Bachelor's Thesis

Modern methods of microscopic image registration

Final Thesis 11.51 MB

Author of thesis: Vojtěch Hora

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Mgr. Jana Procházková, Ph.D.

Reviewer: Ing. Pavel Mikuláček

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the automated registration of microscopic images, a crucial step in image analysis and reconstruction. The work analyzes classical algorithms, such as SIFT, ORB, and ECC, alongside state-of-the-art deep learning pipelines. As the main contribution, a custom Convolutional Neural Network is proposed to directly estimate similarity transformation parameters, providing a fast coarse alignment. In the practical part, the proposed network and baseline methods are experimentally evaluated in terms of accuracy, robustness, and computational complexity. Based on the results, an ideal registration pipeline suited for microscopic images is proposed.

Keywords:

Image registration, microscopic images, neural networks, deep learning, transformation matrix, feature extraction, correlation, computer vision.

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student přednesl prezentaci svojí bakalářské práce na téma Moderní metody registrace mikroskopických obrazů a dále odpověděl na otázky dané oponentem. V následné diskuzi se doc. Vašík zeptal na zvýšení robustnosti vůči rotaci obrazu.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Mathematical Engineering (B-MAI-P)

Composition of Committee

doc. Mgr. Petr Vašík, Ph.D. (předseda)
doc. Mgr. Zuzana Hübnerová, Ph.D. (místopředseda)
doc. Mgr. Zdeněk Opluštil, Ph.D. (člen)
Mgr. Jitka Zatočilová, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Loučka, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Mgr. Jana Procházková, Ph.D.

Práce se zabývá registrací mikroskopických (SEM) obrazů a porovnáním klasických metod registrace s moderními přístupy založenými na hlubokém učení. Součástí práce je také návrh a implementace vlastní konvoluční neuronové sítě (CNN) pro odhad parametrů transformace obrazu - rotace, translace, změně měřítka. Téma práce je aktuální, odborně náročné a bylo řešeno ve spolupráci se společností Thermo Fisher Scientific, což ukazuje jeho praktický význam.

Student během řešení pracoval velmi samostatně, aktivně přistupoval k řešení jednotlivých problémů a pravidelně konzultoval postup práce i dosažené výsledky. Prokázal velmi dobrou orientaci v problematice registrace obrazu i schopnost samostatně pracovat s odbornou literaturou a implementovat jednotlivé metody. Oceňuji zejména rozsáhlou experimentální část práce, vytvoření vlastního benchmarkingu a systematické porovnání metod z hlediska přesnosti, robustnosti i výpočetní náročnosti. Přínosná je rovněž vlastní navržená CNN architektura, která představuje nadstandardní rozšíření práce nad rámec běžné implementace existujících metod.

Pozitivně hodnotím také účast studenta v soutěži SVOČ, kde byly výsledky práce prezentovány, což potvrzuje odbornou úroveň i přínos řešeného tématu.

Text práce je logicky strukturovaný, přehledný a po odborné stránce na velmi dobré úrovni. Vzhledem k obtížnosti problematiky jsou některé metody popsány spíše přehledově, nicméně v rozsahu odpovídajícím bakalářské práci. Drobné nedostatky lze nalézt především ve formální stránce citací. 

Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Pavel Mikuláček

Bakalářská práce Vojtěcha Hory s názvem Modern Methods of Microscopic Image Registration se zabývá problematikou registrace mikroskopických obrazů se zaměřením na porovnání klasických metod a moderních přístupů založených na neuronových sítích. Součástí práce je také návrh vlastní konvoluční neuronové sítě pro odhad parametrů geometrické transformace a její experimentální vyhodnocení. Téma práce je aktuální a svým zaměřením vhodně propojuje oblast počítačového vidění, zpracování obrazu a strojového učení.

Práce má logickou strukturu a je zpracována na velmi dobré odborné úrovni. Autor v ní prokázal velmi dobrou orientaci v oblasti registrace obrazu a souvisejících metod počítačového vidění. Velmi kladně hodnotím zejména rozsah experimentální části, systematické porovnání jednotlivých metod a kritickou diskusi dosažených výsledků. Přínosem práce je rovněž vlastní návrh registračního přístupu a jeho experimentální ověření v kontextu současných metod.

Po obsahové stránce nemám k práci žádné zásadní výhrady. Drobné nedostatky spatřuji především ve stylizaci textu. U některých obrázků chybí jejich explicitní reference v hlavním textu. Práce s literaturou je v celé práci konzistentní, nicméně vzhledem k množství popisovaných registračních metod bych uvítal častější odkazy na původní publikace přímo v místech, kde jsou jednotlivé metody představovány a diskutovány. Tyto připomínky však nijak nesnižují odbornou úroveň ani celkovou kvalitu předložené práce.

Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A (výborně).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 3.2.1 uvádíte, že aplikací inverzní DFT na cross-power spectrum vznikne Kroneckerovo delta. Můžete zapsat definici inverzní DFT a vysvětlit, proč v tomto případě vede právě ke vzniku delta funkce?
  2. Jaké vlastnosti mikroskopických snímků nejvíce ovlivňují úspěšnost detekce a párování příznaků?
  3. Jak byste zvýšil robustnost CNN vůči šumu a změnám osvětlení?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová