Научные статьи \ Прикладные науки. Медицина. Технология \ Инженерное дело. Техника в целом \ Общее машиностроение. Ядерная технология. Электротехника. Технология машиностроения \ Электротехника

Цветовые модели представления полихроматических интерференционных изображений тонких слоистых объектов в оптической микроскопии

Цветовые модели представления полихроматических интерференционных изображений тонких слоистых объектов в оптической микроскопии

Автор: Дьяченко Антон Андреевич, Рябухо Владимир Петрович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 6 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

Рассматриваются алгоритмы анализа полихроматической интерференционной картины изображения тонких слоистых объектов в оптической микроскопии для измерения оптических толщин слоев. Обсуждается метод измерения оптических толщин слоев, основанный на сравнении цветов исследуемого интерференционного изображения и численно моделируемого. Рассматривается математическая модель, используемая для расчёта и моделирования интерференционной картины, и алгоритмы обработки исследуемого интерференционного изображения. Приведён алгоритм сравнения цветов в рамках цветовой модели RGB, и показаны недостатки этой модели. Показана возможность использования цветовой модели Lab, и описаны алгоритмы сравнения цветов интерференционных изображений в этой цветовой модели. Приведены результаты применения разработанных алгоритмов для измерения оптических толщин эритроцитов в сухом мазке крови. Проведена оценка погрешности и стабильности разработанного алгоритма.

Еще

Интерференционные цвета, тонкие плёнки, оптическая микроскопия, интерференционная микроскопия, колориметрия, цветовые модели

Короткий адрес: https://sciup.org/140246543

IDR: 140246543   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-956-967

Color models of interference images of thin stratified objects in optical microscopy

Algorithms for the analysis of polychromatic interference patterns in images of thin stratified objects in optical microscopy are considered. The algorithms allow one to measure the thin-film optical thickness. A measurement method based on the comparison of colors of the interference image under study and a numerically simulated image is discussed. We discuss a mathematical model for the calculation and numerical simulation of interference patterns and algorithms for interference pattern processing. Color comparison in an RGB color model is described and limitations of such a method are shown. The feasibility of using a Lab color model is shown and algorithms of interference color comparison in this model are presented. Results of application of the presented algorithms to measuring the optical thickness of red blood cells in a blood smear are discussed. The estimation of the error and robustness of the proposed algorithms is conducted.

Еще

Список литературы Цветовые модели представления полихроматических интерференционных изображений тонких слоистых объектов в оптической микроскопии

  • Setter, A. Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications / A. Setter, D. Damjanovic // Journal of Applied Physics. - 2006. - Vol. 100. - 051606.
  • Charitidis, C.A. Nanomechanical and nanotribological properties of carbon-based thin films: A review / C.A. Charitidis // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2010. - Vol. 28, Issue 1. - P. 51-70.
  • Технология тонких плёнок. Справочник / под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга. - Пер с англ. - Т. 2. - М.: Советское радио, 1977. - 768 с.
  • Тамбасов, И.А. Структурные и термоэлектрические свойства оптически прозрачных тонких плёнок на основе одностенных углеродных нанотрубок / И.А. Тамбасов, А.С. Воронин, Н.П. Евсевская [и др.] // Физика твёрдого тела. - 2018. - Т. 60, № 12. - С. 0456-0460.
  • Kreder, M.J. Film dynamics and lubricant depletion by droplets moving on lubricated surfaces / M.J. Kreder, D. Daniel, A. Tetreault [et al.] // Physical Review X. - 2018. - Vol. 8, № 3. - 031053.
  • Krupka, I. The effect of surface texturing on thin EHD lubrication film / I. Kfupka, M. Hartl // Tribology International. - 2007. - Vol. 40, Issue 7. - P. 1100-1110.
  • Birnie, D. Optical video interpretation of interference colors from thin transparent films on silicon / D. Birnie // Materials Letters. - 2004. - Vol. 58. - P. 2795-2800.
  • Parthasarathy, S. A color vision system for film thickness determination / S. Parthasarathy, D. Wolfe [et al.] // Proceedings of IEEE Conference on Robotics and Automation. - 1987. - P. 515-519.
  • Воевода, М.И. Исследование тонких плёнок, полученных центрифугированием сыворотки крови человека, методами спектральной эллипсометрии и ИК-спектроскопии / М.И. Воевода, С.Е. Пельтек, М.В. Кручинина [и др.] // Автометрия. - 2010. - Т. 46, № 4. - С. 106-119.
  • Тарасевич, Ю.Ю. Влияние режима испарения на пространственное перераспределение компонентов в испаряющейся капле жидкости на твёрдой горизонтальной подложке / Ю.Ю. Тарасевич, О.П. Исакова, В.В. Кондухов, А.В. Савицкая // Журнал технической физики. - 2010. - Т. 80, № 5. - С. 45-53.
  • Tarasevich, Y.Y. Modeling of spatial-temporal distribution of the components in the drying sessile droplet of biological fluid / Y.Y. Tarasevich, I.V. Vodolazskaya, O.P. Bondarenko // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2013. - Vol. 432, Issue 5. - P. 99-103.
  • Лычагов, В.В. Низкокогерентная микроинтерферометрия внутренней структуры кристаллизовавшейся плазма: крови / В.В. Лычагов, А. Л. Кальянов, В.П. Рябухо // Оптика и спектроскопия. - 2009. - Т. 107, № 6. - С. 907914.
  • Sheppard, C.J.R. Low-coherence interference microscopy / C.J.R. Sheppard, M. Roy. - In: Optical imaging and microscopy / ed. by P. Torok, F.-J. Kao). - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2003. - P. 257-273.
  • Handbook of full-field optical coherence microscopy: Technology and applications / ed. by A. Dubois. - Singapore: Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., 2016. - 790 p.
  • Abdulhalim, I. Spatial and temporal coherence effects in interference microscopy and full-field optical coherence tomography / I. Abdulhalim // Annalen der Physik. - 2012. - Vol. 524, No 12. - P. 787-804. -
  • DOI: 10.1002/andp.201200106
  • Lychagov, V.V. Polychromatic low-coherence interferome-try of stratified structures with digital interferogram recording and processing / V.V. Lychagov, V.P. Ryabukho, A.L. Kalyanov, I.V. Smirnov // Journal of Optics. - 2012. -Vol. 14, Issue 1. - 015702.
  • Лычагов, В. В. Низкокогерентная интерферометрия слоистых структур в полихроматическом свете с цифровой записью и обработкой интерферограмм / В.В. Лычагов, B.П. Рябухо, А. Л. Кальянов, И.В. Смирнов // Компьютерная оптика. - 2010. - Т. 34, № 4. - С. 511-524.
  • Confocal microscopy / ed. by T. Wilson. - San Diego: Academic Press, 1990. - 426 p.
  • Handbook of biological confocal microscopy / ed. by J.E. Pawley. - 3rd ed. - Berlin: Springer, 2006. - 985 p.
  • Sheppard, C.J.R. Confocal imaging of a stratified medium / C.J.R. Sheppard, T.J. Connolly, J. Lee, C.J. Cogswell // Applied Optics. - 1994. - Vol. 33, Issue 4. - P. 631-640.
  • De Groot, P. Principles of interference microscopy for the measurement of surface topography / P. de Groot // Advanced in Optics and Photonics. - 2015. - Vol. 7, Issue 1. -P. 1-65.
  • Kemper, B. Digital holographic microscopy for live cell applications and technical inspection / B. Kemper, G. von Bally // Applied Optics. - 2008. - Vol. 47. - P. A52-A61.
  • Digital holography and wavefront sensing principles: Techniques and applications / U. Schanars, C. Falldorf, J. Watson, W. Jueptner. - 2nd ed. - Heidelberg, New York, Dordrecht, London: Springer; 2015. - 226 p. -
  • ISBN: 9783-662-44692-8
  • Kim, M.K. Digital holographic microscopy / M.K. Kim. -New York: Springer-Verlag, 2011. - P. 1-10.
  • Dubois, A. High-resolution full-field optical coherence tomography with a Linnik microscope / A. Dubois L. Vabre, A.C. Boccara, E. Beaurepaire // Applied Optics. -2002. - Vol. 41, Issue 4. - P. 805-812.
  • Optical coherence tomography: technology and applications / ed. by W. Drexler, J.G. Fujimoto. - Springer Science & Business Media, 2008. - 2567 p.
  • Leitgeb, R.A. En face optical coherence tomography: a technology review / R.A. Leitgeb // Biomedical Optics Express. - 2019. - Vol. 10, Issue 5. - P. 2177-2201.
  • Каленков, Г.С. Гиперспектральная голографическая фурье-микроскопия / Г.С. Каленков, С.Г. Каленков, А.Е. Штанько // Квантовая электроника. - 2015. - Т. 45, № 4. - С. 333-338.
  • Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф // М.: Наука, 1973. - 720 с.
  • Hartl, M. Thin film colorimetric interferometry / M. Hartl, I. Krupka, R. Poliscuk [et al.] // Tribology Transactions. -2001. - Vol. 44, Issue 2. - P. 270-276.
  • Kitagawa, K. Thin-film thickness profile measurement by three-wavelength interference color analysis / K. Kitagawa // Applied Optics. - 2013. - Vol. 52, Issue 10. - P. 19982007.
  • Kitagawa, K. Surface and thickness profile measurement of a transparent film by three-wavelength vertical scanning interferometry / K. Kitagawa // Optics Letters. - 2014. -Vol. 39, Issue 14. - P. 4172-4175.
  • Frostad, J.M. Dynamic fluid-film interferometry as a predictor of bulk foam properties / J.M. Frostad, D. Tammaro, L. Santollani, S.B. de Araujo, G.G. Fuller // Soft Matter. -2016. - Vol. 12, Issue 46. - P. 9266-9279.
  • Jin, G. Imaging ellipsometry revisited: developments for visualization of thin transparent layers on silicon substrates / G. Jin, R. Jansson, H. Arwin // Review of Scientific Instruments. - 1996. - Vol. 67. - P. 2930-2936.
  • Kim, J. Thickness measurement of a transparent thin film using phase change in white-light phase-shift interferometry / J. Kim, K. Kim, H.J. Pahk // Current Optics and Photonics. - 2017. - Vol. 1, Issue 5. - P. 505-513.
  • Дьяченко, А.А. Определение оптических толщин слоистых объектов по интерференционным цветам изображений в микроскопии белого света / А.А. Дьяченко, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. - 2017. - Т. 41, № 5. - С. 670-679. -
  • DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5670-679
  • Дьяченко, А. А. Проявление эффектов углового спектра освещающего поля в полихроматической интерференционной микроскопии слоистых объектов / А.А. Дьяченко, Л.А. Максимова, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. - 2018. - Т. 42, № 6. - С. 959-969. -
  • DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-6-959-969
  • Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. - Пер. с англ. - М.: Техносфера, 2005. - 1072 с.
  • Прэтт, У. Цифровая обработка изображений / У. Прэтт. - Пер. с англ. - М.: Мир, 1982.
  • Цвет в промышленности / под ред. Р. Мак-Дональда. -Пер. с англ. - М.: Логос, 2002. - 596 с.
  • Форсайт, Д. Компьютерное зрение. Современный подход. / Д. Форсайт, Ж. Понс. - Пер. с англ. - М.: Вильямс, 2004. - 928 с.
  • Зимин, Д.И. Технология определения восстанавливающего фильтра и обработки цветных изображений / Д.И. Зимин, В.А. Фурсов // Компьютерная оптика. -2005. - Т. 27. - С. 170-173.
  • Агеева, А.И. Сравнительный анализ моделей CMYK и RGB при поканальном выводе полноцветных изображений / А.И. Агеева, Н.С. Кретинина, С.И. Ходов // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2011. - Вып. 6, Ч. 2. - С. 386-391.
  • Field guide to colorimetry and fundamental color modeling / J.D.T. Kruschwitz. - Bellingham, Washington, USA: SPIE Press, 2018. - 120 p.
  • Крайский, А.В. Измерение поверхностного распределения длины волны узкополосного излучения колориметрическим методом / А.В. Крайский, Т.В. Миронова, Т. Т. Султанов // Квантовая электроника. - 2010. - Т. 40, № 7. - С. 652-658.
  • Пальчикова, И.Г. Интервальная оценка параметров цвета из цифровых изображений / И.Г. Пальчикова, Е.С. Смирнов // Компьютерная оптика. - 2017. - Т. 41, № 1. - С. 95-102. -
  • DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-195-102
  • Крайский, А.В. Измерение длины волны узкополосного излучения при обработке цифровых фотографий в RAW-формате / А.В. Крайский, Т.В. Миронова, Т.Т. Султанов // Квантовая электроника. - 2012. - Т. 42, № 12. - С. 1137-1139.
  • Kim, M.G. Fast and reliable measurement of thin film thickness profile based on wavelet transform in spectrally resolved white-light interferometry / M.G. Kim, H.J. Pahk // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. - 2018. - Vol. 19, Issue 2. - P. 213-219.
  • Abdulhalim, I. Spectroscopic interference microscopy technique for measurement of layer parameters / I. Abdulhalim // Measurement Science and Technology. -2001. - Vol. 12. - P. 1996-2001.
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp