📄Работа №128262
Тема: Мобильное приложение для изучения биологии
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Информационные системы
Объем:
29 листов
Год:
2021
Просмотров:
72
4340
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 4
1. Постановка задачи 6
2. Обзор 7
2.1. Микроскоп 7
2.2. Средства мобильной разработки 8
2.3. Алгоритмы обработки изображений 10
2.3.1. Фокус-стекинг 11
2.3.2. Автофокус 12
3. Программное обеспечение для микроскопа 14
3.1. Архитектура 14
3.2. Команды 15
4. Протокол обмена сообщениями для мобильного приложения и микроскопа 17
5. Мобильное приложение для ОС Android 20
5.1. Архитектура 20
5.2. Взаимодействие с микроскопом 21
5.3. Захват видеоданных 23
5.4. Внедрение библиотеки для обработки изображений ... 24
5.5. Фоторедактор 27
Заключение 28
Список литературы 30
1. Постановка задачи 6
2. Обзор 7
2.1. Микроскоп 7
2.2. Средства мобильной разработки 8
2.3. Алгоритмы обработки изображений 10
2.3.1. Фокус-стекинг 11
2.3.2. Автофокус 12
3. Программное обеспечение для микроскопа 14
3.1. Архитектура 14
3.2. Команды 15
4. Протокол обмена сообщениями для мобильного приложения и микроскопа 17
5. Мобильное приложение для ОС Android 20
5.1. Архитектура 20
5.2. Взаимодействие с микроскопом 21
5.3. Захват видеоданных 23
5.4. Внедрение библиотеки для обработки изображений ... 24
5.5. Фоторедактор 27
Заключение 28
Список литературы 30
📖 Введение
Одним из эффективных способов изучения естественных наук является постановка экспериментов и исследование природных явлений. В биологии для изучения окружающего мира можно использовать микроскопию, которая позволяет проводить различные эксперименты и исследовать образцы с помощью сильного увеличения. Существуют разные виды микроскопов, отличающиеся увеличительными способностями и способами формирования изображения образца. В последние годы стоимость оптических микроскопов снизилась, что позволяет приобрести свой собственный микроскоп и использовать его в домашней лаборатории для изучения биологии на практике. Серьезным препятствием на пути использования данного прибора в домашних условиях является отсутствие возможности получить цифровое изображение образца и сохранить его для дальнейшего исследования. Кроме того оптические микроскопы имеют небольшой угол обзора и маленькую глубину резкости — это не позволяет рассмотреть образец целиком без постоянного корректирования положения приборного столика вручную.
Возможным способом решения всех вышеперечисленных проблем является захват видео с микроскопа и его цифровая обработка с целью получения полного сфокусированного изображения образца. К сожалению, большинство существующих оптических микроскопов не предназначены для захвата с них видеоданных. В связи с этим компания MELScience [16], занимающаяся образовательными технологиями в области естественных наук, разработала мобильный микроскоп — устройство, подготовленное для захвата видеоданных образца смартфоном. Помимо этого, данное устройство обладает дистанционно управляемым приборным столиком, способным перемещаться как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной для обеспечения обзора всех частей образца на различном удалении от оптики микроскопа. Вместе со смартфоном мобильный микроскоп образует систему, позволяющую изучать биологические образцы с применением технологий цифровой обработки изображений в домашних условиях.
Мобильный микроскоп оснащен платой Arduino для управления при-борным столиком, освещением и связи с мобильным приложением. Необходимо реализовать программное обеспечение для данной платы, которое позволит дистанционно управлять микроскопом и получать сообщения об ошибках с помощью специального протокола, который также предстоит разработать.
Для взаимодействия с мобильным микроскопом и изучения биологии необходимо реализовать мобильное приложение. Одной из задач мобильного приложения является обработка изображений образцов, использующая такие подходы, как:
1. фокус-стекинг (focus-stacking) — получение сфокусированного изображения образца путем объединения нескольких изображений, со-держащих в фокусе лишь его часть;
2. ститчинг (stitching) — объединение нескольких частично перекрывающихся изображений частей образца в одно большое изображение, содержащее весь образец целиком;
3. Sd-реконструкция (3D reconstruction) — воссоздание 3d-модели образца путем объединения набора кадров, сделанных при разном удалении образца от линзы микроскопа.
Также необходимо предоставить пользователю возможность знакомиться с дополнительными материалами об изучаемом образце в приложении и проходить различные тесты и лабораторные работы для за-крепления знаний. В проверочных работах могут использоваться полученные пользователем и обработанные с помощью данного приложения изображения образцов. Для этого мобильное приложение должно поддерживать возможность редактирования изображений, чтобы пользователь мог отметить на изображении определённые области, подписать обнаруженные объекты и их части.
В рамках данной работы будет описана реализация программного обеспечения для данной системы — мобильное приложение для ОС Android [12] и ПО для встроенного контроллера микроскопа.
Возможным способом решения всех вышеперечисленных проблем является захват видео с микроскопа и его цифровая обработка с целью получения полного сфокусированного изображения образца. К сожалению, большинство существующих оптических микроскопов не предназначены для захвата с них видеоданных. В связи с этим компания MELScience [16], занимающаяся образовательными технологиями в области естественных наук, разработала мобильный микроскоп — устройство, подготовленное для захвата видеоданных образца смартфоном. Помимо этого, данное устройство обладает дистанционно управляемым приборным столиком, способным перемещаться как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной для обеспечения обзора всех частей образца на различном удалении от оптики микроскопа. Вместе со смартфоном мобильный микроскоп образует систему, позволяющую изучать биологические образцы с применением технологий цифровой обработки изображений в домашних условиях.
Мобильный микроскоп оснащен платой Arduino для управления при-борным столиком, освещением и связи с мобильным приложением. Необходимо реализовать программное обеспечение для данной платы, которое позволит дистанционно управлять микроскопом и получать сообщения об ошибках с помощью специального протокола, который также предстоит разработать.
Для взаимодействия с мобильным микроскопом и изучения биологии необходимо реализовать мобильное приложение. Одной из задач мобильного приложения является обработка изображений образцов, использующая такие подходы, как:
1. фокус-стекинг (focus-stacking) — получение сфокусированного изображения образца путем объединения нескольких изображений, со-держащих в фокусе лишь его часть;
2. ститчинг (stitching) — объединение нескольких частично перекрывающихся изображений частей образца в одно большое изображение, содержащее весь образец целиком;
3. Sd-реконструкция (3D reconstruction) — воссоздание 3d-модели образца путем объединения набора кадров, сделанных при разном удалении образца от линзы микроскопа.
Также необходимо предоставить пользователю возможность знакомиться с дополнительными материалами об изучаемом образце в приложении и проходить различные тесты и лабораторные работы для за-крепления знаний. В проверочных работах могут использоваться полученные пользователем и обработанные с помощью данного приложения изображения образцов. Для этого мобильное приложение должно поддерживать возможность редактирования изображений, чтобы пользователь мог отметить на изображении определённые области, подписать обнаруженные объекты и их части.
В рамках данной работы будет описана реализация программного обеспечения для данной системы — мобильное приложение для ОС Android [12] и ПО для встроенного контроллера микроскопа.
✅ Заключение
В ходе данной работы были выполнены следующие задачи.
• Сделан обзор технологий для разработки мобильного приложения для ОС Android и используемых в приложении алгоритмов для обработки изображений. Основываясь на изученных подходах к разработке мобильных приложений, было принято решение использовать нативный подход и разрабатывать приложение на языке Kotlin.
• Спроектировано и реализовано ПО для управления микроскопом с помощью контроллера Arduino Uno. Разработанное ПО поддерживает возможность дистанционного управления по Bluetooth и обеспечивает доступ ко всем возможностям микроскопа. Для взаимодействия с микроскопом был спроектирован протокол обмена сообщениями для мобильного приложения и микроскопа. Данный протокол ориентирован на скорость распознавания на стороне Arduino и при этом прост в чтении для человека при отладке.
• Спроектировано и реализовано мобильное приложение для ОС Android. Данное приложение способно взаимодействовать с микроскопом и выполнять цифровую обработку захваченных видео-данных. В качестве архитектуры приложения была выбрана архитектура MVP. Для возможности постобработки изображений реализован фоторедактор.
• Внедрена мобильная библиотека Владимира Кутуева для обработки изображений. Она позволяет применять алгоритмы компьютерного зрения к захватываемым с микроскопа кадрам в ре-жиме реального времени.
• Сделан обзор технологий для разработки мобильного приложения для ОС Android и используемых в приложении алгоритмов для обработки изображений. Основываясь на изученных подходах к разработке мобильных приложений, было принято решение использовать нативный подход и разрабатывать приложение на языке Kotlin.
• Спроектировано и реализовано ПО для управления микроскопом с помощью контроллера Arduino Uno. Разработанное ПО поддерживает возможность дистанционного управления по Bluetooth и обеспечивает доступ ко всем возможностям микроскопа. Для взаимодействия с микроскопом был спроектирован протокол обмена сообщениями для мобильного приложения и микроскопа. Данный протокол ориентирован на скорость распознавания на стороне Arduino и при этом прост в чтении для человека при отладке.
• Спроектировано и реализовано мобильное приложение для ОС Android. Данное приложение способно взаимодействовать с микроскопом и выполнять цифровую обработку захваченных видео-данных. В качестве архитектуры приложения была выбрана архитектура MVP. Для возможности постобработки изображений реализован фоторедактор.
• Внедрена мобильная библиотека Владимира Кутуева для обработки изображений. Она позволяет применять алгоритмы компьютерного зрения к захватываемым с микроскопа кадрам в ре-жиме реального времени.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.