KI-Projekte & Forschungswerkzeuge

5 Open-Source-Tools für die Mikroskopie, eine produktive Sportplattform und ein Transformer, der 50 Frames auf einmal liest. Code und trainierte Modelle für alle.

5+
KI-Projekte
15
Publikationen
Schwerpunktprojekt — Aktuelle Forschung

Weitere KI-Projekte

Drei Mikroskopie-Tools und eine Sportplattform.

ReCSAI

Compressed Sensing + Deep Learning

Verbindet Compressed Sensing mit Convolutional Neural Networks für konfokales dSTORM. Lokalisiert Emitter dort, wo die PSF unregelmäßig ist und ein Gauß-Modell nicht passt. Veröffentlicht in BMC Bioinformatics.

Rekursiver Compressed-Sensing-Algorithmus
Verarbeitet unregelmäßige PSFs in der konfokalen Bildgebung
CUDA-optimiert für Echtzeitverarbeitung
PyTorch CUDA Compressed Sensing BMC Bioinformatics

EndureXAI

Sport-Analytics-Plattform

Webplattform für Ausdauersportler. Importiert Trainingsdaten von Strava und Garmin, berechnet die Trainingsbelastung und sagt die Leistung für Triathlon und Radsport voraus. Live auf endurexai.de.

ML-Modelle zur Leistungsprognose
Echtzeit-Analyse der Trainingsbelastung
Integration mit Strava- und Garmin-APIs
Django TensorFlow PostgreSQL Produktion

LineProfiler

Analyse biologischer Strukturen

Erkennt linienförmige Strukturen wie Filamente in Mikroskopiedaten und berechnet Position, Orientierung und Morphologie mit Subpixel-Genauigkeit. Dokumentiert auf ReadTheDocs.

Messungen mit Subpixel-Genauigkeit
Automatisierte Filamenterkennung
Umfassende Dokumentation
Python OpenCV Bildanalyse ReadTheDocs

Impro

3D-Punktwolken-Renderer

OpenGL-Punktwolken-Renderer mit Python-Schnittstelle. Rendert und filtert 3D-SMLM-Datensätze mit Millionen von Punkten in Echtzeit.

Echtzeit-Rendering großer Datensätze
OpenGL-beschleunigte Leistung
Python-Integration für Workflows
OpenGL Python 3D-Grafik Echtzeit

AttentionAI: Technischer Deep Dive

Wie AttentionAI 50 Frames Kontext nutzt

! Das Problem

  • Emitter sind mehrfach aktiv, doch die Information bleibt ungenutzt
  • Hochdichte Bildgebung erfordert spezialisierte Blinking-Puffer
  • Nicht kompatibel mit Lebendzell-Bildgebung und Expansionsmikroskopie

+ Unsere Lösung

  • Verarbeitung von bis zu 50 Frames gleichzeitig mit Attention
  • Lernt Korrelationen über lange zeitliche Sequenzen
  • Funktioniert mit fluktuationsbasierter Super-Resolution
  • Kompatibel mit Lebendzell-Bildgebung und Expansionsmikroskopie

So funktioniert es

Räumliches U-Net-Encoding

Convolutional Layers extrahieren räumliche Merkmale einzelner Frames vor der temporalen Verarbeitung

Multi-Head-Attention

Transformer-Attention lernt temporale Korrelationen über Sequenzen von 50 Frames

Gaussian-Mixture-Ausgabe

Probabilistische Lokalisation mit Unsicherheitsquantifizierung für jeden Emitter

Leistungsergebnisse

Methode Effizienzwert % Below CRLB Kontext-Frames
AttentionUNet 94 76.6% 50
DECODE 91 39.9% 3
ThunderSTORM 23 17.5% 1

* CRLB = Cramér-Rao-Schranke (theoretische Mindestunsicherheit). Höhere Prozentwerte unter CRLB bedeuten bessere Präzision.

Implementierung

# Network Architecture
class AttentionUNet(nn.Module):
def __init__(self, hidden_dim=32):
self.unet1 = UNet(1, hidden_dim)
self.attention = MultiHeadAttention()
self.unet2 = UNet(hidden_dim, 10)
# Context: 50 frames, 60x60 pixels
# Output: probability, position, uncertainty

Trainingsdetails

  • Trainingsdaten: 100.000 simulierte Frames mit realistischer Photophysik
  • Kontextlänge: 50 Frames pro Sequenz
  • Fine-Tuning: Liefert bessere Ergebnisse als Training von Grund auf
  • Hardware: NVIDIA RTX 4090, 24 Stunden Trainingszeit
  • Validierung: Datensatz des SMLM Fight Club Contests

Technologie-Stack

Was ich tatsächlich benutze.

Python

PyTorch

TensorFlow

CUDA

OpenCV

OpenGL

Django

PostgreSQL

Docker

FastAPI

Git

GitHub

Open-Source-Beiträge

Code, Modelle und Simulatoren zu jedem Paper.

Reproduzierbarkeit der Forschung

Alle Forschungsprojekte umfassen vollständige Implementierungen, trainierte Modelle und Simulations-Engines. So können andere Forschende die Arbeit reproduzieren, erweitern und darauf aufbauen.

Vollständiger Quellcode mit Dokumentation
Vortrainierte Modelle und Datensätze
Simulations-Engines für Trainingsdaten
Umfassende Tutorials und Beispiele
5
Open-Source-Projekte
0
Zitationen der Werkzeuge
Kooperationsanfrage

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