Teollisuusmatematiikka. Samuli Siltanen Matematiikan ja tilastotieteen laitos Helsingin yliopisto Tieteen päivät 13.1.2011



Samankaltaiset tiedostot
Kuvantamisen matematiikka: tieteestä tuotteiksi

matematiikka Tapio Helin Nuorten akatemiaklubi Helsinki Matematiikan ja tilastotieteen laitos

IMPEDANSSITOMOGRAFIA AIVOVERENVUODON DIAGNOSOINNISSA - TARVE UUDELLE TEKNOLOGIALLE

Lataa Matemaattinen mallinnus. Lataa

Röntgentomografia. Tommi Markkanen LuK-seminaari Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta

Esimerkki - Näkymätön kuu

Kuopion Keilailuliitto Rauhalahti Bowling

KITEEN PESÄPALLOHISTORIAA 2008

Kinkkupuulaaki 2018 Kinkkupuulaaki 2017 Tulokset: Tulokset: Kinkkupuulaaki 2016 Kinkkupuulaaki 2015 Tulokset: Tulokset:

RASTI 1. Pisteytys PP A B C D PPo ohi E/A Tv Hämeenlinna Hätilä

SSL / SM-kilpailut

TULOKSET 18:10 SML Itä-Suomen mestaruuskilpailu Kuopio

TULOKSET. SML ISM Kuopiossa ILMAHIRVI 10M KAIKKI SARJAT. Sarja Etunimi Sukunimi Seura Alku Loppu Tulos Ratkot

ITÄ-SUOMEN MESTARUUSKILPAILUT JOROINEN

72 osallistujaa, yhteissaalis g MIEHET YLEINEN sijoitus Nimi Tulos OSASTON NIMI 1 Harri Hakulinen 7365 Kiteen Puutyöntekijät r.y.

Tutkimuksen huippuyksiköt Vuosiseminaari

Itä-Suomen mestaruuskilpailut Joroinen

Sija No Kippari Cup kilpailu Os. sij. pist. Cup kilpailu Os. sij. pist. Cup kilpailu Os. sij. pist. Cup kilpailu Os. sij. pist. Yht.

VAASAN SULKIS RY POHJANMAAN ALUEEN KAUDEN PÄÄTÖSTURNAUS - TULOKSET

E-H Res.piirien ilma-asemestaruuskilpailut 2019

Tulos vertailulukujärjestyksessä

TULOKSET Pohjoismainen metsästysammunta Pohjoismainen metsästysammunta SM-2012 Nilsiä

Valokuvien matematiikkaa

Malleja ja menetelmiä geometriseen tietokonenäköön

ITÄ-SUOMEN SOTILASLÄÄNIN RESERVILÄISTEN AMPUMAKILPAILU RISSALA. Korjatut tulokset HENKILÖKOHTAINEN KILPAILU

Kinkkupuulaaki 2014 Kinkkupuulaaki 2013

Kuopion Keilailuliitto Rauhalahti Bowling

47 46,70 Andrea Vasilescu/91 35,0 37,5 40,0 40, ,85 Andreea Vasilescu / 91 37,5 40,0 42,5 40,0

Luokka: Vakio(Yhdistetty) Lopputulokset. Noormarkun-Ahlaisten Reserviläiset ry. Tulostettu: sunnuntai Sijoitus Kilpailu %

1 Kierros Kokonaisaika Kierrosaika Varustenikkarit Matka 12:00: :08:10 0:08:10 Harri Hakola 2,6 2 12:16:54 0:08:44 Harri Hakola 5,2 3 12:25:56

1 Kierros Kokonaisaika Kierrosaika Varustenikkarit Matka 12:00: :08:10 0:08:10 Harri Hakola 2,6 2 12:16:54 0:08:44 Harri Hakola 5,2 3 12:25:56

10 m liikkuvanmaalin SM - Kilpailu Koskikeskuksen ampumarata, Tampere

Bussiin nousulista ==============

J. Kivelä,?, O. Rissanen, Juhani Mattila, Ossian Peltola, Antti Solja, Tapio Vuorinen?, Karl-Erik Ladau, Martti Siukosaari,?

Laskennallisten tieteiden tutkijakoulu FICS. Ella Bingham, TKK

Liikkuva maali SAL mestaruuskilpailu Kuopio

Naiset. B 1 Leinonen Pekka Oulu 72 B

S E U R A E N N Ä T Y K S E T

Puheentunnistus. Joel Pyykkö 1. 1 DL-AT Consulting

Rakennusliitto ry:n liittokokousvaalit 2011 Tulos vertailulukujärjestyksessä vaaliliitoittain

SM-kilpailut Putoavat taulut Kangasala

TULOKSET 19:00 Itä-Suomen mestaruuskilpailut Kuopio

Länsi-Suomen Lääninmestaruuskilpailut

SM SPORTING OULAINEN TULOKSET

Compak Sporting SM Nokian ampumarata Kilpailujen järjestäjänä toimi Nokian Seudun Ampujat TULOKSET SARJA Y Sijoitus Nro Nimi Seura 1.

5. Kyösti Korpiola ,1971,1973,1974 ( ,1967,1970, ,1968) ( ,1964) ( )

TULOKSET ILMA-ASEET 10 m

29 Tähkäpää Markku Kärpänen Tähkäpää Markku 174 Ei osallistunut 136 Ei osallistunut Tähkäpää Markku LK Kärpänen Tähkäpää Markku 174 Ei

JESSE- uistelu

Inversio-ongelmia ja matematiikan sovelluksia. Joonas Ilmavirta Matematiikan ja tilastotieteen laitos Jyväskylän yliopisto Täydennyskoulutus 5.6.

Poliisien yleisurheilun ja viisiottelun SM- kilpailut Tampereen Stadion, Ratina ja Pyynikki. M 100 m. Tuuli: - 1,2

Hyvinkään Keilailuliitto Hyvinkään Keilahalli

Hyvinkään Keilailuliitto Hyvinkään Keilahalli

SM-kilpailut Putoavat taulut Kangasala

TULOKSET. ISM 2018 ja SM esikisa Kuopio HIRVI 100M

YRITTÄJIEN SM-GOLF Lakeside Golfin Järvenranta-kentällä

Metsästäjänumero. Kotikunta. Lupatyyppi

25m Pienoispistooli erä 2, lauantai , klo 12:15-14:00 ==============================================================

ERÄLUETTELO RATA 1 KLO 10.00

2.00,2 Ilmo Siitari ,59 Henri Manninen ,0 Väinö Lestelä ,8 Tapio Nykänen ,8 Erkki Oikarinen -70

KÄRKÖLÄN PITÄJÄNKISAT

Hyvinkään Keilailuliitto Hyvinkään Keilahalli

/18. Liite Virallisen lehden numeroon 55/ Toimittanut eduskuntatiedotus

Ranta Seppo. Oritikka Lehto Pekka Tupla Team Kangasala. Tamminen Marko. Casablanca

Kangasala Sk talkoolista Tampereen Iltarastit Ma Kangasalan lukio. Pekka Kannus, ,

Reservin ampumamestaruuskilpailut 2015

Kauhajoki, Karhu

Hyvinkään Keilailuliitto Hyvinkään Keilahalli

M AK+LK SIJA NIMI PIIRI SARJA

Kari Simola Rakennusinsinööri Jaakko Riippi Kiinteistönhoitaja

PELAAJAT JOUKKUEITTAIN

127 Kettunen Markku : Kettunen Markku : Jari Järvinen :

Rata 1 ylätaulu 88 Toiva Jarmo P-HA M Rata 1 ylätaulu 38 Korkeela Jarkko K-64 M alataulu 28 Ylikojola Reijo IlmA M alataulu 76 Lindstedt Ari NoSA M

Matematiikka tekee näkymättömästä näkyvän (ja päinvastoin) Mikko Kaasalainen Matematiikan laitos TTY

ISM-hirvenhiihto. Yksilökilpailut. Hiihtely. Nilsiä,

Tulokset olosuhteittain paremmusjärjestyksessä

Lapin AM , Rovaniemi, Ounasvaaran Hiihto H21 8,19 km osallistujia: 15 rasteja: 22 lähtö: 1

Tornion Raja Kisa 2014

MAAPALLON GEOMETRIA JA SEN SELVITTÄMINEN

Suomen Metsästäjäliitto - FinlandsJägarförbund. Kansainvälisten lajien SM-kilpailut Sotkan Ampumarata, KAUHAJOKI

Seuraottelun tulokset

Sijoitus Sarja/Nimi/Seura Loppuaika 1 puolimaraton M / Gharbi Sellami / Karsija ja RRR 01:20:48

E-H Res.Ups.piirin ruutiasemestaruuskilpailu 2013

25m. PISTOOLI ls.

SVA Riistamaali mestaruuskilpailu Sipoossa 2017 Perjantai

Laskennallinen menetelmä puun biomassan ja oksien kokojakauman määrittämiseen laserkeilausdatasta

SVA 2018 mestaruuskilpailu, liikkumavaali 10m Putoavat taulut N55 M65 M70 M75 M80 M Aalto Tiina N55 ESF

SKAL:n & Taksiliiton hiihtomestaruuskilpailut Tulostettu klo Sivu 1 STL 6v 1km Lähti : 3 Keskeytti : 0 Hylätty : 0

Oulun yliopisto, yliopistokollegio Kokous 3/2018

XXXXIII AVOIMET LUHANGAN KISAT

1. Hokkanen Jaana URMAS Savolainen Päivi KAMS Niskanen Eeva K-SMAS

Matka maapallon keskipisteeseen sädemuunnosten matematiikkaa

PVM LAJI SUKUP. PITUUS PAINO RASVAEVÄ VIKA SAANTIPAIKKA VIEHE KALASTAJAT

07:00 Raahe 2 NIC-863 (53) 02:00 Lidl purku 1. 04:30 Lidl purku pakaste. 18:00 Turku paluu 20:00 LAHTI PALUU 20:00 20:00 LAHTI PALUU

Classic Motocross Sipoo Kierrosajat 35 (54) Jukka Lahti (A)

HRK.fi uistelu Petäys Resort

SVA Riistamaali mestaruuskilpailu Sipoossa 2017 Perjantai

Savo-Karjalan AM sprintti Liperin Käsämässä tulokset

PORKVU. TPU Turku Tampere. Riihimäki Vanginvartijat Tampere Tampere Riihimäki.

Harvennus- ja päätehakkuut

Transkriptio:

Teollisuusmatematiikka Samuli Siltanen Matematiikan ja tilastotieteen laitos Helsingin yliopisto Tieteen päivät 13.1.2011

Paperin laadunvalvonta läpivalaisun avulla Kolmiulotteinen hammasröntgenkuvaus Puheteknologiaa matematiikan keinoin

Paperitutkimuksemme on Metsäklusterin rahoittama yhteishanke Jouni Takalo Jussi Timonen Matti Lassas Jouni Sampo Samuli Siltanen

Paperi läpivalaistaan ja valokuvataan. Valonlähde Puolet paperista peitetään, jotta saamme tietoa näytteen sisäisestä rakenteesta. Paperinäyte Musta levy Digitaalikamera

ohut paperi paksu

ohut paperi paksu

Projektin ensimmäinen laboratoriotila.

Valo Röntgen

Käänteisiä menetelmiä hyödyntämällä saadaan läpivalaisukuvasta (melkein) röntgenkuva Läpivalaisukuva Röntgenkuva Korjattu kuva

Paperin laadunvalvonta läpivalaisun avulla Kolmiulotteinen hammasröntgenkuvaus Puheteknologiaa matematiikan keinoin

Hammaskuvausprojektia on tehty 2001-2010 isolla porukalla: Nuutti Hyvönen Seppo Järvenpää Jari Kaipio Martti Kalke Petri Koistinen Ville Kolehmainen Matti Lassas Jan Moberg Kati Niinimäki Juha Pirttilä Maaria Rantala Eero Saksman Henri Setälä Erkki Somersalo Antti Vanne Simopekka Vänskä

Röntgenmittauksien tulkinta Röntgenlähde 1000 1000 1000 250 500 1000 Ilmaisin Logaritmi 5,5 6,2 6,9 Tiheys 1,4 0,7 0,0

Röntgenmittaus on yhteenlaskettu tiheys, jonka säde kohtaa aineen läpi kulkiessaan Ilmaisin Röntgenlähde 4 4 5 1 3 4 1 0 2 13

Röntgentomografian suora ongelma: jos aine tunnetaan, mitkä ovat mittaukset? 8 2 5 2 1 2 9 2 4 4 5 13 1 2 1 3 4 1 0 2 8 3 6 7 11

Röntgentomografian käänteinen ongelma: mittaukset tunnetaan, mikä on aineen rakenne? 9 2 8 2 5 2 1 2 13 1 2 8 3 6 7 11

Tomografiaongelma muuttuu hankalammaksi, jos kuvaussuuntia on rajoitetusti 9 tuntematonta, 11 yhtälöä: OK! 9 tuntematonta, 6 yhtälöä: HUPS!

Rajoitetun kulman tomografialla on usein monta ratkaisuehdokasta. Minkä valitsemme? 8 2 9 2 1 2 4 4 5 1 3 4 1 0 2 13 8 3 5 6 2 1 5 2 4 0-1 9 1 3 1 0 7 3 0 0 Ongelman ratkaisemiseksi tarvitaan lisätietoa!

Ymmärtääksemme rajoitettua ongelmaa, tutustukaamme perinteiseen tomografiaan Röntgenmittauksia kerätään viipaleesta 180 eri suunnasta: Röntgenlähde Ilmaisin Kuva: http://www.fda.gov/cdrh/ct/what.html

Matemaattinen laskentamenetelmä muodostaa mittauksista viipalekuvan Röntgenlähde Ilmaisin

Viipalekuvantamisen keksi ensimmäisenä J. Radon vuonna 1917, tosin vain teoriassa Johann Radon (1887-1956). Tässä Radonin kuuluisa käänteiskaava:

Suodatettu takaisinprojektiokaava: Suodatettu takaisinprojektio on tietokonetomografian perusmatematiikkaa, jota käytetään päivittäin sairaaloissa. Hounsfield ja Cormack saivat siitä Nobelin palkinnon 1979. Suodatettu takaisinprojektio ei kuitenkaan sovellu rajoitetun mittauksen kuvantamiseen.

Vuonna 2001 alkoi rajoitetun mittausdatan kolmiulotteisen röntgenkuvauksen kehitystyö Tavoitteena oli luoda matemaattista teknologiaa, joka kelpuuttaa syötteeksi millä tahansa röntgenlaitteella eri suunnista otettuja kuvia, ja tuottaa tulokseksi niin tarkan kolmiulotteisen tietokonemallin potilaasta, että lääkäri saa siitä tarvitsemansa tiedon. Instrumentarium Imagingin röntgentuotteita vuonna 2001:

Röntgenlähde Focus Koejärjestely Instrumentariumin laboratoriossa

Ilmaisin Hammas Röntgenlähteen sijainnit Kiitokset Helena Sarlinille viisaudenhampaan lahjoittamisesta tieteen palvelukseen!

Tässä näytiksi muutama röntgenkuva mittaussarjastamme 0 30 60 90 Kuvauskulma on merkitty asteina

Vaakasuorat totuus uusi vanha viipalekuvat:

Pystysuorat totuus uusi vanha viipalekuvat: Kolehmainen, S, Järvenpää, Kaipio, Koistinen, Lassas, Pirttilä, Somersalo (2003)

Ville ja Samu 11 mittaustunnin jälkeen

Tavallinen röntgenkuva ei sisällä riittävästi tietoa hammasistutteen asennusta varten

Panoraamakuvauslaite pyörähtää pään ympäri ja tuottaa kuva koko hampaistosta Panoraamakuvantamisen keksi Yrjö Paatero 1950-luvulla. Nykyään panoraamalaite kuuluu jokaisen hammasklinikan perusvarusteisiin. Ohjelmoimme projektissamme panoraamalaitteelle uusia liikeratoja.

Tällaisia kuvia kykenemme ottamaan panoraamalaitteen uusilla liikeradoilla: 11 kuvaa leukaluusta eri suunnista Hammaskaari 40 asteen avautumiskulma Röntgenlähteet 1000 x 1000 pikseliä kuvassa, kuvanmuodostus skannaamalla

Rajoitetun kulman kuvantamisella voidaan paikallistaa hermokanava porausta varten Tekniikkaa käytetään PaloDEx Groupin VT-laitteessa.

Paperin laadunvalvonta läpivalaisun avulla Kolmiulotteinen hammasröntgenkuvaus Puheteknologiaa matematiikan keinoin

CSI Speech projektissa sovelletaan käänteismatematiikkaa puhetutkimukseen Anne-Maria Laukkanen Mikko Kaasalainen Ville Kolehmainen, tomografia Paavo Alku Risto Ilmoniemi Mikko Sams Mikko Kurimo Patrick May Hannu Tiitinen Samuli Siltanen, inversio Matti Lassas, inversio Erkki Vilkman, foniatria Martti Vainio, fonetiikka

Puheteknologian pohjana on GIF-suodin (Glottal Inverse Filtering) Äänihuulten värinä Mikrofoniäänitys Suora ongelma: Jos äänihuulten lähtösignaali ja ääniväylän muoto tunnetaan, mitä mikrofoni nauhoittaa? Inversio-ongelma: Mikrofoninauhoituksesta löydettävä äänihuulten lähtösignaali ja ääniväylän muoto. Tällaista menetelmää kutsutaan GIF-suotimeksi.

GIF-suotimella on monia käyttökohteita Puhesynteesi: tietokoneella tuotettua puhetta voidaan käyttää automaattisissa ilmoituksissa esimerkiksi rautatieasemilla sekä yritysten puhelinpalveluissa. Yksi tärkeimmistä sovelluksista on vammaisen elämää helpottava puheproteesi. Motto: mitä parempi GIF-suodin, sen ilmeikkäämpi synteettinen puheääni. Puheentunnistus: sovelluksia ovat esimerkiksi erilaisten laitteiden ohjaaminen puheella, tekstiä tuottava sanelukone tai automaattisesti kielen kääntävä megafoni. Motto: mitä parempi GIF-suodin, sen tarkempi puheentunnistus riippumatta puhujasta ja taustamelusta.

Kuunnellaan ääninäytteitä. Verrataan kahta erilaista tietokoneella tuotettua puhetta: (1) Kaupallinen perustekniikka, (2) Paavo Alkun (Aalto) ja Martti Vainion (Helsingin yliopisto) kehittämä uudenaikainen menetelmä. Matemaattisilla inversiomenetelmillä puhesynteesiä voidaan kehittää edelleen luonnollisempaan suuntaan.

Yhteenveto: Matematiikka ja tietokonelaskenta mahdollistavat uudenlaisen teknologian teolliseen kehitystyöhön. Matematiikan yleispätevyyden ansiosta samat menetelmät toimivat eri sovellusaloilla. Lisätietoja on saatavilla verkkosivulla www.siltanen-research.net