Curriculum Vitae et Studiorum di Laura Antonelli
Via P. Castellino, 111
80131 Napoli
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DATI P ERSONALI
Data di Nascita 19 Agosto 1975
Luogo di Nascita Napoli, Italia
I STRUZIONE
Laurea con lode in Matematica, 1999. Tesi: Un software parallelo per la ricostruzione di
immagini basato sul metodo dei minimi quadrati con vincoli, presso l’Università degli Studi
di Napoli Federico II
Dottorato di Ricerca in Matematica Applicata ed Informatica, 2003. Tesi: Sulla risoluzione
numerica di un problema inverso mal posto in ambiente di calcolo ad alte prestazioni (Tomografie Computerizzate ad Emissione di Fotone Singolo: SPECT), presso l’Università degli
Studi di Napoli Federico II
ATTIVITÀ
SCIENTIFICA
L’attività scientifica si colloca nell’ambito dell’Analisi Numerica ed è rivolta allo studio di
metodi ed allo sviluppo di algoritmi e software numerico in ambienti di Calcolo ad Alte
Prestazioni.
I primi studi, condotti durante lo svolgimento della tesi di laurea, sono stati rivolti verso
problemi dell’Image Restoration, ovvero la ricostruzione di immagini sfocate e perturbate
da rumore. Il lavoro svolto ha riguardato principalmente lo sviluppo di un software parallelo basato sul metodo dei minimi quadrati con vincoli per la ricostruzione di immagini
bidimensionali in scala di grigio [1].
Successivamente l’attività di ricerca è stata svolta principalmente nell’ambito dei seguenti
progetti nazionali ed internazionali:
· FIRB Grid.it: Piattaforme Abilitanti per Griglie Computazionali ad Alte
Prestazioni orientate ad Organizzazioni Virtuali Scalabili, Workpackage 9 - WP9 Grid Enabled Scientific Libraries, finanziato dal MIUR;
· PRIN 2000-2002; 2002-2004; 2004-2006: Inverse Problems in Medical Imaging,
cofinanziato dal MIUR.
Il lavoro principale è stato rivolto alla progettazione ed allo sviluppo di software parallelo per la ricostruzione di immagini 3D provenienti da dati SPECT [4,6,9]. Il sistema
di acquisizione di dati 3D SPECT è descritto da una Trasformata di Radon (modificata opportunamente in accordo con il sistema di acquisizione preso in considerazione),
pertanto nel problema della ricostruzione si utilizzano tecniche regolarizzanti al fine di
ricostruire un’immagine sufficientemente accurata. L’attività di ricerca svolta ha consentito di approfondire oltre le problematiche relative alla ricostruzione di immagini
biomediche, ovvero la riduzione dei tempi di risposta [7,8] degli algoritmi di ricostruzione attualmente in uso (e quindi gli aspetti legati allo sviluppo di algoritmi e software
efficienti), anche quelle legate alla necessità di sperimentare l’affidabilià delle tecniche
di regolarizzazione basate sul funzionale di Totale Variazione [2,3,5] particolarmente
adatto ad enfatizzare i contorni degli oggetti presenti in un’immagine.
I metodi numerici presi in esame sono stati essenzialmente quelli di tipo algebricoiterativo (Punto Fisso, Gradiente Coniugato, Expectation Maximization). Sul gradiente
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coniugato è stato anche condotto uno studio per la realizzazione e l’implementazione
di un algoritmo in ambiente di Calcolo Distribuito [10].
Tutti i codici paralleli sviluppati in tale attività sono stati collezionati in un prototipo di
libreria parallela di software matematico per l’elaborazione di immagini mediche, MEDITOMO [8], utilizzata in fase di sperimentazione durante gli anni del progetto presso
l’ospedale di Careggi (Firenze).
· Engine Modeling, CNR: Simulazione di motori innovativi in ambienti Grid
finanzianto dall’Istituto Motori del CNR;
· International Cooperation Project, Funded by CNR and Bulgarian Academy of Science
Numerical simulations of Reactive Flows in Grid Environments.
In questi ultimi due progetti la ricerca è stata rivolta verso lo studio delle problematiche
riguardanti la simulazione della combustione di motori diesel, descritta da un sistema
di equazioni di Navier-Stokes non stazionarie. La risoluzione numerica di tale sistema
viene effettuata mediante un operatore di splitting che separa il problema della fluidodinamica dal problema della combustione conducendo alla risoluzione di tre sottoproblemi indipendenti. L’attività di ricerca si è concentrata principalmente sulle questioni
numerico-computazionali del sottoproblema della combustione descritto da un insieme di sistemi non lineari di equazioni differenziali ordinarie. Ogni sistema descrive
l’attività di combustione in una singola cella della griglia geometrica tridimensionale descrivente il motore. L’impiego di schemi dettagliati di cinetica chimica per una
simulazione realistica del processo di combustione impone il sottoproblema della combustione il più oneroso dal punto di vista computazionale nell’intera simulazione di un
motore. Gli studi svolti hanno consentito di approfondire le proprietà numeriche delle
varie fasi della combustione e di sviluppare un opportuno multi-solver per rispondere
alle diverse esigenze di efficienza e di accuratezza [13,14] non solo durante le varie fasi
(adattavità temporale) ma anche di rispondere alle diverse caratteristiche locali proprie
della combustione (adattatività spaziale). L’impiego di metodologie del calcolo parallelo ha consentito di realizzare delle simulazioni con tempi di risposta compatibili
con le esigenze sia di studio che di mercato. Gli studi effettuati hanno condotto alla
realizzazione di un software di simulazione della combustione in ambiente di griglia
computazionale [11,12,13] ed alla realizzazione di un algoritmo per il bilanciamento
dinamico del carico di lavoro per le stesse simulazioni in ambiente parallelo [15]. Tutte
le simulazioni sono state effettuate su un motore prototipo basato su un modello EURO
IV della FIAT.
· FIRB Giovani 2010, Il ruolo delle modificazioni epigenetiche dipendenti
dalle proteine Polycomb nelle laminopatie: uno studio con tecnologie
innovative Genome Wide ed algoritmi numerici ad alte prestazioni per
l’analisi di immagini, finanziato dal MIUR.
· EPIGEN, Progetto Bandiera Epigenomica del CNR, finanziato dal MIUR.
Attualmente l’attività di ricerca condotta nei due ultimi progetti elencati, è rivolta allo studio di metodi ed algoritmi numerici, ed allo sviluppo di software, per l’analisi
di immagini provenienti da microscopi time-lapse. In particolare, i processi biologici
di interesse da analizzare sono l’invecchiamento ed il differenziamento in condizioni
fisiologiche e patologiche. Uno degli obiettivi del progetto è quello di quantificare e
localizzare la presenza di specifiche proteine (Polycomb) coinvolte nello sviluppo e
nel differenziamento. Tali proteine formano aggregati nucleari (Polycomb bodies) che
saranno seguiti nel tempo per determinare eventuali variazioni in numero, dimensione
e forma durante i processi biologici in esame. Le problematiche correlate allo studio
dei fenomeni biologici mediante sequenze di immagini appartengono dunque al campo
dell’elaborazione e dell’analisi di immagini. In particolare le tecniche di base da utilizzare nell’identificazione delle cellule e nello studio dei fenomeni sono rispettivamente
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la segmentazione e l’analisi del moto (tracking). La segmentazione, cioè la descrizione
di un’immagine attraverso una sua partizione in regioni significative (oggetti e bordi),
fornisce un’immediata interpretazione dell’immagine e permette di evidenziarne le caratteristiche salienti. La scelta delle caratteristiche da evidenziare è generalmente legata
all’esperimento in esame e quindi la scelta del metodo e/o dell’algoritmo è fondamentale ai fini di una corretta interpretazione. In particolare la forma delle cellule varia a
seconda del tipo cellulare e quindi è opportuno selezionare metodi e algoritmi al variare dei tipi in esame. L’analisi del moto è un procedimento mediante il quale vengono
analizzate simultaneamente immagini multiple, registrate in istanti temporali successivi
per individuare gli oggetti in movimento. Tale analisi è particolarmente difficile perché
le cellule durante i processi biologici, quali ad es. la duplicazione, cambiano forma da
un frame all’altro nella stessa sequenza di immagini.
Il modello matematico assunto per la descrizione di tali problemi dell’analisi di immagini è basato sulle PDE, in particolare si sta esaminando il comportamento di una
variazione del funzionale di Mumford-Shah, più appropriata per il trattamento di immagini cellulari, i cui contorni sono caratterizzati da una bassa variazione del gradiente
[20].
L’obiettivo invece del progetto EPIGEN è quello di creare una rete di centri bioinformatici e di servizi di analisi che fanno capo, per l’infrastruttura ITC/HPC (High Performance Computing), al CASPUR e che hanno tutti come obiettivo la comprensione
di quali siano le basi epigenetiche che regolano la vita, lo sviluppo e le patologie degli
organismi sia animali che vegetali.
· PILTPack, Parallel Inverse Laplace Transform Package.
Tale recente attività di ricerca è la più recente ed ha l’obiettivo di produrre un package
per l’inversione numerica della trasformata di Laplace orientato alle moderne architetture di calcolo ad alte prestazioni. Il package permetterà di trattare anche con il problema dell’inversione multipla. Inoltre integrerà differenti metodi numerici per offrire
la possibilità di invertire funzioni con differenti proprietà analitiche. Il primo obiettivo
raggiunto è stato Talbot Suite [16, 17, 18, 19], una collezione di routine parallele, per
architetture a memoria condivisa e distribuita basate sia sul metodo di Talbot classico
che quello cosiddetto modificato, più appropriato per l’inversione multipla in ambienti
di calcolo parallelo. Tale attività di ricerca è condotta in collaborazione con i dipartimenti di Scienze Applicate e di Matematica e Statistica per la Ricerca Economica
dell’Università di Napoli “Parthenope”.
T ITOLARITÀ
Marzo 2000 - Luglio 2000, contratto d’opera presso il Centro di Ricerche per il Calcolo Parallelo ed i Supercalcolatori del C.N.R. (CPS-CNR), per lo sviluppo di un software parallelo
per la ricostruzione di Immagini 2D.
Ottobre 2000 - Settembre 2001, contratto di collaborazione, presso il Centro Didattico Scientifico (CDS) dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, per attività svolte nell’ambito
del Progetto per la costituzione di un centro regionale per l’Orientamento, il Tutorato e
l’Avviamento al lavoro, (Progetto POrTA).
Aprile 2004 - Ottobre 2006, contratto d’opera presso la Sezione di Napoli dell’Istituto di
Calcolo e Reti ad Alte Prestazioni del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ICAR-CNR), per
lo sviluppo di componenti parallele “grid-enable”, per la ricostruzione edge-preserving di
immagini tridimensionali di interesse per la medicina.
Maggio 2006, vincitrice del concorso pubblico per titoli ed esami, per l’assunzione di personale con profilo di ricercatore, area disciplinare Scienze Matematiche presso l’istituto di
Calcolo e Reti ad Alte Prestazioni (ICAR) del CNR.
Giugno 2007, assegno di ricerca per attività da svolgersi sulla “Simulazione di motori innovativi in ambienti GRID” presso Sede di Napoli dell’Istituto di Calcolo e Reti ad Alte
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Prestazioni del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ICAR-CNR), nell’ambito del Progetto
denominato ”Engine Modeling” finanziato dall’IM-CNR.
Gennaio 2008 - oggi, ricercatrice con contratto a tempo indeterminato presso la Sezione
di Napoli dell’Istituto di Calcolo e Reti ad Alte Prestazioni del Consiglio Nazionale delle
Ricerche (ICAR-CNR).
PARTECIPAZIONE A Giugno 2001, Montecatini Terme, AIP 2001 - Applied Inverse Problem 2001
C ONVEGNI
Settembre 2001, Napoli, PARCO 2001 - Parallel Computing 2001
Settembre 2002, Cosenza, Analisi Numerica: stato dell’arte, con la presentazione della comunicazione “Efficienza ed accuratezza della versione accelerata dell’algoritmo EM”
Settembre 2004, Venezia, SIMAI 2004 - Società Italiana della Matematica Applicata all’Industria con la presentazione della comunicazione “MEDITOMO: a parallel software
library for reconstruction of nucleaur medicine images”
Novembre 2004, Nervi (Genova), PRIN 2002 - Inverse Problems in Medical Imaging, con la
presentazione della comunicazione “MEDITOMO: a parallel library for SPECT images
reconstruction”
Gennaio 2007, Napoli, PDP 2007 - The 15th Euromicro Conference on Parallel, Distributed
and Network-based Processing
Giugno 2007, Sozopol (Bulgaria), LSSC07 - The 6th International Conference on LargeScale Scientific Computations
Settembre 2008, Roma, SIMAI 2008 - Società Italiana della Matematica Applicata all’Industria con la presentazione della comunicazione “Positivity Issues in Adaptative
Solution of Detailed Chemical Schemes for Engine Simulations”
Febbraio 2011, Cipro (Grecia), PDP 2011 - The 19th Euromicro International Conference on
Parallel, Distributed and Network-Based Processing con la presentazione della comunicazione “Dynamic Load Balancing for High-Performance Simulations of Combustion
in Engine Applications”
Gennaio 2013, Roma, Convegno organizzato dal GNCS: metodi matematici nel trattamento
delle immagini - invited talk: Un modello variazionale per la segmentazione delle
cellule.
PARTECIPAZIONE A Settembre 2002, Cosenza, “Imaging” organizzato dalla fondazione CIME (Centro InternaC ORSI
zionale Matematico Estivo)
Luglio 2005, Vico Equense, “The 3rd International Summer School on Grid Computing
2005”
ATTIVITÀ
D IDATTICA
Attività di Tutoraggio
Facoltà di Scienze MM.FF.NN. dell’Università degli Studi di Napoli Federico II
· Corso di Laurea in Matematica:
– Laboratorio di Programmazione e Calcolo (a.a. 2001-2002; 2002-2003)
– Analisi Numerica (a.a. 2001-2002; 2002-2003)
– Calcolo Numerico e Programmazione (a.a. 2003-2004)
· Corso di Laurea in Informatica:
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– Calcolo Numerico (a.a. 2003-2004; 2004-2005; 2005-2006; 2006-2007)
– Calcolo Parallelo e Distribuito I (a.a. 2003-2004; 2004-2005)
– Calcolo Scientifico (a.a. 2003-2004; 2004-2005)
Facoltà di Scienze e Tecnologie dell’Università degli Studi di Napoli Parthenope
· Corso di Laurea in Informatica:
– Calcolo Parallelo e Distribuito I (a.a. 2003-2004; 2004-2005; 2005-2006)
– Calcolo Parallelo e Distribuito II (a.a. 2005-2006)
Facoltà di Ingegneria del Consorzio Nettuno Polo Tecnologico di Napoli
· Corso di Laurea in Ingegneria Informatica:
– Calcolo Numerico (a.a. 2002-2003; 2003-2004; 2004-2005; 2005-2006;
2006-2007)
Docente a Contratto
Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Napoli Federico II
· Corso di Laurea in Ingegneria Informatica:
– Calcolo Numerico (a.a. 2006-2007)
Interfacoltà di Biotecnologie
· Corso di Laurea in Biotecnologie
– Informatica e Laboratorio (a.a. 2008-2009)
Dipartimento di Matematica e Fisica della Seconda Università degli Studi di Napoli
· Corsi di Laurea in Matematica e Fisica
– Calcolo Numerico 1 (a.a. 2012-2013)
Facoltà di Scienze MM.FF.NN. della Seconda Università degli Studi di Napoli
· Corsi di Laurea in Matematica e Matematica ed Informatica
– Calcolo Parallelo (a.a. 2010-2011, 2011-2012, 2013-2014)
A LTRE ATTIVITÀ
Collaborazione all’organizzazione dei seguenti eventi:
· Settembre 2001, Napoli, conferenza internazionale Parallel Computing 2001;
· Luglio 2003, Vico Equense, scuola estiva, International Summer School on Grid Computing 2003;
· Luglio 2004, Vico Equense, scuola estiva, The 2nd International Summer School on
Grid Computing 2004.
· Luglio 2005, Vico Equense, scuola estiva, The 3rd International Summer School on
Grid Computing 2005.
· Luglio 2006, Ischia, scuola estiva, International Summer School on Grid Computing
2006.
· Agosto 2010, Ischia, conferenza internazionale, EuroPar 2010.
L INGUE STRANIERE Inglese Discreta padronanza della lingua scritta e parlata
Francese Discreta padronanza della lingua scritta e parlata
P UBBLICAZIONI E
R APPORTI T ECNICI
[1] L. Antonelli - IRTVFP: Un software parallelo per la ricostruzione di immagini basato
sul metodo dei minimi quadrati con vincoli - CPS-CNR Tech. Rep. TR-2001-03, 2001
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[2] L. Antonelli, L. Carracciuolo, M. Ceccarelli, L. D’Amore, A. Murli - Total Variation Regularization for Edge Preserving 3D SPECT Imaging in High Performance Computing Environments, in Proceedings of the International Conference on Computational Science,
Lecture Notes in Computer Science, Vol. 2330, 2001.
[3] L. Antonelli, L. Carracciuolo, M. Ceccarelli, L. D’Amore, A. Murli, High Performance
Edge Preserving Restoration in 3D SPECT Imaging, Parallel Computing, Vol. 34, Issue 2,
pp. 115-132, 2008.
[4] L. Antonelli, L. Carracciuolo, L. D’Amore, A. Murli - MEDITOMO: a high performance
software package for 3D SPECT imaging - International Journal of Computer Mathematics.
Volume 86, Issue 1, pp. 31-56, ed Taylor & Francis, 2009
[5] L. Antonelli, L. Carracciuolo, L. D’Amore, A. Murli - Il funzionale di Totale Variazione
nella ricostruzione di dati 3D SPECT mediante l’algoritmo di EM-OSn - ICAR-CNR Tech.
Rep. TR-02-01, 2002
[6] L. Antonelli - Sulla risoluzione numerica di un problema inverso mal posto in ambiente
di calcolo ad alte prestazioni (Tomografie Computerizzate ad Emissione di Fotone Singolo:
SPECT) - tesi di dottorato di ricerca in Matematica Applicata ed Informatica, 2003
[7] L. Antonelli, L. Carracciuolo, L. D’Amore, A. Murli - Stima teorica e validazione sperimentale del nucleo computazionale per la ricostruzione di dati SPECT 3D basato sull’algoritmo del Gradiente Coniugato - ICAR-CNR Tech. Rep TR-04-15, Settembre 2004, già
Working Note n. 29 del Workpackage 9 del progetto GRID.IT, 2004
[8] L. Antonelli - Stima teorica e sua validazione sperimentale delle prestazioni degli algoritmi CG ed EM alla base della ricostruzione di dati SPECT - Working Note n. 58 del
Workpackage 9 del progetto GRID.IT, Marzo 2005 già ICAR-CNR Tech. Rep TR-05-4,
2005
[9] L. Antonelli, L. Carracciuolo, L. D’Amore, A. Murli - MEDITOMO: un software parallelo per la ricostruzione di dati 3D SPECT - ICAR-CNR Tech. Rep. TR-06-03, Marzo
2006
[10] L. Antonelli, L. D’Amore, F. Gregoretti, G. Laccetti, A. Murli, G. Oliva - Implementazione parallela grid (multi-sito) dell’algoritmo del gradiente coniugato a blocchi - Working
Note n. 83 del Workpackage 9 del progetto GRID.IT, 2006
[11] L. Antonelli, P. D’Ambra, F. Gregoretti, G. Oliva, P. Belardini - A parallel combustion
solver within an operator splitting context for engine simulations on Grids, in Proceeding
of Large Scale Scientific Computation, Lecture Notes in Computer Science, Springer Pub., Vol. 4818, 2007
[12] L. Antonelli, F. Gregoretti, G. Oliva -Running a Combustion Solver for Engine Simulations on the Bulgarian EGEE Grid site BG04-ACAD, ICAR-CNR Tech. Rep. TR-08-04,
Aprile 2008
[13] L. Antonelli, P. D’Ambra, F. Gregoretti, G. Oliva, P. Belardini - A distributed combustion
solver for engine simulations on Grids - Journal of Computational and Applied Mathematics,
Volume 226 , Issue 2 (April 2009) pp 197-204
[14] L. Antonelli, M. Briani, P. D’Ambra, V. Fraioli - Positivity Issues in Adaptive solutions of
Detailed Chemical Schemes for Engine Simulations - Journal of Communications to SIMAI
Congress, Vol. 3, pp. 303-311, 2009
[15] L. Antonelli, P. D’Ambra - Dynamic Load Balancing for High-Performance Simulations of Combustion in Engine Applications - in Proceedings of the 19th Euromicro
Conference on Parallel, Distributed and Network-based Processing, IEEE CS Pub., pp.
133-140, 2011
[16] L. Antonelli, S. Corsaro, Z. Marino, M. Rizzardi Performance Profiling of Talbot Suite
with TAU Analysis Tools, Part1: OMP Functions, - ICAR-CNR Tech. Rep. RT-ICAR-NA-2012-4,
Maggio 2012
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[17] L. Antonelli, S. Corsaro, Z. Marino, M. Rizzardi Performance Profiling of Talbot Suite
with TAU Analysis Tools, Part2: MPI Functions, - ICAR-CNR Tech. Rep. RT-ICAR-NA-2012-7,
Luglio 2012
[18] L. Antonelli, S. Corsaro, Z. Marino, M. Rizzardi Talbot Suite: a parallel software
collection for the numerical inversion of Laplace Transforms, - ICAR-CNR Tech. Rep.
RT-ICAR-NA-2012-9, Novembre 2012
[19] L. Antonelli, S. Corsaro, Z. Marino, M. Rizzardi Algorithm xxx: Talbot Suite: parallel
implementations of Talbot’s method for the numerical inversion of Laplace transforms, accepted for publication on ACM Transaction on Mathematical Software, 2014
[20] E. Cesarini, F. Gregoretti, C. Mozzetta, A. Gargiulo, L. Antonelli, D. Palacios, G. Oliva,
C. Lanzuolo Lamin A/C sustains the intra-nuclear architecture of PcG bodies maintaining
transcriptional repression at target genes - paper submitted for publication
Napoli, 6 febbraio 2014
Laura Antonelli
