Accelerate your imaging data processing, segmentation, and classification using Machine and Deep Learning in Amira, Avizo, and PerGeos Software

Artificial intelligence (AI) methods, such as machine learning and deep learning, have proven to be powerful approaches for automating image segmentation and improving image quality.

The use of AI-based tools in Thermo Scientific Amira-Avizo 2D Software, Amira-Avizo Software, and PerGeos Software is a major leap forward and enriches processing capabilities by allowing the ability to mix both traditional and AI-based algorithms.


Deep Learning in Amira-Avizo Software and PerGeos Software

Deep-learned neural networks have proven to be invaluable tools for many research and industrial purposes in recent years. Using deep learning for processing images allows researchers to go beyond traditional image processing for greatly improved results.

Amira-Avizo Software and PerGeos Software provide ideal environments for deep learning.

A rich image pre/post-processing toolbox supplementing user-friendly manual and supervised segmentation allows enhanced data annotation and preparation for the training phase and the prediction phase. It also leverages the actual model building, training, and prediction steps from experienced deep learning frameworks, such as TensorFlow and Keras. The workflow for learning from a manually segmented subset and performing the prediction on a complete data set is as simple as applying two modules.

Deep learning model trained on a subvolume for detecting membranes and mitochondria, prediction applied on the full volume. Data courtesy of Cardona A, et al. 2010. An Integrated Micro- and Macroarchitectural Analysis of the Drosophila Brain by Computer-Assisted Serial Section Electron Microscopy. PLoS Biol 8(10): e1000502. doi:10.1371/journal.pbio.1000502.

Deep Learning off-the-shelf

The Deep Learning Prediction module allows for trained models to be used on data. It can be incorporated within any workflow or recipe to automate your image processing, segmentation, or analysis tasks.

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The deep learning training modules feature a highly configurable tool for training models using state-of-the-art architectures, such as Unet with Resnet or VGG backbones, data augmentation, a selection of loss, and metric functions. The training can occur from scratch (random weights) or from pre-trained weights.

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The training is monitored in real time using TensorBoard to track metrics, such as loss and accuracy, or to visualize the model’s architecture.

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Watch accuracy and loss on training and validation sets.

Customizable solution

Amira-Avizo Software and PerGeos Software’s latest versions provide a default set of deep learning Python packages and modules based on Keras, a high-level neural networks API running on top of TensorFlow. You can go further by customizing your Python environment or creating multiple self-contained Python environments with their own sets of packages and use them within your own Python Script Modules (pyscro).

Advanced users and Python programmers can customize both the Deep Learning Training and Prediction modules. A plugin system allows for the definition of custom model architectures, loss, or metric functions, which can be readily available from the GUI Deep Learning Training module.

Prediction can also be customized from pre- to post-prediction processing, to enable full control on the input and outputs and to optimize memory usage.


Applications and use cases

Image segmentation of mitochondria blobs

Mitochondria are difficult to segment using traditional approaches because they have connections with the outer endoplasmic reticulum and an internal membrane-like structure.

The model trained with Amira-Avizo Software’s deep learning tool allows the automatic extraction of mitochondria from a FIB-SEM stack. The training was done using only a few slices, which were segmented manually with Amira-Avizo Software’s segmentation editor. It was then possible to automatically segment the rest of the stack, saving hours of manual work.

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(Left) Manual segmentation using Amira-Avizo Software's segmentation editor, and (right) 3D visualization of the mitochondria from the automatic segmentation of the full stack with deep learning. Data courtesy of Advanced Imaging Res. Center, Kurume Univ. Sch. Med.


Image denoising of SEM

For 3D serial sectioning and 2D tiling applications, time to data versus image quality must be carefully balanced. Usually, the data is heavily down-sampled to process it. Following acquisition, conventional algorithms, such as gaussian-smoothing and non-local-means filtering, leave artifacts. Alternatively, deep learning algorithms can be tuned in such a way that they do not induce artifacts. Processing can be done relatively quickly when a deep learning model is available. Below, we highlight a model that can quickly restore SEM images.


Deep Learning segmentation of pores in solid oxide fuel cells in FIB-SEM

FIB-SEM 3D images of non-impregnated porous media suffered from a so-called pore-back effect, in which the back of a pore can be easily confused with a solid material lying on the section. In this case, we trained a deep learning model to recognize pore-backs by segmenting a number of image patches using traditional supervised techniques.

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Illustration of the training of a deep learning model based on patches, including prediction on the full dataset. Solid Oxide Fuel Cell dataset courtesy of Sabanci University, Turkey.

Facies Classification with Supervised Machine Learning

Rock type (facies) identification plays a key role in the exploration and development of oil and gas reservoirs. Traditional core-based facies identification is costly, time consuming, and subjective. Machine Learning allows you to address the challenges in a fully automated and reproducible way.

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Color Auto Classification based on machine learning

Based on machine learning, the Color Auto Classification tool automatically segments a color image into labels. A supervised random forest method is used.

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Automatic segmentation of an optical image of a thin section using Color Auto Classification. Data courtesy of Stratum Reservoir.

Texture Supervised Classification based on machine learning

Texture classification is a machine learning technique that relies on learning texture patterns from markers defined by the user and then classifying each pixel of the image according to its similarity to the learned patterns.


Products

Style Sheet for Instrument Cards Origin

Amira Software
ライフサイエンス

  • 2D-5D生体イメージングデータを見る
  • 構造の明確化と理解
  • 統計情報の取得
  • レポートや美しいアニメーションの共有

Avizo Software
材料科学

  • マルチデータ/マルチビュー、マルチチャンネル、時系列、非常に大きなデータのサポート
  • 高度なマルチモード2D/3D自動位置合わせ
  • アーチファクト削減アルゴリズム

Pergeos Software
岩石および鉱物

  • 岩石画像データを可視化、処理、分析
  • 細孔からコアまでのマルチスケール画像分析が可能
  • 地質学的特性および岩石物性の計算

Athena Software
イメージングデータ管理

  • 画像、データ、メタデータ、試験ワークフローのトレーサビリティを確保
  • イメージングワークフローの単純化
  • コラボレーションの向上
  • データアクセスの安全性と管理

Services

Amira-Avizo-Introductory-training_1160x600

初級者向けトレーニング

Amira、Avizo、およびPerGeosソフトウェアの新規ユーザー用に設計された初級者向けトレーニングは学習速度を高め、投資を最大化します。

このコースは講義と実践セッションで構成されています。トレーニング教材は、Amira、Avizo、およびPerGeosソフトウェアの基本的な特長や機能を取り上げています。

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上級者向けトレーニング

Amira、Avizo、およびPerGeosソフトウェアの既存ユーザー用に設計された上級者向けトレーニングは投資を最大化し、結果までの時間の短縮します。

このコースは講義と実践セッションで構成されています。トレーニング教材は、Amira、Avizo、およびPerGeosソフトウェアの高度な特長や機能を取り上げています。

Amira-Avizo-Custom-Dev_1160x600

カスタム開発

サーモフィッシャーサイエンティフィックには25年以上にわたる3Dおよび画像処理の経験と、大小の規模の組織に提供してきたカスタムプロジェクトの実績があり、お客様の独自のニーズに合わせてソリューションを提供できます。

当社のソフトウェアソリューションをさまざまなレベルでカスタマイズおよび拡張できます。

Features

画像データのインポートおよび処理

    • あらゆる規模、あらゆるサイズのモダリティを処理

    - バイオフォーマット
    - ビットマップフォーマット
    - 顕微鏡:電子および光学
    - 医学および神経画像フォーマット
    - 分子フォーマット
    - その他の画像取得機器(MRI、X線など)

    • 有限要素モデリング、幾何モデリング、CAD
    • マルチデータ/マルチビュー、マルチチャンネル、時系列、非常に大きなデータのサポート
    • 倍率、校正、変換、試料の再採取
    • 画像補正、広範囲フィルタリングおよび畳み込み、周波数フーリエ変換
    • アーティファクト低減アルゴリズム
    • 高度なマルチモード2D/3D自動登録
    • 画像スタックアライメント、演算、相関、統合

    画像データの容易なセグメンテーション

    • 閾値化および自動セグメンテーション、物体の分離、自動ラベリング
    • 領域拡張法、スネーク法、内挿、ラッピング、平滑化
    • Watershedアルゴリズムやbasinアルゴリズムなどの形態学的処理
    • 機械学習に基づくセグメンテーション
    • 個々の繊維、フィラメントの自動トレース
    • 細線化およびフィラメントネットワーク抽出
    • セグメンテーションまたは空間グラフの生成と編集のためのインタラクティブツール
    • 3D表面再構成
    • FEA/CFD のグリッド生成

     

    分析および視覚化の成果をエクスポートしてシームレスに公開および発表

    • アニメーションおよび動画の作成
    • 高度なキーフレームとオブジェクトアニメーション
    • 画像、幾何学的モデル、測定値、シミュレーションをミックス
    • 注釈、測定の凡例、ヒストグラム、曲線プロット
    • スプレッドシート、3Dモデル、高品質の画像をエクスポート
    • 能動的および受動的3次元ステレオビジョン
    • 単一またはタイルドスクリーンディスプレイ
    • 没入環境

    画像データの可視化と探索

    • インタラクティブな高品質ボリュームおよびマルチチャンネルの可視化
    • 直角、傾斜、円柱状、曲線状の切断
    • 輪郭およびアイソサーフェス抽出
    • 最大値投影法または他の種類の投影法
    • ベクトルおよびテンソルの可視化
    • 物体および追跡
    • 分子可視化

    画像データの解析と定量情報の取得

    • 直感的なレシピの作成、カスタマイズ、自動再実行
    • カウント、容積、面積、周囲長、アスペクト比、方向などの測定機能を搭載
    • ユーザー定義の方法
    • スプレッドシートツールおよび図表による結果表示
    • 個々の機能の自動測定、3Dローカリゼーション、スプレッドシート選択
    • 自動統計、分布図
    • 任意の測定基準を使用した特徴フィルタリング
    • データ登録、変形、比較および測定

     

    ユーザーニーズに合わせた、Amiraソフトウェアの容易かつ迅速な適応

    • カスタムC++モジュールの開発
    • MATLAB™ブリッジ
    • PythonスクリプトAPI

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