A real-time digital holographic microscope with an optical tweezer
Optik cımbızlı sayısal holografik mikroskop
- Tez No: 394262
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MERİÇ ÖZCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- 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
- 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
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜJDAT ÇETİN
PROF. DR. SELİM SAFFET BALCISOY
- 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
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEcole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CHRISTIAN DEPEURSINGE
DR. MARCEL EGLI
- 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
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN F. GENCELİ
- 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
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolFırat ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMÜR AYDOĞMUŞ
- 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
2005
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. ŞEREF NACİ ENGİN