Yapay zekadan makale özeti
- Kısa
- Ayrıntılı
- Bu video, ODTÜ'de çalışan ve NASA ile işbirliği yapan bir elektrik mühendisi tarafından yapılan bilimsel bir akademik sunumdur. Konuşmacı, sinyal işleme alanında öğretim üyesi olarak çalışmakta ve hesaplamalı görüntüleme teknolojisi alanında uzmanlaşmış bir akademisyendir.
- Sunum, "Yeni Nesil Teknolojileri" başlığı altında hesaplamalı görüntüleme teknolojisinin temel prensiplerini, çalışma yöntemlerini ve uygulamalarını ele almaktadır. Konuşmacı, elektromanyetik spektrumun sadece görünür dalga boyunun çok küçük bir kısmını kapsadığını ve hesaplamalı görüntüleme teknolojilerinin bu spektrumun tamamını görebilmemizi sağladığını açıklamaktadır. Sunumda CT görüntüleme, radar görüntüleme, gigapiksel kameralar, DNA keşfi için kullanılan X-ray kırınım görüntüleme sistemleri ve güneş plazması görüntüleme sistemleri gibi çeşitli örnekler üzerinden hesaplamalı görüntüleme teknolojileri anlatılmaktadır.
- Sunumda ayrıca hesaplamalı görüntüleme sisteminin geliştirilmesinde gerekli olan üç temel adım (fiziksel sistem kurgusu, modelleme ve ters problem çözme) detaylı olarak anlatılmakta ve bu teknolojinin sağlık, güvenlik, tarım ve uzay araştırmaları gibi farklı alanlardaki uygulamaları ele alınmaktadır. Konuşmacı, kendi çalışmaları kapsamında NASA ile birlikte geliştirilen küpsat projesi ve görünür dalga boyunun dışındaki renkleri görebilen spekt görüntüleme sistemleri geliştirme çalışmaları hakkında bilgi vermektedir.
- 00:10Sunumun Genel İçeriği
- Sunum, konuşmacının NASA'daki işbirlikçilerle, Amerika'daki advisor'ıyla ve öğrencileriyle yaptığı çalışmaların özetini içermektedir.
- Konuşmacının öğrencileri arasında Oğuzhan (EF), Çağatay (UCL), Süleyman (U.I. at Urbana Champaign) ve Ulaş bulunmaktadır.
- Sunumda hesaplamalı görüntüleme (bilişimsel görüntüleme) konusu ele alınacak ve elektrik mühendislerinin bu alandaki rolü anlatılacaktır.
- 01:38Hesaplamalı Görüntüleme Nedir?
- Sunumun başlığı "Hesaplamalı Görüntüleme - Görünemeyeni Görünür Yapmak" olup, bu alan yaklaşık yüz yıldır devam eden ve bilgisayar teknolojisindeki ilerlemelerle günlük hayatımıza girmiş bir alandır.
- Hesaplamalı görüntüleme alanında çalışan birçok kişi farklı alanlarda (fizik, tıp, fizyoloji) Nobel ödülü kazanmıştır.
- İnsan gözü sadece görünür dalga boyunda (elektromanyetik spektrumun çok küçük bir kısmı) görebilirken, doğada kızılötesi, radyo dalgaları, ultraviyole, X-ray ve gama-ray gibi farklı dalga boylarında da çok fazla olay ve ışınım bulunmaktadır.
- 04:55Klasik ve Hesaplamalı Görüntüleme
- Klasik görüntüleme, lensin ışığı odaklama prensibine dayanan sistemlerdir; ortamda bir objeden gelen ışık lens tarafından odaklanarak sensörün üzerine düşer.
- Klasik görüntüleme sistemleri göz, eski tür kameralar, teleskoplar ve mikroskoplar gibi basit fizik bilgisine dayalı sistemlerdir.
- Hesaplamalı görüntülemede, fiziksel parçalardan oluşan bir görüntüleme sistemi ve dijital işleme bölümü vardır; sensör elde ettiği veriyi işleyerek gizli görüntüyü çıkarır.
- 08:15Tomografik Görüntüleme Sistemleri
- Tomografik görüntüleme sistemleri, X-ray dalgaları kullanarak insan vücudundan gelen, geri yansıyan veya içinden geçen dalgaları ölçen hesaplamalı görüntüleme sistemleridir.
- Ölçülen veriler doğrudan görüntü olarak görünmez, günlerce veya birkaç saat süren algoritmalar çalıştırılarak görüntü oluşturulur.
- Hastanelerde kullanılan CT, PAD gibi tomografik görüntüleme sistemleri de bu tür hesaplamalı görüntüleme sistemleridir.
- 10:01Havaalanı Güvenlik Sistemleri
- Havaalanlarında kullanılan milimetre dalga boyuna dayalı görüntüleme sistemleri, antenler tarafından gönderilen dalga geri döndüğünde toplanan verilerden kıyafet altı görüntüleme yapar.
- Bu sistemler kıyafet altında gizli metal veya silah olup olmadığını tespit eder, ancak kişisel gizlilik nedeniyle kıyafet altı görüntü gösterilmez.
- Bu sistemler de elde edilen veri doğrudan görüntü olarak görünmez, veri işleme yapılarak görüntü oluşturulur.
- 11:36Radar Görüntüleme Sistemleri
- Radar görüntüleme sistemleri (SAR) hesaplamalı görüntülemeye dayanır ve radar verisinden görüntü çıkartır.
- Uydu görüntüleme sistemleri tarım arazileri, denizlerin kirliliği ve tehdit unsurlarını incelemek için kullanılır.
- Bu sistemler de elde edilen veri doğrudan görüntü olarak görünmez, veri işleme yapılarak görüntü oluşturulur.
- 12:57Gigapiksel Kameralar
- Gigapiksel kameralar, piksel sayısı 10 üzeri 9 mertebesinde olan kameralardır ve normal telefonların piksel çözünürlüğünden çok daha yüksektir.
- Bu kameralar ucuz lensler ve akıllı işleme sistemleri kullanılarak elde edilebilir.
- Gigapiksel kameralar ile çok detaylı görüntüler elde edilebilir, örneğin Amerikan dolarındaki insan resmi veya parmak izi gibi.
- 14:30DNA Görüntüleme
- DNA'nın çift helix yapısı 1960'lı yıllarda keşfedilmiş ve bu keşif için hesaplamalı görüntüleme sistemi kullanılmıştır.
- X-ray ışını DNA'ya uygulandığında elde edilen veri, insan beyniyle işlenerek DNA'nın çift helix yapısı tespit edilmiştir.
- Günümüzde biyoloji ve araştırma laboratuvarlarında X-ray kırınım görüntüleme sistemleri kullanılarak çok düşük ve yüksek çözünürlükte hücre görüntülemeleri yapılır.
- 16:47Aydoğan Özcan'ın Çalışmaları
- Aydoğan Özcan, Amerika'da en çığır açıcı insanlar listesine girmiş olan bir hesaplamalı görüntüleme araştırmacısıdır.
- Özcan'ın grubu, telefonları çok ucuza mal edilebilir şekilde kompleks görüntüleme sistemlerine çevirmeyi amaçlamaktadır.
- Bu sistemlerle gelişmekte olan ülkelerde mikroskop bulmak zor olan yerlerde basit telefonlar yüksek çözünürlü mikroskoplara dönüştürülebilmektedir.
- 18:48İlk Kara Delik Görüntüsü
- İlk kara delik görüntüsü hesaplamalı görüntüleme prensibi ile elde edildi.
- Kara deliği görüntülemek için dünya büyüklüğünde bir teleskop gerekiyor, ancak araştırmacılar dünyanın birçok yerine yaklaşık 13-14 teleskop koyarak bu sorunu çözdüler.
- Bu teleskopların verilerini ortak işleyerek ve matematiksel modelleme yaparak, sanki dünya boyutunda bir teleskopları varmış gibi çözünürlük elde edildi.
- 21:12Hesaplamalı Görüntüleme Prensibinin Önemi
- Hesaplamalı görüntüleme prensibi normalde göremediğimiz şeyleri bize görebilir hale getiriyor, örneğin kara delikler, beyin ve organlar.
- Artırılmış gerçeklik kameraları da hesaplamalı görüntüleme prensibiyle çalışıyor ve çok güncel bir teknoloji.
- Bu prensip sayesinde basit telefonlar mikroskoba çevrilebiliyor ve çok ucuza ve küçük boyutta elde edilemeyen görüntüler elde edilebiliyor.
- 23:13Hesaplamalı Görüntüleme Sisteminin Geliştirilmesi
- Hesaplamalı görüntüleme sistemi geliştirmek için üç adım gerekiyor: fiziksel sistem kurgusu, modelleme ve ters problem çözme.
- Fiziksel sistem kurgusu aşamasında, sistemin nasıl tasarlanacağı, sensörlerin nasıl seçileceği gibi yenilikçi fikirler geliştiriliyor.
- Modelleme aşamasında, fiziksel sistemin girdi-çıktı ilişkisi matematiksel olarak modelleniyor.
- Ters problem çözme aşamasında, elde edilen model kullanılarak veriden görüntü çıkarma algoritması geliştiriliyor.
- 25:44Hesaplamalı Görüntüleme Örnekleri
- X-ray görüntüleme, DNA'nın yapısının keşfedilmesini sağlayan bir görüntüleme prensibidir ve bu prensibin arkasındaki matematiksel ilişkiyi bilmek gerekiyor.
- Radar görüntüleme sistemi (sentetik açıklı radar) ile uydu görüntülemesi yapılıyor ve radar verisi matematiksel modelleyerek görüntüye dönüştürülüyor.
- Hesaplamalı görüntüleme prensibi 1950'li yıllardan beri var ancak yaygınlaşması son 20 senedir, bu da dijital sensörlerin ve hesaplama gücünün gelişmesiyle mümkün oldu.
- 28:49Elektrik Mühendisliğinde Disiplinlerarası Çalışma
- Elektrik mühendisliği çok disiplinlerarası bir alandır ve birçok alan bu özelliğe sahiptir.
- Elektrik mühendisliğinde çok fazla şey öğrenilir ve farklı disiplinler bir arada kullanılarak çözümler geliştirilir.
- Hesaplama görüntüleme alanında sinyal işleme, matematik modelleme, fizik, kestirim teorisi, optimizasyon ve algoritma bilgisi gereklidir.
- 30:29Elektrik Mühendisliği Eğitim Programı
- Elektrik mühendisliği eğitiminde matematik, fizik, kestirim teorisi ve optimizasyon gibi temel bilimler ilk üç sınıfta öğretilir.
- Dördüncü sınıfta uzmanlık alanlarında dersler verilir ve lisansüstü seviyede bu dersler devam eder.
- Elektrik mühendisliği eğitimi sayesinde birçok farklı bilgiyi birleştirerek hesaplama görüntüleme alanında başarılı çalışmalar yapılabilir.
- 31:52Spekt Görüntüleme Sistemleri
- Konuşmacı, NASA'da yaptığı çalışmaların devamı niteliğinde bir küpsat (küçük boyutta uydu) geliştirme projesinde çalışmaktadır.
- İnsan gözü sadece kırmızı, yeşil ve mavi (RGB) üç renk sensörüyle görünür dalga boyundaki renkleri algılar.
- Görünür dalga boyunun dışındaki renkleri de görebilmek için spekt görüntüleme sistemleri (hiperspekt görüntüleme veya multispekt görüntüleme sistemleri) geliştirilmektedir.
- 33:42Güneşin Plazması ve Görüntüleme Sistemi
- NASA'nın ilgilendiği uygulama, güneşin plazmasının farklı dalga boylarındaki ışınımlarını görüntüleyebilmektir.
- Güneşin dış atmosferi iç atmosferinden yüzbin kat daha sıcak olmasına rağmen, bu durum astrofizikteki çözülememiş en önemli problemlerden biridir.
- Mevcut güneş görüntüleme sistemleri sadece dört farklı dalga boyunda görüntü alabiliyor, ancak daha detaylı renkler elde etmek için daha akıllıca bir hesaplama görüntüleme sistemi geliştirilmesi gerekiyor.
- 36:01Yeni Optik Eleman ve Görüntüleme Sistemi
- Geliştirilen sistem, kırım prensibine dayalı diffraction prensibine dayalı bir lens kullanarak, daha önce hiç kullanılmamış bir optik parça sunuyor.
- Bu optik parça kullanıldığında elde edilen görüntüler çok karmaşık oluyor, ancak ekstra computational processing ile istenen görüntü çıkarılabiliyor.
- Sistemin matematiksel modeli geliştirilmiş ve optimizasyon algoritması ile güneş çok yakın renklerde görüntülenebilir hale getirilmiş.
- 37:30Çok Renkli Görüntüleme Avantajları
- Çok renkli görüntüleme, objelerin kimyasal ve fiziksel özelliklerini anlamamızı sağlıyor; metal türünü, sütün bozuk olup olmadığını veya tarım ürününün olgunlaşmış olup olmadığını belirleyebiliyoruz.
- Bu sistem, madenleri tanımak için de kullanılıyor ve her renkte ortamı görüntüleyebilme avantajı sunuyor.
- Optik lab'da bu sistemler geliştiriliyor, test ediliyor ve veri işleme kısmında geliştirilen yöntemler algoritmalar haline getiriliyor.
- 39:28Veriden Görüntü Elde Etme Problemi
- Hesaplama görüntülemede elde edilen kompleks veriden görüntü elde etmek için bir optimizasyon veya kestirim yöntemi geliştiriliyor.
- Veriden görüntü elde etme problemi, basit bir bulmaca gibi görünse de aslında çok daha zor bir problemdir.
- Günümüzde dönüşüm teorisi ve derin öğrenme yöntemleri gibi farklı yöntemler kullanılarak veriden görüntü elde etme problemi çözülmeye çalışılıyor.
- 42:43Deriden Görüntü Çıkartma Problemi
- Deriden görüntü çıkartma problemi için sinir ağı yapısı kullanılıyor ve genellikle matematiksel modelle birlikte kullanılıyor.
- Veriden görüntü oluşturma problemi çok zor bir problemdir ve derin öğrenme yöntemleri tek başına çözemiyor, matematiksel model dahil edildiğinde başarılı sonuçlar elde edilebiliyor.
- 43:22X-Ray Kırınım Görüntüleme Prensibi
- X-ray kırınım görüntüleme prensibi için geliştirilmiş derin öğrenmeye dayalı yaklaşımlar örneği gösteriliyor.
- Objeler X-ray faz uyumlu ışıkla aydınlatılıyor ve yansıyan kırınım geçiren dalga ölçülüyor.
- Ölçülen dalganın FUE dönüşümü olarak modellenebiliyor ve bu model kullanılarak obje görüntülenmeye çalışılıyor.
- 44:20Analitik Yöntemler ve Derin Öğrenme
- X-ray görüntüleme için analitik yöntemler (sadece matematik kullanarak çalışan yöntemler) en güncel kullanılan yöntemlerdir.
- Geliştirilen yöntem hem analitik yöntemle hem de derin öğrenme/derin sinir ağını birlikte kullanarak geliştirilmiş ve analitik yöntemle çok daha iyi sonuçlar elde edilmiştir.
- Analitik yöntemle elde edilen görüntüler bozuk ve kumlu olabilirken, geliştirilen yöntemle daha kaliteli ve gerçek görüntüye daha yakın görüntüler elde edilebiliyor.
- 46:48Çalışmaların Önemi ve Destekleri
- Anlatılan çalışmalar doktora döneminde NASA tarafından desteklenmiş ve şu anda hala başka bir NASA projesi tarafından destekleniyor.
- TÜBİTAK'tan da destek alınarak öğrenciler boş verilebiliyor, optik ekipman alınabiliyor ve konferanslara gidilebiliyor.
- Konuyla ilgili yayınlar yapılmış ve bu destekler sayesinde çalışmalar devam edebiliyor.