Geri Dön

A real-time digital holographic microscope with an optical tweezer

Optik cımbızlı sayısal holografik mikroskop

  1. Tez No: 394262
  2. Yazar: MERT DOĞAR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MERİÇ ÖZCAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 80

Özet

Holografik mikroskopların en önemli özelliği, biyolojik hücreler gibi şeffaf nesnelerin resimlerinin, nesneleri boyamaya gerek olmaksızın kaydedilebilmesidir. Bu sayede, hücreler canlıyken incelenebilmektedir. Bunun yanında, canlı hücreleri taşımak yada hapsetmek için odaklanmış lazer ışını ile çalışan bir optik cımbız kullanilabilir. Dolayısıyla, optik cımbız ve holografik mikroskobu bir araya getiren bir araç biyoloji çalışmalarında oldukça yararlı olacaktır. Holografikde, kayıt esnasında mekanik odaklama yapılmasına gerek yoktur. Kaydedilen hologramın içindeki belirli parçacıklara odaklamak için doğru uzaklıkta yeniden yapılandırma yapmak gerekir. Yeniden yapılandırma, hologram yuzeyindeki dalga dağılımını sayısal olarak yayarak elde edilir. Eğer parçacığın kayıt yüzeyine olan optik uzaklığı bilinmiyorsa, bu uzaklığı tahmin etmek için otomatik odaklama yöntemleri kullanılmalıdır. Ancak, hologramın boyutu büyük olduğunda otomatik odaklama ve yeniden yapılandırma işleri uzun zaman almaktadır. Dolayısıyla, yalnızca bilgisayar işlemcileri kullanarak yüksek çözu ̈nürlüklü sayısal holografik mikroskobu gerçek zamanlı çalıştırmak olanaksızdır. Mikroskopu gerçek zamanlı çalıştırmak için donanımsal hızlandırıcılara ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüz tüketici grafik kartları genel amaçlı hızlandırılmış işlem yapmaya çok müsaittirler. Bu kartlar kullanıldığında, hologramlar en gelişkin işlemcilere nazaran onlarca kat daha hızlı bir şekilde yeniden yapılandırılabilirler. Bu tezde; otomatik odaklama yapabilen yüksek çözünürlüklü bir sayısak holografik mikroskop (DHM) tanıtılmaktadır. Grafik kartının getirdigi işlem gücü ile mikroskop, gerçek zamanlı otomatik odaklama ve hologram işleme yeteneğine sahip olmustur. GPU kullanıldıgında saniyede 70 tane 1024 × 1024 boyutunda hologramın otomatik odaklama ile yeniden yapılandırılabildiği gosterilmiştir. Ayrıca, optik cımbız ile sayısal holografik mikroskobu birleştiren bir düzenek önerilmektedir. Bu düzenek ile bir yandan örneğin 3 boyutlu görüntüsü kaydedilirken diğer yandan optik cımbız ile hapsedilmesi ve taşınması gösterilmiştir.

Özet (Çeviri)

The most significant advantage of the holographic microscopy is being able to image transparent objects such as biological cells without staining. Therefore, the cell image can be captured while it is alive. Moreover, Manipulating a living cell without destructing it's structure can be achieved by the use of an optical tweezer which apply a pulling force around a tightly focused laser beam without a physical contact. Therefore, an instrument that combines the holographic microscope and the optical tweezer is quite useful for biological studies. Another advantage of holographic imaging is that, one does not need to do mechanical focusing for the scene when recording the hologram. Focusing is achieved by reconstructing the hologram at a certain depth. If the object's optical depth from the recording plane is not known a priori, auto-focusing algorithms must be used to estimate this distance. However, auto-focusing and reconstruction can be quite time consuming as the hologram sizes increase and the microscope can not operate in real-time with high resolution holograms using traditional central processing units (CPUs). Therefore, for real-time operation, additional hardware accelerators are required for reconstructing high resolution holograms. A holograms can be reconstructed tens of times faster with a graphics processing unit than with the state-of-the-art main CPUs. In this thesis, an auto-focusing megapixel-resolution digital holographic microscope (DHM) that uses a commodity graphics card as the calculation engine is presented. The computational power of the GPU allows the DHM to work in realtime such that the reconstruction distance is estimated unsupervised, and the postprocessing of the hologram is transparent to the user. Performances of the DHM under GPU and CPU settings are presented and a maximum of 70 focused reconstructions per second (frps) are achieved with 1024 ⇥ 1024 pixels holograms. Moreover, a setup for incorporating an optical tweezer to the holographic microscope is provided. With this setup, it is possible to trap small particles while performing holographic imaging.

Benzer Tezler

  1. Compressed sensing and learning-based methods for super-resolution structured illumination microscopy

    Süper çözünürlüklü yapılandırılmış aydınlatma mikroskopisi için sıkıştırılmış algılama ve öğrenmeye dayalı yöntemler

    BATURAY ÖZGÜRÜN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MÜJDAT ÇETİN

    PROF. DR. SELİM SAFFET BALCISOY

  2. 3d optical imaging of living cells in microgravity: application to study dynamic changes of cytoskeleton

    Canlı hücrelerin mikro çekim altında 3 boyutlu görüntülenmesi: hücre iskeletinin dinamik değişimlerinin çalışılmasında uygulanması

    MUHAMMED FATİH TOY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEcole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CHRISTIAN DEPEURSINGE

    DR. MARCEL EGLI

  3. Düşey levhalarda ısı iletkenliği düşük yatay kanatların doğal ısı taşınımına etkisi

    Influence of horizontal fins with low thermal conductivity on natural convective heat transfer from vertical surfaces

    NEDİM TÜRKMEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN F. GENCELİ

  4. FPGA tabanlı genel amaçlı dı̇jı̇tal ikı̇z sı̇stemı̇nı̇n gelı̇ştı̇rı̇lmesı̇ ve robot sı̇mülatörü ı̇le bı̇rlı̇kte kullanılması

    Development of an FPGA-based general purpose digital twin and using az co-simulator with robot simulator

    MEHMET RIZA SARAÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolFırat Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMÜR AYDOĞMUŞ

  5. DSP tabanlı G/Ç kartı üzerinde ses işareti işleme uygulamaları

    Audio signal processing application on a DSP based I/O set

    FATİH BORAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Y.DOÇ.DR. ŞEREF NACİ ENGİN