado para estudiar la vascularización tumoral en imágenes de baja resolución utilizando un escáner de portaobjetos (mucho más barato que un microscopio de barrido). [53] El software que se desarrolló ayudó a la detección de células marcadas inmunológicamente . [28] El análisis de imágenes también se utiliza en histología para estudiar la angiogénesis en 2D y 3D en imágenes de microscopía [54] para medir los efectos del impacto de los inhibidores y aceleradores en el crecimiento de los vasos sanguíneos .
ADCIS desarrolló un asistente de clasificación de cromosomas en el campo de la citogenética para detectar automáticamente los telómeros y emparejar cromosomas . [6] Ploidics, un producto de software para cuantificar la ploidía del ADN en función de la densidad óptica , se desarrolló para un cliente y se lanzó como un producto listo para usar. [55] Aphelion también se puede utilizar para analizar la electroforesis en gel . [6]
En el campo de la dermatología , los usuarios de Aphelion desarrollaron un método para cuantificar las células heridas . [56]
Aphelion y los productos de software basados en Aphelion han sido ampliamente utilizados en el campo de la oftalmología . El primer producto que se lanzó fue capaz de detectar lesiones en imágenes de fondo de ojo en color de pacientes con degeneración macular relacionada con la edad o determinar automáticamente un grado de retinopatía diabética . [57] [58] Se han desarrollado otros productos de software para patologías oftalmológicas como ReVA para la medición del volumen 3D del desprendimiento del epitelio pigmentario, ARIES para estudiar imágenes confocales de la córnea en los espacios 2D y 3D, [59] ISOS para cuantificar la hiperemia conjuntival en la superficie ocular y LWE para estudiar el síndrome del ojo seco observando las lágrimas presentes en el epitelio del limpiaparabrisas del párpado. [60]
En el campo de la farmacología , ADCIS utilizó las bibliotecas Aphelion SDK para desarrollar un producto de software específico para encontrar nuevas moléculas que inhiban la mitosis en imágenes de microscopía de epifluorescencia . [61]
ADCIS y Robert Van't Hof han desarrollado un desarrollo conjunto en el campo de aplicación de la radiología para estudiar imágenes de osteoporosis del hueso y cuantificar las porosidades. [62] ADCIS también utilizó el método de tomografía ( ART ) para realizar una reconstrucción 3D desde múltiples puntos de vista midiendo la absorción de fondo (por ejemplo, tomografía computarizada de haz cónico ).
Algunos usuarios de investigación de Aphelion utilizaron el software en el campo de la biología para cuantificar automáticamente la maduración de los bueyes . Desarrollaron técnicas de segmentación aplicadas a imágenes de vértebras , incluidas las conversiones del espacio de color ( CIE L*a*b* y Tono, Saturación e Intensidad) para detectar los bordes de los huesos y el cartílago . [63] El procesamiento de imágenes también se puede utilizar para contar células. Esta técnica se aplicó al observar placas de Petri en microbiología . [28]
En agricultura y botánica , el producto de software Aphelion ayuda a estudiar las propiedades a escala macroscópica de las hojas. [64] El algoritmo incluye una segmentación de las hojas en relación con el fondo, y luego calcula un conjunto de mediciones y realiza un análisis estadístico y luego una clasificación. El objetivo final de la aplicación era encontrar una correlación entre los parámetros fisiológicos de los árboles frutales y la observación visual de las hojas.
En la industria alimentaria , Aphelion se puede utilizar para medir el tamaño promedio del grano o para calcular la relación de superficie de las pulpas en los tomates . [65]
En el campo de la geología, los científicos basaron su trabajo de investigación en Aphelion para realizar un análisis estadístico para determinar la relación entre el tamaño y la forma de los restos de roca presentes en las morrenas , y el valor de la pendiente máxima que no causará desprendimientos de rocas . [66] [67] Los parámetros morfológicos calculados por Aphelion son más fáciles de calcular y menos costosos de generar que los habituales. Las imágenes, provenientes de macrofotografías de rocas metamórficas, ayudaron a estudiar la distribución de los cristales de granate en los Alpes . [68]
En ingeniería geotérmica , Aphelion se utilizó en el proyecto del yacimiento de Soultz-sous-Forêts en Alsacia , Francia. Se utilizó para estudiar la distribución de granos de cuarzo en un taladro (granulometría). [69] Las redes de grietas también se han estudiado utilizando técnicas térmicas, hidráulicas y mecánicas. [70]
El procesamiento y análisis de imágenes es una disciplina científica , al igual que la estadística y la teoría de conjuntos. Los investigadores dedican tiempo a encontrar nuevos algoritmos, nuevas funciones ( contraste adaptativo , nueva definición del espacio de color, etc.) o incluso técnicas más nuevas, como el aprendizaje profundo . Existe una conexión muy estrecha entre el procesamiento y la clasificación de imágenes ( aprendizaje automático ), que forma parte del campo de la inteligencia artificial .
Aphelion se puede utilizar para desarrollar nuevos operadores de procesamiento de imágenes que se insertan fácilmente en la interfaz gráfica de usuario. Una vez que el operador está disponible en la GUI , se puede probar, se pueden modificar los parámetros asociados e incluso se puede llamar desde un macrocomando para probarlo en un algoritmo o en un lote completo de imágenes.
De vez en cuando se añaden nuevos operadores en función de las peticiones de los clientes y de las nuevas técnicas que se desarrollan en los laboratorios de investigación. Por ejemplo, los trabajos de Hanbury y Serra sobre espacios de color en los que el tono se representa como un ángulo (Hue Saturation Value, Hue Saturation Lightness, Hue Saturation Brightness o Hue Saturation Intensity) proponen un nuevo espacio de color, IHSL, derivado de HSL (Hue, Saturation, Lightness). [71] Gervais Gauthier, de ADCIS , dio una charla en la que mostró el beneficio de una representación vectorial de objetos y cadenas en el procesamiento de imágenes. [72]
Los temas de trabajo o investigación como la optimización de programas , la computación paralela con subprocesos, la computación distribuida ( clusters o grillas de computadoras y tarjetas de video ), GPGPU o el uso de nuevos conjuntos de instrucciones de procesador , evolucionan de acuerdo con los avances de hardware que se producen regularmente. El rendimiento de las computadoras aumenta constantemente, cambiando la definición de cálculos en tiempo real alcanzables . Los rendimientos de Aphelion a veces se utilizan como referencia para comparar optimizaciones. [73]
Todos los productos de Aphelion Imaging Software Suite pueden ejecutarse en PC equipados con Windows ( Vista , 7 , 8 , 8.1, [13] o 10 ) de 32 o 64 bits. [74] Una ayuda en línea [75] y tutoriales en video están disponibles para el usuario. [76]
A continuación se muestra una lista de extensiones opcionales de Aphelion: [19] [77]
El usuario de Aphelion puede añadir sus propios macrocomandos en la interfaz de usuario [19] que se han grabado automáticamente para procesar un lote de imágenes. También puede añadir complementos y bibliotecas en la interfaz gráfica de usuario que se han desarrollado fuera del entorno de Aphelion. [79]
Es posible descargar una versión de prueba de Aphelion desde la web.
Se realizó un acoplamiento entre un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (JEOL, JSM-6500F), un espectrómetro de energía dispersiva (EDS) (PGT, detector SDD SAHARA) y un software de análisis de imágenes (APHELION).
[...] solución completa de alineación de proyecciones y reconstrucción tomográfica 3D desarrollada e integrada en la plataforma Aphelion.
[[...] se desarrolló e integró en Aphelion un complemento completo de alineación de proyección y reconstrucción 3D.]
Sin embargo, se pueden definir después de simples transformaciones morfológicas en las imágenes digitalizadas de la microestructura: se realiza un cierre en la fase fibrosa del hilo mediante el uso del software Aphelion.
Se desarrollaron programas específicos utilizando el software Aphelion 3.2f (Adcis SA) y Matlab, con la caja de herramientas de análisis de imágenes versión 6.0 de Mathworks (Natick, MA).
El nivel de expresión de la proteína de choque térmico se estimó mediante análisis de imágenes (software Aphelion).
La relación entre la superficie de tinción de bisbenzimida y la superficie de inmunotinción específica se midió utilizando el software Aphelion 3.2 de Adcis (Herouville Saint Clair, Francia).
El área reabsorbida se cuantificó mediante análisis de imágenes utilizando un software personalizado desarrollado utilizando objetos Aphelion ActiveX (ADCIS).
Una rutina de tratamiento de imágenes, desarrollada en el entorno de la lógica de la caja de herramientas Aphelion (ADCIS), permite realizar una apreciación objetiva del grado de vascularización medio y máximo del tumor.
Un macrocomando de análisis de imágenes, desarrollado en el software Toolbox Aphelion (ADCIS), permite apreciar objetivamente los grados medio y máximo de vascularización tumoral.
Los software utilizados para realizar este trabajo son los siguientes: (a) APHELION v.3.2 para el tratamiento de imágenes 2D, la reconstrucción 3D y las medidas 2D y 3D, [...]
[Los software utilizados para realizar este trabajo son: (a) APHELION v.3.2 para análisis de imágenes 2D, reconstrucción 3D y mediciones 2D y 3D, [...]]
El porcentaje del área de la herida se midió utilizando el software de procesamiento y análisis de imágenes Aphelion Dev desarrollado por ADCIS SA
Para el análisis de imágenes se utilizó el paquete de software Aphelion fabricado por Adcis SA y AAI Inc.
Las distribuciones de granate 2D y las formas de granate se determinaron utilizando el programa de análisis de imágenes Aphelion.
El software ya utilizado por el autor que implementa modelos de color con forma cilíndrica incluye: Matlab versión 12.1, Aphelion 3.0, Optimas 6.1 y Paint Shop Pro 7.
