Interaktive multifunktionale konfokale Bildanalyse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Haring Bolívar; Professor Dr.-Ing. Andreas Kolb
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 152474993

Robuste und schnelle Analysen mikroskopischer Proben sind für die Entwicklung innovativer Produkte in den Material- und Lebenswissenschaften von großer Bedeutung. Aktuell eingesetzte konfokale Mikroskopsysteme basieren hauptsächlich auf der Detektion der Fluoreszenz, wobei die erforderliche Markierung mit Chromophoren die Analyse auf wenige Bestandteile einer Probe einschränkt. Dieses Projekt greift aktuelle Entwicklungen im Bereich multifunktionaler, konfokaler 3D Mikroskopiesysteme auf. Die Kombination verschiedener multimodaler Funktionalitäten wie Raman und nicht-lineare konfokale Absorptionsmessung stellt eine signifikante Erweiterung aktueller meist monomodaler Systeme dar. Dieser neue Ansatz ermöglicht die gleichzeitige Erfassung einer Vielzahl von Informationen einer Probe ohne auf eine Fluoreszenzmarkierung angewiesen zu sein. Komplementäre und redundante Daten ermöglichen robustere und verlässlichere visuelle Analysesysteme. Informationen über die chemische Zusammensetzung, z.B. lokale Beziehungen in den Struktureigenschaften einer Probe werden verfügbar und Fehler einzelner Signale können quantifiziert werden. Die Umsetzung dieses Projektes stellt sowohl für die Erstellung der System-Hardware, wie für die Auswerte-Software eine große wissenschaftliche Herausforderung dar. Der Prototyp eines Systems zur simultanen Akquisition der Raman Streusignale und der direkten konfokalen Absorption muss entwickelt und evaluiert, sowie um eine zeitauflösende Messung ergänzt werden. Im Vergleich mit bestehenden Mikroskopsystemen nimmt bei diesem Aufbau Umfang und Komplexität der Daten erheblich zu, so dass diese nicht mehr mit einer einheitlichen numerischen Prozedur analysiert werden können. Entsprechend müssen neue Ansätze zur Informationsextraktion entwickelt werden. Die neue Art der multifunktionalen Daten erfordert eine interaktive Exploration unter Einbeziehung von high-level Benutzerschnittstellen zur interaktiven Anpassung relevanter Analyse- und Visualisierungsparameter, um die komplexen und teilweise sogar unbekannten Beziehungen zwischen den Funktionalitäten erfassbar zu machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Rainer Bornemann