Введение к работе
Актуальность. Актуальность темы обусловлена тем, что в целевой программе «Основные направления фундаментальных исследований в России» (подразд. 1.3.7 «Прецизионные оптические измерения») к приоритетным направлениям развития науки, технологии и техники отнесены производственные оптические технологии, развитие которых невозможно без исследований высокочувствительных средств измерений, к которым относятся, в частности, микроскопические и интерференционные.
Данные исследования необходимы для решения следующих прикладных задач:
повышение контраста и информативности изображений; визуализация микроскопических объектов;
исследование прецизионных оптических элементов и систем;
измерение геометрических параметров дефектов оптических деталей;
контроль оптических деталей в реальном масштабе времени;
модернизация серийно выпускаемых биологических микроскопов.
Решение данных прикладных задач затруднительно без повышения информативности фотометрических измерений, в том числе и на основе псевдоцветового кодирования.
Исследование выполнено в рамках специальности 01.04.05 «Оптика. Технические науки» с привлечением представлений колориметрии и биологии.
Целью диссертационной работы является совершенствование оптических методов псевдоцветового кодирования микроскопических объектов, позволяющих в максимальной степени использовать спектральную чувствительность человеческого глаза и видеокамеры для получения дополнительной информации об исследуемом объекте.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
произвести сравнительный анализ оптико-физических и цифровых методов обработки изображений при визуализации микро- и макроскопических объектов;
-
разработать основы теории распознавания микро- и макроскопических объектов с использованием псевдоцветового кодирования их оптических изображений;
-
разработать методику обнаружения и изучения микро- и макроскопических объектов на принципах псевдоцветового кодирования;
-
произвести анализ особенностей использования метода псевдоцветового кодирования изображений при исследовании объектов различной природы происхождения;
-
доказать повышение контраста интерферометрических изображений, объектов различного класса за счет использования спектрального и пространственно-углового анализа интерферограмм.
Объектом исследования в работе являются современные приборы, используемые для высокочувствительных интерференционных измерений, фазо-
во-контрастные микроскопы для визуализации тонких фазовых объектов; клетки растительного и животного происхождения, оптические детали, изготовленные как из оптического, так и из органического стекла.
Предметом исследования является метод повышения информативности фотометрических измерений на основе псевдоцветовго кодирования изображений.
Теоретической и методологической основой работы служит анализ псевдоцветового изображения объектов различной природы на основе синтеза спектральной и пространственно-угловой фильтрации.
При решении поставленных задач использовался теоретический анализ контраста изображений. Экспериментальные исследования производились с применением стандартного интерферометрического и голографического оборудования (оптическая скамья ОСК-2, голографическая установка СИН НПЗ, интерферометр Цайга-Марк III, микроскоп МБУ-4).
В качестве методов исследования использованы исследования в области оптики контраста микроскопических объектов и колориметрии и экспериментальные исследования приемов оптического псевдоцветового кодирования.
Научная новизна:
-
усовершенствован оптический метод псевдоцветового кодирования изображений для фотометрических измерений микро- и наноразмерных объектов. Разработана методика повышения контраста и информативности изображений на основе спектральной и пространственно-угловой фильтрации излучения;
-
доказана возможность распознавания микроскопических (микро- и наноразмерных) объектов с использованием псевдоцветового кодирования изображений. При этом установлено, что использование метода позволяет повысить визуальное качество распознавания объектов различной природы происхождения;
-
впервые проведены исследования методов увеличения контраста малоконтрастных интерферограмм и оптических изображений объектов, использующих псевдоцветовое кодирование изображений; экспериментально подтверждена возможность обнаружения малоконтрастных объектов;
-
разработаны оптико-конструкторские решения по созданию аппаратуры для приборной реализации метода псевдоцветового кодирования.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:
-
усовершенствованный метод визуализации микроскопических объектов в псевдоцветах позволяет использовать серийно выпускаемые биологические микроскопы с минимальной модернизацией;
-
предложенный метод визуализации дефектов на оптических элементах позволил перейти от трудоемкого определения размеров дефектов к оценке их размеров по цвету;
-
предложенная методика псевдоцветового аналогового кодирования позволила выявить в плазме крови включения, которые не могут быть диагностированы другими простыми методами;
4) разработаны оптико-конструкторские решения по созданию аппаратуры для приборной реализации метода псевдоцветового кодирования.
Материалы диссертации внедрены в работу ФГУП «ПО «Новосибирский приборостроительный завод» и ФГУП «ЦКБ «Точприбор».
Основные научные положения, выносимые на защиту.
-
Оптико-физическое обоснование распознавания микроскопических объектов с использованием псевдоцветового кодирования изображений, позволившего улучшить визуальное качество изображения при оптических исследованиях объектов различной природы происхождения.
-
Метод увеличения контраста малоконтрастных интерферограмм и оптических изображений объектов, использующий псевдоцветовое кодирование изображений, основанный на синтезе спектрального и пространственно-углового анализа изображений.
-
Схемотехнические решения по созданию методик для приборной реализации способа псевдоцветового кодирования.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из них четыре статьи опубликованы в изданиях, определенных в Перечне ВАК Минобрнауки РФ. В работах, изданных в соавторстве, анализ методик, проведение расчетов и экспериментов, а также постановка конкретных задач в процессе проведения экспериментов выполнены лично диссертантом.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международных научных конгрессах «ГЕО-Сибирь» с 2006 по 2010 г. (г. Новосибирск), на конференции «Приоритетные направления развития науки и тех-ники-2007» (г. Новосибирск), на VIII Международной конференции «Прикладная оптика-2008» (г. Санкт-Петербург), на научном семинаре кафедры приборных устройств НГПУ (г. Новосибирск) в 2009 г.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения. Она изложена на 93 страницах, содержит 23 формулы, 53 иллюстрации, 5 таблиц. Список использованных литературных источников включает 75 наименований.
