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Kurzfassung. Durch die Alkalität des Betons wird Betonstahl dauerhaft vor
Korrosion geschützt. Infolge von Chlorideintrag kann dieser Schutz nicht länger
aufrechterhalten werden und führt zu Lochkorrosion. Die zerstörungsfreie Prüfung
von Stahlbetonproben mit 3D-CT bietet die Möglichkeit, eine Probe mehrfach
gezielt vorzuschädigen und den Korrosionsfortschritt zu untersuchen. Zur Quantifizierung
des Schädigungsgrades müssen die bei dieser Untersuchung anfallenden
großen Bilddaten mit Bildverarbeitungsmethoden ausgewertet werden. Ein wesentlicher
Schritt dabei ist die Segmentierung der Bilddaten, bei der zwischen Korrosionsprodukt
(Rost), Betonstahl (BSt), Beton, Rissen, Poren und Umgebung
unterschieden werden muss. Diese Segmentierung bildet die Grundlage für statistische
Untersuchungen des Schädigungsfortschritts. Hierbei sind die Änderung
der BSt-Geometrie, die Zunahme von Korrosionsprodukten und deren Veränderung
über die Zeit sowie ihrer räumlichen Verteilung in der Probe von Interesse. Aufgrund
der Größe der CT-Bilddaten ist eine manuelle Segmentierung nicht durchführbar,
so dass automatische Verfahren unabdingbar sind. Dabei ist insbesondere
die Segmentierung der Korrosionsprodukte in den Bilddaten ein schwieriges
Problem. Allein aufgrund der Grauwerte ist eine Zuordnung nahezu unmöglich,
denn die Grauwerte von Beton und Korrosionsprodukt unterscheiden sich kaum.
Eine formbasierte Suche ist nicht offensichtlich, da die Korrosionsprodukte in Beton
diffuse Formen haben.
Allerdings lässt sich Vorwissen über die Ausbreitung der Korrosionsprodukte
nutzen. Sie bilden sich in räumlicher Nähe des BSt (in Bereichen vorheriger
Volumenabnahme des BSt), entlang von Rissen sowie in Porenräumen, die direkt
am BSt und in dessen Nahbereich liegen. Davon ausgehend wird vor der
Korrosionsprodukterkennung zunächst eine BSt-Volumen-, Riss- und Porenerkennung
durchgeführt. Dieser in der Arbeit näher beschriebene Schritt erlaubt es, halbautomatisch
Startpunkte (Seed Points) für die Korrosionsprodukterkennung zu
finden. Weiterhin werden verschiedene in der Bildverarbeitung bekannte
Algorithmen auf ihre Eignung untersucht werden.
The most popular molecular surface in molecular visualization is the solvent excluded surface (SES). It provides information about the accessibility of a biomolecule for a solvent molecule that is geometrically approximated by a sphere. During a period of almost four decades, the SES has served for many purposes – including
visualization, analysis of molecular interactions and the study of cavities in molecular structures. However, if one is interested in the surface that is accessible to a molecule whose shape differs significantly from a sphere, a different concept is necessary. To address this problem, we generalize the definition of the SES by replacing the probe sphere with the full geometry of the ligand defined by the arrangement of its van der Waals spheres. We call the new surface ligand excluded surface (LES) and present an efficient, grid-based algorithm for its computation.
Furthermore, we show that this algorithm can also be used to compute molecular cavities that could host the ligand molecule. We provide a detailed description of its implementation on CPU and GPU. Furthermore, we present a performance and convergence analysis and compare the LES for several molecules, using as ligands either water or small organic molecules.
Tracing microtubule centerlines in serial section electron tomography requires microtubules to be stitched across sections, that is lines from different sections need to be aligned, endpoints need to be matched at section boundaries to establish a correspondence between neighboring sections, and corresponding lines need to be connected across multiple sections. We present computational methods for these tasks: 1) An initial alignment is computed using a distance compatibility graph. 2) A fine alignment is then computed with a probabilistic variant of the iterative closest points algorithm, which we extended to handle the orientation of lines by introducing a periodic random variable to the probabilistic formulation. 3) Endpoint correspondence is established by formulating a matching problem in terms of a Markov random field and computing the best matching with belief propagation. Belief propagation is not generally guaranteed to converge to a minimum. We show how convergence can be achieved, nonetheless, with minimal manual input. In addition to stitching microtubule centerlines, the correspondence is also applied to transform and merge the electron tomograms. We applied the proposed methods to samples from the mitotic spindle in C. elegans, the meiotic spindle in X. laevis, and sub-pellicular microtubule arrays in T. brucei. The methods were able to stitch microtubules across section boundaries in good agreement with experts’ opinions for the spindle samples. Results, however, were not satisfactory for the microtubule arrays. For certain experiments, such as an analysis of the spindle, the proposed methods can replace manual expert tracing and thus enable the analysis of microtubules over long distances with reasonable manual effort.