(43-6) 05 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

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

А.А. Дьяченко1,2, В.П. Рябухо1,2

1 Саратовский национальный исследовательский государственный университет, Саратов, Россия,
2 Институт проблем точной механики и управления РАН, Саратов, Россия

 PDF, 1110 kB

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

Страницы: 956-967.

Аннотация:
Рассматриваются алгоритмы анализа полихроматической интерференционной картины изображения тонких слоистых объектов в оптической микроскопии для измерения оптических толщин слоёв. Обсуждается метод измерения оптических толщин слоёв, 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.

Ключевые слова:
интерференционные цвета, тонкие плёнки, оптическая микроскопия, интерференционная микроскопия, колориметрия, цветовые модели.

Цитирование:
Дьяченко, А.А. Цветовые модели представления полихроматических интерференционных изображений тонких слоистых объектов в оптической микроскопии / А.А. Дьяченко, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 6. – С. 956-967. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-956-967.

Литература:
  1. Setter, A. Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications / A. Setter, D. Damjanovic // Journal of Applied Physics. – 2006. – Vol. 100. – 051606.
  2. 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.
  3. Технология тонких плёнок. Справочник / под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга. – Пер с англ. – Т. 2. – М.: Советское радио, 1977. – 768 с.
  4. 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. 2456-2462.
  5. 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.
  6. Křupka, I. The effect of surface texturing on thin EHD lubrication film / I. Křupka, M. Hartl // Tribology International. – 2007. – Vol. 40, Issue 7. – P. 1100-1110.
  7. Birnie, D. Optical video interpretation of interference colors from thin transparent films on silicon / D. Birnie // Materials Letters. – 2004. – Vol. 58. – P. 2795-2800.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Лычагов, В.В. Низкокогерентная микроинтерферометрия внутренней структуры кристаллизовавшейся плазмы крови / В.В. Лычагов, А.Л. Кальянов, В.П. Рябухо // Оптика и спектроскопия. – 2009. – Т. 107, № 6. – С. 907-914.
  13. Sheppard, C.J.R. Low-coherence interference microscopy / C.J.R. Sheppard, M. Roy. – In: Optical imaging and microscopy / ed. by P. Török, F.-J. Kao). – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2003. – P. 257-273.
  14. Handbook of full-field optical coherence microscopy: Technology and applications / ed. by A. Dubois. – Singapore: Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., 2016. – 790 p.
  15. 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.
  16. Lychagov, V.V. Polychromatic low-coherence interferometry 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.
  17. Лычагов, В.В. Низкокогерентная интерферометрия слоистых структур в полихроматическом свете с цифровой записью и обработкой интерферограмм / В.В. Лычагов, В.П. Рябухо, А.Л. Кальянов, И.В. Смирнов // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 4. – С. 511-524.
  18. Confocal microscopy / ed. by T. Wilson. – San Diego: Academic Press, 1990. – 426 p.
  19. Handbook of biological confocal microscopy / ed. by J.E. Pawley. – 3rd ed. – Berlin: Springer, 2006. – 985 p.
  20. 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.
  21. 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.
  22. 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.
  23. 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: 978-3-662-44692-8.
  24. Kim, M.K. Digital holographic microscopy / M.K. Kim. – New York: Springer-Verlag, 2011. – P. 1-10.
  25. 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.
  26. Optical coherence tomography: technology and applications / ed. by W. Drexler, J.G. Fujimoto. – Springer Science & Business Media, 2008. – 2567 p.
  27. 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.
  28. 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.
  29. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф // М.: Наука, 1973. – 720 с.
  30. Hartl, M. Thin film colorimetric interferometry / M. Hartl, I. Krupka, R. Poliscuk [et al.] // Tribology Transactions. – 2001. – Vol. 44, Issue 2. – P. 270-276.
  31. Kitagawa, K. Thin-film thickness profile measurement by three-wavelength interference color analysis / K. Kitagawa // Applied Optics. – 2013. – Vol. 52, Issue 10. – P. 1998-2007.
  32. 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.
  33. 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.
  34. 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.
  35. 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.
  36. 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: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-670-679.
  37. 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.
  38. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. – Пер. с англ. – М.: Техносфера, 2005. – 1072 с.
  39. Прэтт, У. Цифровая обработка изображений / У. Прэтт. – Пер. с англ. – М.: Мир, 1982.
  40. Цвет в промышленности / под ред. Р. Мак-Дональда. – Пер. с англ. – М.: Логос, 2002. – 596 с.
  41. Форсайт, Д. Компьютерное зрение. Современный подход. / Д. Форсайт, Ж. Понс. – Пер. с англ. – М.: Вильямс, 2004. – 928 с.
  42. 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.
  43. 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.
  44. Field guide to colorimetry and fundamental color modeling / J.D.T. Kruschwitz. – Bellingham, Washington, USA: SPIE Press, 2018. – 120 p.
  45. 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.
  46. 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: 10.18287/2412-6179-2017-41-1-95-102.
  47. 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.
  48. 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.
  49. Abdulhalim, I. Spectroscopic interference microscopy technique for measurement of layer parameters / I. Abdulhalim // Measurement Science and Technology. – 2001. – Vol. 12. – P. 1996-2001.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20