Надвисоке просторове розділення в оптичному мікроскопі з модуляцією освітлення
Ескіз недоступний
Дата
2010
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.07 – оптичні прилади та системи. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2010.
Дисертація присвячена рішенню наукової проблеми перевищення дифракційної межі та досягнення надвисокої просторової роздільної здатності в оптичному мікроскопі при спостереженні непрозорих зразків у відбитому світлі. Ця проблема вирішена шляхом узгодження просторової модуляції освітлення у вигляді зображення транспаранта на поверхні зразка, оптимальної лінійної фільтрації та цифрової демодуляції. В дисертаційній роботі розроблено удосконалену математичну модель оптично-електронного тракту мікроскопа з просторовою модуляцією освітлення, запропоновано новий метод демодуляції, який базується на автоматичному вимірюванні просторової частоти та фази модуляції та роздільній демодуляції уздовж ортогональних координатних осей та сформульовані рекомендації щодо вибору оптимальних параметрів оптичного мікроскопа. Представлені результати експериментальних досліджень оптичного мікроскопа з надвисокою просторовою роздільною здатністю при спостереженні непрозорих зразків у відбитому світлі.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.07 – оптические приборы и системы. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2010. Диссертация посвящена решению научной проблемы преодоления дифракционного предела и достижению сверхвысокой пространственной разрешающей способности в оптическом микроскопе при наблюдении непрозрачных образцов в отраженном свете. Данная научная проблема решена путем согласования пространственной модуляции освещения в виде изображения транспаранта на поверхности образца, оптимальной линейной фильтрации и цифровой демодуляции. В диссертационной работе выполнен сравнительный анализ методов повышения пространственной разрешающей способности оптических микроскопов. В том числе выполнено исследование интерференционных и проекционных методов получения поперечной, осевой и трехмерной пространственной модуляции освещения. Разработана усовершенствованная математическая модель оптико-электронного тракта микроскопа с поперечной проекционной пространственной модуляцией освещения для исследования процесса формирования цифровых изображений. Получены аналитические зависимости для вычисления распределения интенсивности в окрестности точки фокуса, которая создается высокоапертурной оптической системой в случае частично-когерентного излучения. Также получены аналитические зависимости для определения распределения освещенности в плоскости изображения при использовании критического освещения в оптическом микроскопе. Предложен новый критерий для оценивания пространственной разрешающей способности оптического микроскопа, который расширяет критерий Сперроу благодаря учету влияния амплитуды краевых осцилляций и шумов. Разработан новый метод цифровой демодуляции для получения цифрового изображения с сверхвысокой пространственной разрешающей способностью, который основан на раздельной демодуляции вдоль ортогональных координатных осей и автоматическом измерении фазы и частоты модуляции. Выявлены источники и характеристики систематических и случайных искажений цифровых изображений с пространственной модуляцией освещения и предложены рекомендации по выбору оптимальных параметров оптического микроскопа. Получены аналитические зависимости для определения максимально возможной пространственной частоты модуляции в зависимости от контраста объекта, полосы отношения сигнал/шум, параметров транспаранта для пространственной модуляции освещения, оптической системы и цифровой камеры. Сформулированы научно-обоснованные рекомендации по проектированию оптического микроскопа с проекционной пространственной модуляцией. Предложены новые аналитические зависимости для вычисления дифракционной составляющей глубины резко-изображаемого пространства в оптическом микроскопе с учетом параметров волновой аберрации высокоапертурных оптических систем. Разработана экспериментальная модель оптического микроскопа с поперечной проекционной пространственной модуляцией освещения. Для измерения пространственной разрешающей способности такого микроскопа разработана методика измерения функции рассеяния линии. Эта методика основана на использовании высокочастотной цифровой фильтрации изображения полуплоскости вместо его пространственного дифференцирования. Представлены результаты экспериментального исследования такого микроскопа, которые подтверждают достижение сверхвысокой пространственной разрешающей способностью при наблюдении непрозрачных образцов в отраженном свете.
Thesis for the degree of doctor of technical science in speciality 05.11.07 – optical instruments and systems. – National Technical University of Ukraine «Кiev Polytechnic Institute», Kiev, 2010. The thesis is devoted to the solution of the scientific problem of overcoming the diffraction limit and reaching the spatial super-resolution in an optical microscope for observation of non-transparent specimens in reflected light. The problem is solved by conjugation of the spatial modulation of illumination in form of an image of a transparent on a specimen surface, the optimal linear filtering and the digital demodulation. The improved mathematical model of a microscope optical-electronic tract is made for investigation of the process of digital image forming. The new method for demodulation which is based on the automatic measurements of modulation spatial frequency and phase and the separate demodulation along orthogonal coordinate axis’s is proposed. The recommendations for selection of the optimal parameters of an optical microscope are formulated. The results of experimental studies of the optical microscope with spatial super-resolution in observation of non-transparent specimen in reflect light are presented.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.07 – оптические приборы и системы. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2010. Диссертация посвящена решению научной проблемы преодоления дифракционного предела и достижению сверхвысокой пространственной разрешающей способности в оптическом микроскопе при наблюдении непрозрачных образцов в отраженном свете. Данная научная проблема решена путем согласования пространственной модуляции освещения в виде изображения транспаранта на поверхности образца, оптимальной линейной фильтрации и цифровой демодуляции. В диссертационной работе выполнен сравнительный анализ методов повышения пространственной разрешающей способности оптических микроскопов. В том числе выполнено исследование интерференционных и проекционных методов получения поперечной, осевой и трехмерной пространственной модуляции освещения. Разработана усовершенствованная математическая модель оптико-электронного тракта микроскопа с поперечной проекционной пространственной модуляцией освещения для исследования процесса формирования цифровых изображений. Получены аналитические зависимости для вычисления распределения интенсивности в окрестности точки фокуса, которая создается высокоапертурной оптической системой в случае частично-когерентного излучения. Также получены аналитические зависимости для определения распределения освещенности в плоскости изображения при использовании критического освещения в оптическом микроскопе. Предложен новый критерий для оценивания пространственной разрешающей способности оптического микроскопа, который расширяет критерий Сперроу благодаря учету влияния амплитуды краевых осцилляций и шумов. Разработан новый метод цифровой демодуляции для получения цифрового изображения с сверхвысокой пространственной разрешающей способностью, который основан на раздельной демодуляции вдоль ортогональных координатных осей и автоматическом измерении фазы и частоты модуляции. Выявлены источники и характеристики систематических и случайных искажений цифровых изображений с пространственной модуляцией освещения и предложены рекомендации по выбору оптимальных параметров оптического микроскопа. Получены аналитические зависимости для определения максимально возможной пространственной частоты модуляции в зависимости от контраста объекта, полосы отношения сигнал/шум, параметров транспаранта для пространственной модуляции освещения, оптической системы и цифровой камеры. Сформулированы научно-обоснованные рекомендации по проектированию оптического микроскопа с проекционной пространственной модуляцией. Предложены новые аналитические зависимости для вычисления дифракционной составляющей глубины резко-изображаемого пространства в оптическом микроскопе с учетом параметров волновой аберрации высокоапертурных оптических систем. Разработана экспериментальная модель оптического микроскопа с поперечной проекционной пространственной модуляцией освещения. Для измерения пространственной разрешающей способности такого микроскопа разработана методика измерения функции рассеяния линии. Эта методика основана на использовании высокочастотной цифровой фильтрации изображения полуплоскости вместо его пространственного дифференцирования. Представлены результаты экспериментального исследования такого микроскопа, которые подтверждают достижение сверхвысокой пространственной разрешающей способностью при наблюдении непрозрачных образцов в отраженном свете.
Thesis for the degree of doctor of technical science in speciality 05.11.07 – optical instruments and systems. – National Technical University of Ukraine «Кiev Polytechnic Institute», Kiev, 2010. The thesis is devoted to the solution of the scientific problem of overcoming the diffraction limit and reaching the spatial super-resolution in an optical microscope for observation of non-transparent specimens in reflected light. The problem is solved by conjugation of the spatial modulation of illumination in form of an image of a transparent on a specimen surface, the optimal linear filtering and the digital demodulation. The improved mathematical model of a microscope optical-electronic tract is made for investigation of the process of digital image forming. The new method for demodulation which is based on the automatic measurements of modulation spatial frequency and phase and the separate demodulation along orthogonal coordinate axis’s is proposed. The recommendations for selection of the optimal parameters of an optical microscope are formulated. The results of experimental studies of the optical microscope with spatial super-resolution in observation of non-transparent specimen in reflect light are presented.