Laboratoř strojového vidění v akvakultuře a ochraně vod
Laboratoř se zaměřuje na aplikaci moderních technologií v oblasti akvakultury a ochrany vod. Vyvíjíme monitorovací systémy pro sledování ryb, raků a dalších živočichů spojených s akvakulturou, přičemž klademe důraz na nízkonákladová řešení umožňující monitorování v reálném čase.
Věnujeme se nejen makroskopickém monitorování pomocí kamerových systémů, ale i mikroskopickému monitorování nespecifických buněčných projevů pro hodnocení cytotoxicity široké škály vzorků. Tyto analýzy poskytují klíčové informace o biokompatibilitě materiálů a jejich možném využití v humánní či veterinární praxi a o znečištění vod mikropolutanty, chemickými sloučeninami, jejich směsmi, ale také výluhy a extrakty z pevných materiálů, jako jsou slitiny, polymery či kompozity.
Implementujeme pokročilé metody zpracování dat a obrazu pro analýzu vzhledu, chování nebo klasifikaci či detekci, s využitím konvolučních neuronových sítí.
Naším hlavním cílem je aplikace automatizace (průmysl 4.0) v sektoru akvakultury, která podpoří produkci vodních organismů a současně zlepší welfare a ochranu vod. Automatizace procesů pomocí moderních technologií zvyšuje konkurenceschopnost a zavádění bezkontaktního měření a neinvazivních metod přispívá ke zlepšení životních podmínek vodních živočichů.
Klíčové aktivity:
- Vývoj systémů zobrazování ryb
- Monitorování chování vodních živočichů – welfare
- Individuální identifikace ryb na základě obrazu
- Analýza zbarvení ryb
- Dálkové monitorování kvality vody
- Detekce onemocnění ryb na základě obrazu
- In vitro testování toxicity a biokompatibility:
- Honocení cytoxicity vod, mikropolutantů, chemických sloučenin, směsí, výluhů a extraktů z pevných materiálů.
- Poskytování informací o biokompatibilitě vzorků pro aplikaci v materiálovém vývoji, klinickém či animálním výzkumu.
Nabízíme bezplatnou spolupráci prostřednictvím otevřeného přístupu k našim službám a infrastruktuře.
Klíčové projekty:
Individuální identifikace ryb z obrazu
Cílem projektu je nahradit invazivní značkování ryb neinvazivní individuální identifikací ryb využívající vzhled ryb. Již jsme vyzkoušeli, že vzory rybí kůže lze v laboratorních podmínkách použít k individuální identifikaci lososů, kaprů, mořských vlků, pstruhů duhových a parmiček čtyř pruhých. Dalším krokem je implementace metody, aby byla použitelná v reálných podmínkách v nádržích a klecích
Podpora etologických studií
Chování ryb odráží stav ryb. Pokud jsme schopni sledovat změny v chování nebo rozdíly mezi chováním skupin ryb, můžeme zkoumat změny stavu ryb. Série projektů je zaměřena na automatizovanou parametrizaci chování ryb ovlivněných nanočásticemi, léky nebo změnou welfare. Můžete si navrhnout svou etologickou studii a my automaticky popíšeme chování vašich ryb na základě analýzy video záznamů.
Analýza zbarvení ryb
Fotografická komora nabízí osvětlení ryb ve viditelném nebo blízkém infračerveném světle na standardizovaném pozadí. Kamera fotokomory je řízena mikropočítačem a zajišťuje autokalibraci vyvážení na bílou. Zachycená série snímků může být vyhodnocena softwarem. Nejsou potřeba žádné parametry zadané uživatelem. Základní statistické vlastnosti rozložení barev na těle ryby jsou hodnoceny pro širokou škálu barevných reprezentací. Výhodou je autokalibrace kamery, možnost měření mokrých povrchů, automatická segmentace a vyhodnocení
Odhad parametrů vody ze satelitních snímků
Kvalita vnitrozemských vod (rybníky, nádrže) je rozhodující pro chov ryb a pro využívání vodních ploch veřejností. Standardní analýza kvality vody je založena na odběru vzorků vody a laboratorních rozborech, které jsou časově náročné a nákladné. Vyvinuli jsme systém pro odhad základních parametrů (chlorofyl A) z volně dostupných satelitních snímků. Uživatel si může vybrat rybník a datum a systém odhadne potřebné parametry v případě dostupného satelitního snímku.
Monitorování rybích přechodů
Rybí přechody jsou konstrukce na překážkách v řekách, které pomáhají rybám při přirozené migraci. Vyvinuli jsme technologii pro sledování proplouvajících ryb v reálném čase pomocí infračerveného světla a kamerových systémů. Výzkum je zaměřen na zodpovězení otázek, jak fungují přechody, jaký druh a množství ryb proplouvá. K zodpovězení těchto otázek využíváme neuronové sítě pro detekci a klasifikaci.
TAČR
Projekt se zaměřuje na vývoj scaffoldů na bázi decelularizované lidské tkáně pro regenerativní medicínu. Klíčové kroky zahrnují návrh a implementaci decelularizační jednotky využívající superkritický CO₂, optimalizaci protokolů a osazení scaffoldů mesenchymálními kmenovými buňkami. Výsledný scaffold zachovává původní 3D strukturu tkáně a umožňuje její obnovu, čímž zlepšuje hojení a regeneraci poškozených tkání. Naše laboratoř hodnotí biokompatibilitu těchto materiálů a poskytuje tak zpětnou vazbu, která umožňuje modifikaci postupů pro zajištění nejlepšího výsledku. Po dokončení projektu bude produkt registrován jako zdravotnický prostředek.
Obrázek: Metoda zacelení modelové rány – jedna z používaných experimentálních metod, kterou využíváme k hodnocení hojení ran a biokompatibility materiálů. Spočívá ve vytvoření kontrolované rány na modelu (např. in vitro na buněčných kulturách) a následném sledování účinků testovaných biomateriálů, léčiv nebo buněčných terapií na proces hojení. Sledují se parametry jako rychlost uzávěru rány, proliferace buněk, tvorba nové tkáně a zánětlivá reakce.
Automatická detekce živých buněk
Vyvíjíme metody pro automatizovanou analýzu buněk z mikrokinematografických záznamů pomocí konvolučních neuronových sítí (CNN). Dříve manuální a časově náročné hodnocení bylo nahrazeno efektivní detekcí, která urychluje zpracování dat a zpřesňuje statistické vyhodnocení. Optimalizovaný model CNN umožňuje detailní analýzu interakcí buněk se vzorkem, což je klíčové pro další fáze výzkumu.
Automaticky detekované buňky pomocí natrénovaného modelu CNN
Testování cytotoxicity kapalných vzorků
Pomocí pokročilé obrazové analýzy živých buněk testujeme cytotoxicitu kapalných vzorků, včetně výluhů a extraktů z pevných látek. Využíváme časosběrnou mikrokinematografii, která umožňuje dlouhodobé sledování buněčných reakcí bez barvení, čímž odhalujeme i jemné morfologické a růstové změny. Tento přístup poskytuje přesnější hodnocení toxicity a biokompatibility materiálů než standardní metody.
Odhalené buněčné anomálie
Testování biokompatibility pevných vzorků
Testujeme biokompatibilitu pevných vzorků sledováním interakcí živých buněk s povrchem materiálů. Pomocí časosběrné mikrokinematografie analyzujeme růst, přilnavost a chování buněk v kontaktu se zkoumaným materiálem, což umožňuje posoudit jeho vhodnost pro biomedicínské aplikace. Naše metody poskytují detailní vhled do toxicity, buněčné kolonizace a povrchových vlastností materiálů, čímž přispívají k vývoji bezpečných a funkčních biomateriálů.
Interakce živých buněk s povrchem implantologické materiálu na bázi titanu (vlevo) a polymerními nanovlákny (vpravo).
