|
|
Coherence gated holographic microscopy
Ďuriš, Miroslav ; Tyc,, Tomáš (referee) ; Baránek,, Michal (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
Výskumníci v oblasti biomedicíny a metapovrchov opakovane siahajú po kvantitatívnom fázovom zobrazovaní (QPI) ako primárnej zobrazovacej technike vďaka jej vysokovýkonnému, neinvazívnemu a kvantitatívnemu charakteru. Preto si QPI rýchlo vybudovalo svoju nepostrádateľnú úlohu pri identifikácii zriedkavých javov a skríningu v biomedicíne alebo automatizovanej analýze obrazových dát pomocou umelej inteligencie. Tieto a mnohé ďalšie aplikácie zdieľajú náročné splnieľnú požiadavku na rozsiahle a kvalitné súbory dát. Táto práca sa zaoberá základnými problémami optického zobrazovania a to hlavne v biomedicínskom výskume. Výskum v tejto práci je zameraný na štúdium a vývoj nových zobrazovacích metód rozšírením možností koherenciou riadeného holografického mikroskopu. V práci sme sa zaoberali tromi hlavnými oblasťami biomedicínskeho zobrazovania: zobrazovaním v kalnom prostredí, QPI so superrozlíšením a rekonštrukciou 3D rozloženia indexu lomu. Na dosiahnutie takýchto ambicióznych výsledkov sme využili takzvaný efekt koherenčnej brány, ktorý sa zvyčajne využíva na zobrazovanie cez nepriehľadné médiá najmenej rozptýleným (balistickým) svetlom. Zobrazovanie v kalných prostrediach adresujeme v tejto práci tak, že neintuitívne používame koherenčnú bránu na zobrazovanie nebalistickým svetlom, čo nám umožňuje získať informácie chýbajúce v balistickom obraze. Kombinácia obrazov pre rôzne pozície koherenčnej brány nám umožňuje syntetizovať obraz kvalitnejší ako prístupy využívajúce len balistické svetlo. Toto experimentálne demonštrujeme na kvantitatívnom zobrazovaní cez hrubé biologické tkanivo. V práci boli skúmané dva prístupy k superrozlíšeniu kvantitatívneho fázového obrazu. Prvým je prístup adaptujúci syntetickú apertúru, pre ktorý opäť využívame efekty koherenčného bránovania čiastočne koherentného svetla v kombinácii so šikmým osvetlením, ktoré zabezpečuje difrakcia na jednoduchej šesťuholníkovej fázovej mriežke umiestnenej v blízkosti vzorky. Syntetizujeme QPI s výrazne zväčšeným pásmom priestorových frekvencií zo sekvenčne získaných obrazov vytvorených koherenčne filtrovaným svetlom rozptýleným do každého difrakčného rádu mriežky. Ďalej sme vyvinuli metódu tvarovania koherenčnej brány, ktorá umožňuje QPI so superrozlíšením v reálnom čase. V práci navrhujeme prístup založený na skutočnosti, že rozptylová funkcia nášho systému je súčin difrakčne limitovaného obrazu bodového objektu a funkcie koherenčnej brány, ktorú tvarujeme podobne ako superoscilačný hotspot. Výsledok súčinu je rozptylová funkcia so sub-difrakčne limitovanou šírkou centrálneho peaku a so zanedbateľnými postrannými maximami, ktoré sú bežnou prekážkou zobrazovania pomocou superoscilácií. Útlm postranných maxím a zlepšenie rozlíšenia sa odohráva súčasne v celom zornom poli. Preto predstavujeme prvé jednosnímkové QPI so superrozlíšením. Pri oboch metódach sme dosiahli zlepšenie rozlíšenia aspoň o 19\%. V práci sa taktiež venujeme aj 3D zobrazovaniu pomocou koherenciou riadeného holografického mikroskopu. Vyvinuli sme metódu na rekonštrukciu 3D distribúcie indexu lomu zo série kvantitatívnych fázových obrazov vzorky pre rôzné pozície v axiálnom smere. Rekonštruovaná distribúcia indexu lomu má vlastnosti podobné výstupom optickej difrakčnej tomografie. Zároveň je ale potrebný počet akvizícií v prípade navrhovanej metódy výrazne nižší. Náš prístup demonštrujeme pomocou simulovaných, ako aj experimentálnych údajov.
|
|
|
Simulations of light scattering from living cells
Vengh, Martin ; Richter, Ivan (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
Diplomová práca sa zaoberá rozptylom elektromagnetického žiarenia na biologickej bunke použitím metódy konečných diferencií v časovej oblasti (FDTD), Bornovej aproximácie a Rytovovej aproximácie. Metóda FDTD dáva presné výsledky v širokej škále problémov. Je spravené porovnanie Bornovej aproximácie a Rytovovej aproximácie prostredníctvom FDTD metódy. Ďaľšia časť práce zahrnuje krátky popis koherenciou riadeného holografického mikroskopu CCHM. Záverečná časť sa venuje zobrazeniu rozptýleného poľa získaného z jednotlivých simulácií pomocou simulácie objektového ramena mikroskopu CCHM.
|
|
|
Imaging of an object in turbid medium by combining the signal of ballistic and diffuse photons in the coherence-controlled holographic microscope
Ďuriš, Miroslav ; Bouchal, Zdeněk (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
Diplomová práca sa zaoberá kvantitatívnym fázovým zobrazovaním objektov umiestnených za rozptyľujúcim prostredím v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tento mikroskop umožnuje zobrazovať s úplne nekoherentným osvetlením vzorky, čo vyvoláva efekt koherenčnej brány. Koherenčná brána je veľmi dôležitá vlastnosť zobrazovacieho systému umožňujúca separáciu balistických a rozptýlených fotónov, jej dôkladnému vysvetleniu je venovaná značná časť práce. Ďalej sú prezentované základy teórie zobrazenia v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tie sú využité v závere práce pri interpretácii experimentálnych výsledkov. Cieľom práce je navrhnúť metódu pre pozorovanie fázových objektov v rozptyľujúcich prostrediach a experimentálne túto metódu overiť. Na základe analytických výsledkov a predchádzajúceho výskumu je navrhnutá nová metóda, ktorá je ďalej overovaná pomocou rôzne komplexných vzoriek. Je založená na zázname viacerých obrazov s rôznym posunutím referenčného poľa. Každý posun korešponduje so zobrazovaním pomocou inej skupiny fotónov. Je možné vytvoriť syntetický obraz so zlepšenou kvalitou sčítaním jednotlivých obrazov získaných z interferencie balistických alebo rozptýlených fotónov. Experimenty s rôzne komplexnými vzorkami poskytujú náhľad na obmedzenia prezentovanej metódy.
|
|
|
Combining the light of two sources in the integration sphere
Mellová, Katarína ; Šicner, Michal (referee) ; Dostál, Zbyněk (advisor)
For the development of the new generation of the controlled holographic microscope, is necessary to design a new fluorescence module. The work discusses the basic principles and application of fluorescence microscopy, including a description of the holographic microscope. Searching for available light sources used in fluorescence microscopy is performed and evaluated. The designed source combines radiation with selected excitation wavelengths using an integrating sphere, which also has a homogenizing effect. This innovative design ensures a quick and efficient change of excitation wavelengths due to the fluorophore used and the possibility of a direct connection of the source to the microscope. In order to choose a suitable arrangement for the source, three conceptual designs of its function are proposed. The selected designs were verified by simulation and suitable optical components were selected. The resulting construction is tested.
|
|
|
Simulations of light scattering from living cells
Vengh, Martin ; Richter, Ivan (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
Diplomová práca sa zaoberá rozptylom elektromagnetického žiarenia na biologickej bunke použitím metódy konečných diferencií v časovej oblasti (FDTD), Bornovej aproximácie a Rytovovej aproximácie. Metóda FDTD dáva presné výsledky v širokej škále problémov. Je spravené porovnanie Bornovej aproximácie a Rytovovej aproximácie prostredníctvom FDTD metódy. Ďaľšia časť práce zahrnuje krátky popis koherenciou riadeného holografického mikroskopu CCHM. Záverečná časť sa venuje zobrazeniu rozptýleného poľa získaného z jednotlivých simulácií pomocou simulácie objektového ramena mikroskopu CCHM.
|
|
|
Imaging of an object in turbid medium by combining the signal of ballistic and diffuse photons in the coherence-controlled holographic microscope
Ďuriš, Miroslav ; Bouchal, Zdeněk (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
Diplomová práca sa zaoberá kvantitatívnym fázovým zobrazovaním objektov umiestnených za rozptyľujúcim prostredím v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tento mikroskop umožnuje zobrazovať s úplne nekoherentným osvetlením vzorky, čo vyvoláva efekt koherenčnej brány. Koherenčná brána je veľmi dôležitá vlastnosť zobrazovacieho systému umožňujúca separáciu balistických a rozptýlených fotónov, jej dôkladnému vysvetleniu je venovaná značná časť práce. Ďalej sú prezentované základy teórie zobrazenia v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tie sú využité v závere práce pri interpretácii experimentálnych výsledkov. Cieľom práce je navrhnúť metódu pre pozorovanie fázových objektov v rozptyľujúcich prostrediach a experimentálne túto metódu overiť. Na základe analytických výsledkov a predchádzajúceho výskumu je navrhnutá nová metóda, ktorá je ďalej overovaná pomocou rôzne komplexných vzoriek. Je založená na zázname viacerých obrazov s rôznym posunutím referenčného poľa. Každý posun korešponduje so zobrazovaním pomocou inej skupiny fotónov. Je možné vytvoriť syntetický obraz so zlepšenou kvalitou sčítaním jednotlivých obrazov získaných z interferencie balistických alebo rozptýlených fotónov. Experimenty s rôzne komplexnými vzorkami poskytujú náhľad na obmedzenia prezentovanej metódy.
|
guest ::
