diplomová práce

Optimalizace vzduchování fotobioreaktoru za pomoci analýzy obrazu

Text práce 14.58 MB Příloha 41.01 kB

Autor práce: Ing. Kryštof Hruška

Ak. rok: 2020/2021

Vedoucí: Ing. Martin Naď, Ph.D.

Oponent: Ing. Tomáš Létal, Ph.D.

Abstrakt:

Tato diplomová práce shrnuje poznatky o mikrořasách, jejich využití, metodách kultivace a překážkách, které brání jejich většímu rozšíření. V praktické části práce bylo navrhnuto, zkonstruováno a naprogramováno zařízení, jež dokáže analyzovat bubliny trubicového fotobioreaktoru a na základě získaných dat řídit jeho vzduchování. K vytvoření programu byl použit programovací jazyk Python a k analýze fotografií byla využita knihovna OpenCV. Detekce bublin probíhá na základě detekce hran a jejich následném třídění. Data získaná z analýzy jsou zobrazována na obrazovce zařízení a uchovávaná v csv souboru. V diskuzi práce jsou uvedena možná vylepšení a poznatky získané během vytváření tohoto zařízení.

Klíčová slova:

fotobioreaktor, detekce bublin, OpenCV, mikrořasy, obrazová analýza, Python, detekce hran

Termín obhajoby

14.06.2021

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student představil práci na téma Optimalizace vzduchování fotobioreaktoru za pomoci analýzy obrazu. Po úvodu do problematiky byla popsána praktická část práce - model fotobioreaktoru a řídicí systém pro vzduchovací zařízení, vysvětleno praktické využití a popsány výsledky. Otázky oponenta byly zodpovězeny uspokojivě. Komisí byly položeny doplňující otázky, které byly taktéž zodpovězeny: Co znamená zkratka PID? Jak prakticky regulace funguje? Jaká je optimální velikost bublin pro růst řas?

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Strojní inženýrství (M2I-P)

Studijní obor

Procesní inženýrství (M-PRI)

Složení komise

prof. Dr. Ing. Marcus Reppich (předseda)
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c. (místopředseda)
doc. Ing. Jaroslav Jícha, CSc. (člen)
prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vítězslav Máša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vojtěch Turek, Ph.D. (člen)
Ing. Dušan Vincour, Ph.D. (člen)
Ing. Radim Puchýř, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Martin Naď, Ph.D.

Cieľom diplomovej práce študenta, Bc. Kryštofa Hrušky, na tému „Optimalizace vzduchování fotobioreaktoru za pomoci analýzy obrazu“ bolo pomocou automatickej analýzy obrazu bublín v trubicovom fotobioreaktore riadiť a optimalizovať vzduchovanie.
V úvode práce sa študent venuje všeobecnému úvodu do problematiky fotobioreaktorov, popisu rôznych typov a kritickým faktorom, ktoré ovplyvňujú rast mikrorias. Následne sa detailnejšie zameriava na samotnú analýzu obrazu, kde popisuje rôzne prístupy autorov k úspešnej analýze obrazu.
V praktickej časti študent popisuje koncept práce a postup pri návrhu a konštrukcii zjednodušeného fotobioreaktoru, ktorý následne aj reálne zostavil. Následne aplikuje poznatky z rešeršnej časti pre vytvorenie softwaru pre analýzu obrazu. V práci popisuje rôzne úskalia a možné chyby, ktoré sú s analýzou obrazu spojené. Jednotlivé kroky sú vhodne doplnené o obrázky s popisom. Dáta z analyzovaného obrazu sú následne spracované a využité pre optimalizáciu vzduchovania.
Práca obsahuje všetky formálne náležitosti, avšak autor sa nevyhol miestami nejednotnému formátovaniu textu obrázkov. Taktiež niektoré vety sú písané dosť „rozpačito“. Tieto nedostatky však nijako nemenia význam ani neznižujú kvalitu práce. Študent bola počas vypracovávania diplomovej práce aktívny, nadmieru samostatný a dodržiaval všetky termíny stanovené vedúcim. Pre riešenie problémov, s ktorými sa musel vysporiadať, využíval vhodne zvolené postupy a splnil tak všetky ciele práce.
Prácu považujem za vydarenú a odporúčam ju k obhajobe.
Kritérium hodnocení Známka
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 B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Pan Bc. Kryštof Hruška ve své práci řešil optimalizaci vzduchování bioreaktoru. Rešeršní část ohledně řas a jejich pěstování v bioreaktorech na začátku práce je zpracována přehledně. Praktická část zahrnovala jak návrh a sestavení hardwaru pro snímání bublin a regulaci průtoku vzduchování, tak i tvorbu softwaru pro vyhodnocování klíčových parametrů bublin. Zařízení pro snímání bublin a regulaci průtoku vzduchování bylo sestaveno s využitím dvou kamer napojených na 2 Rapsberi Pi kolem jedné trubice fotobioreaktoru, přičemž jedno Rapsberi Pi plnilo řídící úlohu a umožňovalo na základě vyhodnocených snímků z kamer upravit intenzitu vzduchování. Konstrukce byla poměrně jednoduchá, při pořizování snímků se však objevovaly problémy například s odlesky světla a autor postupně vyladil různé způsoby osvětlení a nastavení kamer, aby byly pořízené snímky co nejkvalitnější pro následnou analýzu obrazu. V softwarové části věnované analýze obrazu s výhodou využil knihovny OpenCV a vhodně zvolil vybrané techniky pro identifikaci bublin, které byly předpokládány ve tvaru elips. Autor také řešil PID regulaci vzduchování a následně vytvořil software s grafickým uživatelským rozhraním, které umožňuje v online režimu pro zadanou velikost bublin nalézt požadovaný průtok vzduchu.
Práce obsahuje i pár gramatických chyb a popis některých vzorců není přesný, i když je zřejmé, že je autor používá korektně.
Zaměření práce je poměrně komplexní a snadno by se dalo nechat unést různými detaily v dílčích částech. Proto oceňuji zejména inženýrský přístup, kdy autor využívá adekvátních metod k tvorbě funkčního celku, přičemž si je dobře vědom různých omezení, nedostatků a případných možností vylepšení v budoucnu.
Práce je velmi zdařilá, hodnotím ji výborně a doporučuji ji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. Ve vztazích (5.4) na straně 26 jsou definovány operátory pro hodnocení složek gradientu jako složky samotné a na další straně je pak zmíněn vztah (5.6) pro určení úhlu směru gradientu. Ukažte na jednoduchém příkladu, jak by hodnocení gradientu probíhalo a jak by se určil úhel gradientu pro Gx = 0.
  2. Na konci kapitoly Diskuze doporučujete změnit koncept regulace vzduchování. Můžete nastínit konkrétní řešení, případně požadavky, které by mělo splňovat?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová