Stagiaire: Stéphane C. Formateur responsable:JC C. Tuteur:Olof S. Développeur informatique Extraction et visualisation dimages À partir de volumes tridimensionnels.

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1 Stagiaire: Stéphane C. Formateur responsable:JC C. Tuteur:Olof S. Développeur informatique Extraction et visualisation dimages À partir de volumes tridimensionnels European Synchrotron Radiation Facility Soutenance de stage

2 Plan de lexposé 1) Présentation de lentreprise 2) Position dans lentreprise 3) Situation et solution attendue 4) ImageJ 5) Réalisations Bilan et perspectives

3 1 - Présentation de lentreprise European Synchrotron Radiation Facility (Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron) - Le synchrotron: un microscope géant capable de sonder la matière à léchelle atomique grâce aux rayons X. Il en existe une cinquantaine dans le monde. - produit une lumière équivalente à dix milles soleils. - puissance des rayons X = mille milliards de rayons X hospitaliers APS, USAESRF, EuropeSpring-8, Japon Les trois plus importants synchrotrons du monde: Cf. rapport page 3

4 Quelques dates 1988 – début de la construction 1994 – ouvre ses portes aux utilisateurs (15 lignes de lumières) 1998 – pleinement opérationnel (40 lignes de lumières) LESRF en chiffres Budget annuel:70 millions deuros Effectif:plus de 560 personnes Passagers:3500 chercheurs par an, séjour moyen de 3 jours Expériences:plus de 1500 expériences chaque année Localisation:Grenoble – Polygone scientifique Un caractère international 17 pays contribuent au budget 30 nationalités représentées dans son personnel Langlais est la langue officielle LESRF en chiffres Cf. rapport page 4

5 2 - Position dans lentreprise Division expérimentation Groupe SciSoft rôle de SciSoft: développer les logiciels nécessaires à lexploitation des données produites par les systèmes dacquisition. effectif du groupe: 8 personnes (scientifiques, ingénieurs détudes/développement, ingénieurs supports) principales activités: - développement doutils danalyse des données et des images - expertise logicielle C, C++, Java, Python… Cf. rapport page 6

6 Poste occupé Poste occupé au sein du groupe SciSoft: développeur informatique. Chargé de mener à bien un projet sur un cycle de développement complet. De lexpression des besoins à la validation: - rédaction du cahier des charges - analyse et conception (UML) - implémentation (en Java) - recette (tests unitaires et tests dintégration) Description du travail effectué durant le stage: Une semaineclarification du sujet avec lutilisateur rédaction du cahier des charges Deux semainesapprentissage des techniques de création et dimplémentation de plugins pour ImageJ (Java). Premiers développements (tests) Quelques joursanalyse du projet (diagrammes de classes UML) Quatre semainesimplémentation du projet, tests. Livraison à lutilisateur Quelques joursajouts de fonctionnalités. Cf. rapport page 7

7 3 - Situation 2- Les informations relatives aux dimensions dune couche et le nombre de couche sont stockées dans un deuxième fichier. 1- Le volume généré à partir de lacquisition est stocké dans un fichier informatique binaire. (très gros volumes) Cf. rapport page 8

8 Relative facilité dacquisition des données et de reconstruction du volume, mais difficulté de visualisation et donc danalyse de ces données. longs délais entre les expériences et la publication des résultats. Besoin dun outil permettant: 1 – dobserver des tranches virtuelles de léchantillon (tomogrammes). 2 - dextraire une partie du fichier initial qui peut faire plusieurs centaines de mégas octets; pour les petites configurations. Prise en main facile: car destiné également aux chercheurs passagers. Coût minimum: après leur court séjour au synchrotron (acquisition des données), les chercheurs passagers doivent disposer de cet outil sans avoir à acquérir une coûteuse licence dutilisation. Les logiciels commerciaux répondant à ces besoins sont trop chers, limités et non évolutifs. Solution attendue Cf. rapport page 9

9 4 - ImageJ - Gratuit (freeware et open source) et disponible sur Internet - Entièrement développé en Java, il est compatible avec toute machine disposant de la machine virtuelle Java 1.1 - extensible à linfini par plugins: programmes Java exécutables depuis les menus dImageJ ImageJ a été développé au National Institute of Health de Bethesda (Mariland, USA) Cf. rapport page 10

10 - Fonctionne sous forme dapplication…

11 - ou sous forme dapplet* * Un applet est un programme écrit pour Internet dans un langage de programmation appelé Java. Utilisé par les navigateurs Internet pour se doter de fonctions complémentaires. Cf. rapport page 11

12 Utilisation dImageJ à lESRF ! HST_SLAVE VOLUME INFO FILE NUM_X = 100 NUM_Y = 100 NUM_Z = 100 RECAD = YES MIN = -18 MAX = 18 Contenu du fichier de paramètres.(info) accompagnant les fichiers.raw 1) Lancement dImageJ et ouverture du fichier image contenant le volume. 2) Entrée des paramètres de limage manuellement. Cf. rapport page 12

13 Les représentations de volumes dans ImageJ 3D renderer Mosaïque (toutes les images) Stack (vue du volume couche par couche, du haut vers le bas)

14 Explorer lintérieur dun volume avec ImageJ Les plugins actuels sont peu adaptés à létude des couches internes de volumes Le plugin « Reslice »

15 5 - Réalisations Besoin dun outil permettant: 1 – dobserver des tranches virtuelles de léchantillon (tomogrammes). 2 - dextraire une partie du fichier initial qui peut faire plusieurs centaines de mégas octets; pour les petites configurations. Solution retenue: création de deux plugins (langage Java) Moyens utilisés: Jcreator (EDI Java freeware) Jasc Paint Shop Pro 7 (shareware) ImageJ (freeware) Borland Jbuilder 7 Volume Browser File Extractor Cf. rapport page 17

16 Vue densemble Les deux plugins sont indépendants lun de lautre mais peuvent être utilisés conjointement: Lun pour extraire une partie dun fichier et lautre pour visualiser immédiatement les coupes. Cf. rapport page 17

17 Plugin « File Extractor » Extraction dune pile de couchesSauvegarde du fichier.info Z Y X O W Image H Image Cf. rapport page 18-19

18 Quelques caractéristiques: - Extraction des «.info » facultative - Possibilité de choisir indifféremment le fichier.raw ou.raw.info - Si paramètres lus avec succès, inutile de re-sélectionner un fichier pour lancer lextraction - Vérifications de cohérence des paramètres (débordement de zone à extraire…) - Gestion des exceptions Cf. rapport page 20

19 Note technique: Selon les machines, il existe deux façons de ranger les octets: octets de poids fort en premier (Big-endian) ou octets de poids faible en premier (Little-endian) Java considère que les octets ont été rangés selon le modèle Big-endian; si ce nest pas le cas il faut prévoir une inversion de bits. Pour les fichiers 8 bits, aucun problème (un pixel=un octet) Pour les fichiers 32 bits, problème! (un pixel=4 octets) Si le fichier à lire a été généré sur une machine Little-endian: Il faut lire des entiers (2 octets) et inverser les octets. Le fichier.info contient linformation qui permet de connaître le codage dorigine ( BYTEORDER = LOWBYTEFIRST) Cf. rapport page 21

20 Plugin « Volume Browser » - Plugin du type filtre - Affichage du volume initial sous trois angles de vue différents; Correspondant aux vues orthogonales: X Y Z Cf. rapport page 22-23

21 vues de type couchevues des volumes completsfermeture des vues après sélection d'un point sur l'image Boutons de déplacement En mode couche (une seule image par vue) Accès direct aux couches Et validations Cf. rapport page 23

22 Vues de type couches Vues de type volumes Couches – accès direct Cf. rapport page 24-25

23 Difficultés rencontrées Temps dadaptation: des dizaines dobjets ImageJ et des centaines de méthodes Une communauté très active: Besoin de connaître lexistant (plugins déjà créés) Investissement initial difficile à rentabiliser en quelques semaines Cf. rapport page 26

24 Bilan et perspectives A la différence de la programmation procédurale, un programme écrit dans un langage objet répartit l'effort sur un ensemble d'objets. Lapproche objet facilite l'écriture de programmes, les rendant plus gérables, plus compréhensibles, plus stables et réutilisables. Tout au long de mon stage, je me suis efforcé de suivre les préceptes de l'orienté objet. L'utilisation de l'approche objet lors du développement de plugins m'a permis, en plus de faciliter le développement, de garantir l'évolutivité de mes travaux. Par exemple, les vues orthogonales héritent de traits communs à tous les types de vues qui peuvent aussi être utilisés (hérités) pour créer de nouvelles vues; comme des vues à angles quelconques. Cf. rapport page 27-28