Master's Thesis

Amplitude and phase objects observation through scattering media by means of coherence-controlled holographic microscope

Final Thesis 5.89 MB

Author of thesis: Ing. Adam Effenberger

Acad. year: 2014/2015

Supervisor: Mgr. Věra Kollárová, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Lošťák, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis deals with phase and amplitude objects observation through scattering media by means of a coherence-controlled holographic microscope (CCHM).
A brief history of development and construction of the microscope, its advantages compared to the classical light microscopy and hologram processing are described. Quantitative phase imaging through scattering media by means of ballistic as well as diffuse light is verificated in the experimental part. A comparison of an image obtained through a scattering layer by means of CCHM and a classical microscopy in the light field is demonstrated.

Keywords:

coherence-controlled holographic microscope, diffuse light, coherence gate

Date of defence

23.06.2015

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (N3901-2)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Mgr. Věra Kollárová, Ph.D.

Diplomová práce Adama Effenbergera se zabývá experimentálním ověřením zobrazování dvourozměrných předmětů přes rozptylující vrstvy, a to pomocí holografického mikroskopu s kontrolovatelnou koherencí (CCHM). Větší znalost chování zobrazení vzorku (zejména potom zobrazené fáze) přes difuzní prostředí je důležitá pro využití mikroskopu v aplikacích.
Práce obsahuje 45 stran, je rozdělena do šesti kapitol, za kterými následuje seznam použité literatury, seznam zkratek a dodatky. Pátá kapitola představuje vlastní přínos diplomanta – experimentální ověření zobrazení fázového a amplitudového vzorku přes 3 typy difuzorů (slabý, středně silný a silný).
Práce je logicky uspořádaná, je psána srozumitelně, s minimem překlepů či gramatických chyb. Místy však obsahuje formální chyby, jako například chyby v teoretické části (špatně označené veličiny), nejednoznačné citování literatury (zejména článků), chybí popisky tabulek, chybí odkaz na obrázek 13 v textu. Výsledky fáze pro čtverce o hloubce 2 µm se v obrázcích 24, 30, 32 a 34  a v příslušných tabulkách neshodují.  V některých částech chybí větší propracovanost a nadhled, např. v kapitole 2, která mi připadá příliš stručná, nebo v kapitole 4. Zde bych doporučila lépe popsat a vysvětlit, jaké výsledky a očekávání vyplývají z teoretického popisu a numerických simulací, aby bylo zřejmé, kam směřuje experimentální ověřování. Z textu přímo nevyplývá vzdálenost a poloha difuzoru vzhledem ke vzorku. Rozumím tomu tak, že výsledky jsou uvedeny pro difuzor umístěný mezi vzorek a objektiv. Je škoda, že pro úplnost tyto výsledky nebyly srovnány s hodnotami, jaké se dají získat, když difuzor leží nad vzorkem.
Diplomant nicméně pracoval samostatně, v laboratoři se naučil pracovat s koherencí řízeným holografickým mikroskopem, a to nejenom jako běžný uživatel, ale snažil se více porozumět fungování přístroje  a pochopit, jakým způsobem jsou v mikroskopu vyhodnocována data. Díky tomu občas dával zpětnou vazbu, která je užitečná, neboť software mikroskopu se stále vyvíjí.  Nad získanými výsledky přemýšlel a v případě nesrovnalostí otázky a problémy konzultoval s kolegy z laboratoře Experimentální biofotoniky. V práci se mi líbí např. demonstrační obrázky  39 – 42, dále srovnání a rozbor fázových obrazů získaných pomocí balistického a difuzního světla. Domnívám se, že diplomant téma zpracoval dobře, jen některé části mohly být více a hlouběji propracovány.
I přes výše uvedené výtky doporučuji práci k obhajobě a navrhuji hodnocení C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Martin Lošťák, Ph.D.

Diplomová práce studenta Adama Effenbergera pojednává o zobrazování skrze rozptylující prostředí v koherencí řízeném holografickém mikroskopu (CCHM). Téma práce považuji za mimořádně důležité hned z několika důvodů. Prvním důvodem je fakt, že možnost zobrazení v optické mikroskopii přes rozptylná prostředí je zásadní  při pozorování biologických objektů. Dalším důvodem je to, že pozorování přes rozptylná prostředí  v CCHM představuje velmi  důležitou výhodu tohoto mikroskopu oproti jiným technikám. Popis a pochopení principu zobrazení CCHM přes kalná (rozptylná) prostředí  a stejně tak experimenty, které zjišťují parametry a limity takového zobrazení, jsou velmi důležité pro reálné aplikace. Autor navíc v práci ukázal zobrazení přes natolik difuzní objekty, přes které nebylo předtím možné v CCHM zobrazovat.

Diplomová práce splňuje vytyčené cíle, je po formální stránce správně zpracována. Je napsána přehledně a čtivě a plynou z ní jasné závěry, které jsou podstatné pro další práci v této problematice. 
Chyby, které se v práci vyskytují, jsou spíše z důvodu přehlédnutí než systematické. Například v tabulce 30 je uvedena hodnota -8 rad, ačkoli v grafu je jasně vidět -2 rad, tato chyba se opakuje. Autor taktéž nikde neuvádí, jaká je vzdálenost vzorku od difuzoru, či v jaké poloze je vzorek vůči objektivu a difuzoru. V seznamu citací je též několik chyb z nepozornosti. Z gramatického hlediska je ovšem práce velmi zdařilá a téměř bez chyb.


Z níže uvedených důvodů práci tedy rozhodně doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm B.

Na závěr bych pouze přidal několik podnětů k diskuzi:
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. Autor ukazuje, jaké je rozlišení CCHM na struktuře, jejíž maximální frekvence čar je téměř dvakrát menší, než dokáže rozlišit tento mikroskop v dané konfiguraci. Jaký byl pro to důvod?
  2. Pro porovnání správnosti výsledků měření fázového vzorku v CCHM by bylo vhodné uvést měření vzorku nějakou referenční profilometrickou metodou. Takové referenční měření však v práci není nikde obsaženo. Jaký je pro to důvod?
  3. Ačkoli autor v dodatku názorně ukazuje, jak moc jednotlivé difuzory rozptylují světlo, nikde nepíše, jaká je vzdálenost difuzoru od vzorku nebo kde přesně byl difuzor vůči vzorku umístěn. Mohl by autor dané věci objasnit?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová