Dielacher Lena
Bilddatenerfassung, Mechanischer Aufbau und 3D-Rekonstruktion
"If debugging is the art of removing bugs, then I am the next Picasso."
Deutsch Die Computertomographie ist ein unverzichtbares diagnostisches Verfahren und ein wesentlicher Bestandteil der modernen Medizin, das in allen großen Gesundheitseinrichtungen zum Einsatz kommt. Da CT-Geräte jedoch mit ionisierender Röntgenstrahlung arbeiten, ist ihr Einsatz im schulischen Umfeld aus Sicherheitsgründen nicht möglich. Um die Prinzipien der Computertomographie dennoch anschaulich und verständlich zu vermitteln, wird ein Demonstrationsgerät entwickelt. Dieses Gerät nutzt eine Lichtquelle, um semitransparente Objekte zu durchleuchten, während eine strategisch platzierte Kamera Bilder aus verschiedenen Winkeln auf einer speziell angepassten Projektionsfläche aufnimmt. Auf Basis dieser Bilder wird ein detailliertes 3D-Modell des Objekts rekonstruiert. Die Steuerung von Drehteller und Bildaufnahme erfolgt über eine benutzerfreundliche, intuitive Oberfläche, die nicht nur eine einfache Bedienung ermöglicht, sondern auch die Funktionsweise der Computertomographie eindrucksvoll visualisiert.
English Computed tomography is an indispensable diagnostic tool and an essential component of modern medicine, widely used in all major healthcare facilities. However, because CT machines use ionizing X-ray radiation, their use in school environments is not possible for safety reasons. To illustrate and explain the principles of computed tomography in an understandable way, a demonstration device is being developed. This device uses a light source to illuminate semi-transparent objects, while a strategically placed camera captures images from various angles on a specially adapted projection surface. Based on these images, a detailed 3D model of the object is reconstructed. The rotation platform and image capture are controlled through a user-friendly interface, making it easy to use while clearly showing how computed tomography works.
Die Systemstruktur dieser Diplomarbeit veranschaulicht das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. Im Mittelpunkt steht die Beleuchtung eines auf einem Drehteller positionierten Objekts mittels einer Lichtquelle mit angepasster Lichtstreuung. Der Drehteller kann in den gewünschten Winkelschritten auf zwei Arten rotiert werden: entweder über eine serielle Schnittstelle mittels Matlab oder über ein im Gehäuse des Drehtellers integriertes Arduino-System. Auf der gegenüberliegenden Seite des Drehtellers befindet sich eine Projektionsfläche, auf jene durch die Lichtquelle Schattenbilder des Objekts projiziert werden. Diese Schattenbilder werden von einer Kamera aufgenommen, welche sich hinter der Projektionsfläche befindet. Die Kamera wird ebenfalls über Matlab angesteuert, sodass Bildaufnahmen in verschiedenen Winkelschritten von 0 bis 180° erstellt werden können. Die aufgenommenen Bilddatensätze werden anschließend in Matlab verarbeitet, um eine 3D-Rekonstruktion des Objekts zu erstellen. Die resultierenden Daten werden schließlich auf einer Oberfläche übersichtlich und leicht zugänglich dargestellt.
Für die Realisierung und Ansteuerung dieses Projekts wird MatLab verwendet.
MatLab ist eine Programmiersprache und -plattform, welche vor allem
für die Bildverarbeitung verwendet wird. Sie bietet eine Reihe von integrierten
Funktionen und Tools für die Bilderfassung, -analyse, -visualisierung und
Algorithmenentwicklung.
Für die Ansteuerung des Drehtellers wird zusätzlich Visual Studio verwendet.
Visual Studio ist eine leistungsstarke IDE von Microsoft, die zahlreiche Programmiersprachen
unterstützt und Tools für Debugging, Code-Analyse und plattformübergreifende Entwicklung bietet.