Надвисоке просторове розділення в оптичному мікроскопі з просторовою модуляцією освітлення

Боровицкий В. Н. Сравнительный анализ осветительных систем цифрового оптического микроскопа по показателю однородности освещенности / В. Н. Боровицкий // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2005. - № 1 (9). - С. 183 - 194.

Боровицкий В.Н. Оптимизация цифрового фильтра для оценивания фокусировки изображений в цифровой оптической микроскопии / В. Н. Боровицкий // Технология и конструирование радиоэлектронной аппаратуры. - 2005. - № 2 (56). - С. 32 - 40.

Михеенко Л. А. Осветительный канал цифрового оптического микроскопа на базе диффузного излучателя / Л. А. Михеенко, В. Н. Боровицкий // Технология и конструирование радиоэлектронной аппаратуры. - 2006. - № 1 (61). - С. 20 - 27.

Здобувачем виконаний аналіз можливостей застосування випромінювача на базі дифузного розсіювача в оптичній мікроскопії, проведений пошук оптимальних параметрів такого випромінювача.

Михеенко Л. А. Теория и расчет диффузного излучателя переменной яркости на законе обратных квадратов / Л. А. Михеенко, В. Н. Боровицкий // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2006. - № 1. - С. 73 - 80.

Здобувачем проведені математичні розрахунки нерівномірності розподілу яскравості по апертурі як функції від параметрів дифузного випромінювача змінної яскравості.

Боровицкий В.Н. Классификация современных оптических микроскопов / В. Н. Боровицкий // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2006. - № 2. - С. 27 - 32.

Михеенко Л. А. Излучатель переменной яркости на основе сопряженных интегрирующих сфер / Л. А. Михеенко, В. Н. Боровицкий // Технология и конструирование радиоэлектронной аппаратуры. - 2006. - № 6 (66). - С. 61 - 64.

Здобувачем виконаний аналіз можливостей застосування випромінювача змінної яскравості у вигляді поєднаних інтегруючих сфер в оптичній мікроскопії, проведений аналіз переваг та недоліків такого випромінювача.

Боровицкий В. Н. Оценивание пространственной разрешающей способности оптического микроскопа по расширенному критерию Сперроу / В. Н. Боровицкий // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2007. - № 2. - С. 32 - 37.

Боровицкий В. Н. Измерение функции рассеяния линии оптического микроскопа / В. Н. Боровицкий // Реєстрація, зберігання і обробка даних. - 2007. - Т. 9. - № 2. - С. 3 - 16.

Боровицкий В. Н. Формирование изображения высокоапертурной частично- когерентной оптической системой / В. Н. Боровицкий // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2007. - № 2 (14). - С. 50 - 62.

Боровицкий В.Н. Вычисление глубины дифракционной составляющей резко-изображаемого пространства в оптическом микроскопе / В. Н. Боровицкий // Технология и конструирование радиоэлектронной аппаратуры. - 2007. - № 4 (70). - С. 38 - 47.

Михеенко Л. А. Экспериментальное исследование диффузного излучателя на основе интегрирующей сферы / Л. А. Михеенко, В. Н. Боровицкий, Ю. А. Гордієнко // Вістник НТУУ «КПІ». - Серія Приладобудування. - 2007. - Вип. 34. - С. 60 - 68.

Здобувачем виконана статистична обробка результатів вимірювання, проведений аналіз отриманих результатів з точки зору можливостей практичного застосування таких випромінювачів.

Боровицкий В. Н. Неравномерность разрешающей способности оптического микроскопа с пространственной модуляцией освещения / В. Н. Боровицкий // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2008. - № 1. - С. 41 - 46.

Михеенко Л. А. Вторичный эталон яркости на базе галогенной лампы накаливания / Л. А. Михеенко, В. Н. Боровицкий // Технология и конструирование радиоэлектронной аппаратуры. - 2008. - № 3 (75). - С. 61 - 64.

Здобувачем проведені математичні розрахунки нерівномірності розподілу яскравості по апертурі вторинного еталона яскравості.

Borovytsky V. N. Two dimensional digital demodulation for optical microscopes with spatial modulation of illumination / V. N. Borovytsky // Semiconductor physics, quantum electronics and optoelectronics. - 2010. - Т. 13. - № 1. - С. 98 - 102.

Borovytsky V. N. Parametric optimization of imaging system based on minimization of image distortion / V. N. Borovytsky, V.V. Fesenko, P. A. Zavorotny, A. V. Molodyk // Proceedings of SPIE. - 1998. - Vol. 3505. - P. 184 -186.

Borovytsky V.N. Imaging system performance analysis and optimization using objective image quality criteria / V. N. Borovytsky, V. V. Fesenko, A. V. Molodyk, P.A. Zavorotny // Proceedings of SPIE. - 1998. - Vol. 3890. - P. 248 -252.

Borovytsky V. N. Performance evaluation of infrared imaging systems / V. N. Borovytsky, V. V. Fesenko, A. V. Molodyk // Proceedings of SPIE. - 1999. -- Vol. 4148. - P. 269 - 272.

Borovytsky V. N. Nonuniformity correction in infrared imaging systems / V. N. Borovytsky, V. V. Fesenko // Proceedings of SPIE. - 1999.- Vol. 4148. - P. 273 - 278.

Borovytsky V. N. Imaging system performance evaluation: NETD, least-square error or correlation / V. N. Borovytsky // Proceedings of SPIE. - 2000. - Vol. 4035. - P. 318 - 323.

Borovytsky V. N. Performance evaluation of sampled imaging systems / V. N. Borovytsky, V. V. Fesenko // Proceedings of SPIE. - 2000. - Vol. 4425. - P. 1 - 8.

Borovytsky V. N. Comparison analysis of illumination systems for digital light microscope according to uniformity of irradiance distribution / V. N. Borovytsky // Proceedings of SPIE. - 2005. - Vol. 5942. - P. 312 - 320.

Borovytsky V. N. Intensity distribution near focal point of high aperture optical system formed by partly polarized light / V. N. Borovytsky, V. V. Chorna // Proceedings of SPIE. - 2009. - Vol. 7427. - P. 1 - 12.

Borovytsky V. N. Fidelity analysis of imaging systems / V. N. Borovytsky, V. V. Fesenko // Обробка сигналів і зображень та розпізнавання образів УкрОБРАЗ 2000: міжнар. конф., 27 листопада - 1 грудня 2000 р.: праці. - К., 2000. - С. 305 - 308.

Borovytsky V. Fidelity and correlation measures of performance of digital imaging systems / V. Borovytsky // Обробка сигналів і зображень та розпізнавання образів УкрОБРАЗ 2002:міжнар. конф., 8-12 жовтня 2002 р.: праці. - К., 2002. - С. 187 - 190.

Borovytsky V. Imaging system performance evaluation / V. Borovytsky, V. Fesenko // Оптоелектронні інформаційні технології Фотоніка ОДС 2000: міжнар. наук.-техн. конф., 2 - 5 жовтня 2000 р. : тези доп. - Вінниця, 2000. - С. 15.

Borovytsky V. Performance evaluation of digital imaging systems / V. Borovytsky, V. Fesenko // Scientific Problems of Optics in XXI century SPO 2000: міжнар. наук.-техн. конф., 5 - 6 жовтня 2000 р. : тези доп. - К., 2000. - С. 40.

Боровицький В. М. Просторова роздільна здатність оптично-електронної системи / В. М. Боровицький, Д. Ю. Кондратенко, В. В. Фесенко // Оптоелектронні інформаційно-енергетичні технології: міжнар. наук.-техн. конф., 24 - 25 квітня 2001 р. : тези доп. - Вінниця, 2001. - С. 17.

Borovytsky V. N. Videomicroscopy application during failure diagnostics of films / V. N. Borovytsky, N. A. Dolgov, A. V. Rutkovsky, V. V. Fesenko // Проблеми динаміки і міцності в газотуробудуванні: міжнар. наук.-техн. конф., 9 - 11 жовтня 2001 р. : тези доп. - К., 2001. - С. 159 - 160.

Borovytsky V.N. Spatial resolution of a digital video microscope / V.N. Borovytsky, D. Yu. Kondratenko, V.V. Fesenko // Scientific Problems of Optics and High Technology Material Science SPO 2001: міжнар. наук.-техн. конф., 25 - 26 жовтня 2001 р. : тези доп. - К., 2001. - С. 136.

Долгов М. А. Застосування цифрової мікроскопії у дослідженнях механічних властивостей матеріалів / М. А. Долгов, В. М. Боровицький // Приладобудування 2002: підсумки і перспективи: міжнар. наук.-техн. конф., 16 - 17 квітня 2002 р.: тези доп. - К. 2002. - С. 60.

Боровицький В. М. Оцінювання якості зображення у цифрових оптично-електронних системах: інформаційно-енергетичний підхід / В. М. Боровицький // Оптоелектронні інформаційні технології Фотоніка ОДС 2002: міжнар. наук.-техн. конф., 23 - 25 квітня 2002 р. : тези доп. - Вінниця, 2002. - С. 15.

Боровицький В. М. Застосування відео-мікроскопії для вимірювання характеристик поверхні та міцносних властивостей захисних покриттів / В. М. Боровицький, М. А. Долгов // Новые технологии, методы обработки и упрочнения деталей энергетических установок: междунар. науч.-техн. конф., 23 - 28 сентября 2002 г. : тезисы докл. - Запорожье, 2002. - С. 72 - 73.

Borovytsky V. Super resolution in sampled imaging systems: advantages and limits / V. Borovytsky // Problems of Optics and High Technology Material Science SPO 2002: міжнар. наук.-техн. конф., 24 - 26 жовтня 2002 р. : тези доп. - К., 2002. - С. 222.

Borovytsky V.N. Optimization of digital filters for sampled imaging systems / V. N. Borovytsky, D. Yu. Kondratenko // Problems of Optics and High Technology Material Science SPO 2003: міжнар. наук.-техн. конф., 23 - 26 жовтня 2003 р. : тези доп. - К., 2003. - С. 197.

Боровицький В. М. Пространственная разрешающая способность цифрового микроскопа / В. М. Боровицький, Д. Ю. Кондратенко // Приладобудування 2004: стан і перспективи: міжнар. наук.-техн. конф., 20 - 21 квітня 2004 р.: тези доп. - К., 2004. - С. 48 - 49.

Боровицький В. М. Оптимизация цифрового фильтра для увеличения глубины резко изображаемого пространства в оптико-электронной системе / В. М. Боровицький // Приладобудування 2005: стан і перспективи: міжнар. наук.-техн. конф., 26 - 27 квітня 2005 р.: тези доп. - К., 2005. - С. 281 - 282.

Borovytsky V.N. Influence of polarization of point spread plot of a high aperture optical systems / V. N. Borovytsky, D. Yu. Kondratenko // Problems of Optics and High Technology Material Science SPO 2005: міжнар. наук.-техн. конф., 27 - 30 жовтня 2005 р. : тези доп. - К., 2005. - С. 231.

Боровицкий В. Н. Оптимизация линейного цифрового фильтра для повышения пространственной разрешающей способности оптического микроскопа / В. Н. Боровицкий // Приладобудування 2006: стан і перспективи: міжнар. наук.-техн. конф., 25 - 26 квітня 2006 р.: тези доп. - К., 2006. - С. 75 - 76.

Borovytsky V. N. Image restoration in optical microscopes with spatial modulation of illumination / V. N. Borovytsky // Problems of Optics and High Technology Material Science SPO 2006: міжнар. наук.-техн. конф., 26 - 29 жовтня 2006 р. : тези доп. - К., 2006. - С. 164.

Боровицький В. М. Вимірювання функції розсіювання лінії оптичної системи мікроскопа / В. М. Боровицький // Приладобудування 2007: стан і перспективи: міжнар. наук.-техн. конф., 24 - 25 квітня 2007 р.: тези доп. - К., 2007. - С. 82 - 83.

Borovytsky V. Image formation by a high aperture optical system / V. Borovytsky // Problems of Optics and High Technology Material Science SPO 2007: міжнар. наук.-техн. конф., 25 - 28 жовтня 2007 р. : тези доп. - К., 2007. - С. 148.

Боровицкий В. Н. Влияние когерентности оптического излучения на формирование изображения высокоапертурной оптической системой микроскопа / В. Н. Боровицкий // Приладобудування 2008: стан і перспективи: міжнар. наук.-техн. конф., 22 - 23 квітня 2008 р.: тези доп. - К., 2008. - С. 59.

АНОТАЦІЯ

Боровицький В. М. Надвисоке просторове розділення в оптичному мікроскопі з просторовою модуляцією освітлення. - Рукопис.

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.

Ключові слова: оптичний мікроскоп, просторова роздільна здатність, просторова модуляція освітлення, цифрова фільтрація, цифрова демодуляція.

АННОТАЦИЯ

Боровицкий В. Н. Сверхвысокое пространственное разрешение в оптическом микроскопе с пространственной модуляцией освещения. - Рукопись.

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.

Ключевые слова: оптический микроскоп, пространственная разрешающая способность, пространственная модуляция освещения, цифровая фильтрация, цифровая демодуляция.

ABSTRACT

Borovytsky V. N. Spatial super-resolution in the optical microscope with spatial modulation of illumination. - Manuscript.

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.

Key words: optical microscope, spatial resolution, spatial modulation of illumination, digital filtering, digital demodulation.

Размещено на Allbest.ru