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Tesi di laurea in optoelettronica Realizzazione di un sistema di elaborazione ottica a colori per lo studio dei moti fluidi prodotti dalle macchine per.

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Presentazione sul tema: "Tesi di laurea in optoelettronica Realizzazione di un sistema di elaborazione ottica a colori per lo studio dei moti fluidi prodotti dalle macchine per."— Transcript della presentazione:

1 Tesi di laurea in optoelettronica Realizzazione di un sistema di elaborazione ottica a colori per lo studio dei moti fluidi prodotti dalle macchine per la facoemulsificazione usate in oculistica Laureandi: Matias Antonelli Martin Gega Relatore: Chiar.mo Prof. Paolo Sirotti Correlatori: Dott. Daniele Tognetto Dott.sa Giorgia Sanguinetti

2 Facoemulsificazione Introduzione Matias Antonelli – Martin Gega Cosè la facoemulsificazione? Tecnica per la chirurgia della cataratta: Rimozione del cristallino (faco) Sostituzione con lente artificiale

3 Facoemulsificazione In particolare: Frammentazione con sonda ad ultrasuoni Aspirazione mediante la stessa Matias Antonelli – Martin Gega Incisione di soli 3 mm Bassa invasività Veloce recupero della vista Introduzione

4 Facoemulsificazione Matias Antonelli – Martin Gega Introduzione

5 Facoemulsificazione Matias Antonelli – Martin Gega Introduzione È il risultato di più azioni: Irrigazione Aspirazione Propagazione onde acustiche Urti diretti Cavitazione

6 Obbiettivi Visualizzare i moti fluidi prodotti dalla sonda Studio visivo dei fenomeni coinvolti nel processo Valutazione di modi di funzionamento delle apparecchiature soglie di manifestazione di determinati fenomeni Matias Antonelli – Martin Gega Introduzione

7 Obbiettivi Visualizzare i moti fluidi prodotti dalla sonda Matias Antonelli – Martin Gega Introduzione Importante per Utilizzo maggiormente consapevole e meno invasivo dellapparecchiatura Confronto tra macchine diverse

8 Elaborazione ottica Elaborazione ottica delle immagini di fase Azione delle sonde Moti fluidi Variazioni densità Deformazioni Matias Antonelli – Martin Gega Immagini di fase trattabili col solo metodo ottico

9 Elaborazione ottica Elaborazione ottica delle immagini di fase Perché lelaborazione ottica? Capacità di elaborare fenomeni non trattabili con altri metodi Banda larga (luce = portante a frequenza elevata) Tempo di elaborazione pressoché infinitesimo (propagazione) Componenti di bassa tecnologia: robustezza, reperibilità,… Matias Antonelli – Martin Gega

10 Immagini di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Cosa sintende? In senso stretto: unimmagine con funzione di trasparenza complessa Matias Antonelli – Martin Gega costante :

11 Immagini di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Cosa sintende? Possiamo ritenere di fase anche immagini con Considerando le variazioni di A come immagine di partenza a riposo Matias Antonelli – Martin Gega costante

12 Immagini di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Cosa sintende? In ogni caso linformazione è contenuta nel termine di fase Matias Antonelli – Martin Gega

13 Trasformazione ottica Elaborazione ottica delle immagini di fase Lente: dispositivo base dellelaborazione ottica Introduce una trasformazione del campo luminoso Matias Antonelli – Martin Gega

14 Trasformazione ottica Elaborazione ottica delle immagini di fase Nel piano (, ) si ottiene la trasformata di Fourier del campo nel piano (x,y) Matias Antonelli – Martin Gega

15 Trasformazione ottica Elaborazione ottica delle immagini di fase Ponendo nel piano dingresso la trasparenza f(x,y) nel piano (, ) si ottiene il campo Matias Antonelli – Martin Gega

16 Trasformazione ottica Elaborazione ottica delle immagini di fase Matias Antonelli – Martin Gega

17 Trasformazione ottica Elaborazione ottica delle immagini di fase È importante la coerenza spaziale della luce con cui si elabora limmagine di fase Se i punti dello spazio illuminato hanno fasi scorrelate generano unimmagine di fase spuria che si somma (in fase) allimmagine da elaborare Matias Antonelli – Martin Gega

18 Trasformazione ottica Elaborazione ottica delle immagini di fase Lelaborazione si effettua nel piano della trasformata, mediante opportuni filtri. Matias Antonelli – Martin Gega

19 Trasformazione ottica Elaborazione ottica delle immagini di fase Una seconda lente esegue unulteriore trasformazione, quindi ricostruisce limmagine antitrasformando la trasformata filtrata Matias Antonelli – Martin Gega

20 Filtri Elaborazione ottica delle immagini di fase La trasformata è centrata nel fuoco Matias Antonelli – Martin Gega p. bassop. altop. bandaa fessuradirezionale

21 Elaborazione imm. di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Due diversi approcci: Ipotesi di fase piccola Approssimazione locale di Matias Antonelli – Martin Gega Come elaborare e rendere visibili le immagini di fase?

22 Elaborazione imm. di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Eliminando la componente comune 1 rimane unampiezza Matias Antonelli – Martin Gega Nellipotesi di piccole variazioni di 1

23 Elaborazione imm. di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Matias Antonelli – Martin Gega Il filtro che elimina la componente continua è un punto opaco nel fuoco (nella pratica è irrealizzabile, si usa cerchio a diametro minimo)

24 Elaborazione imm. di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Suddivisione del dominio in quadrati S ik arbitrariamente piccoli Approssimazione per ogni tratto col piano tangente in Matias Antonelli – Martin Gega Approssimazione locale di con campo affine

25 Elaborazione imm. di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Matias Antonelli – Martin Gega Approssimazione locale di con campo affine

26 Elaborazione imm. di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Matias Antonelli – Martin Gega Approssimazione locale di con campo affine Si ottiene

27 Elaborazione imm. di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Ad ogni tratto su S ik di f(x,y) corrisponde un punto luminoso nel piano di Fourier le cui coordinate sono date da Matias Antonelli – Martin Gega Approssimazione locale di con campo affine

28 Elaborazione imm. di fase Elaborazione ottica delle immagini di fase Matias Antonelli – Martin Gega Approssimazione locale di con campo affine Un filtro passaalto blocca i tratti dellimmagine con gradiente inferiore ad un certo valore di taglio.

29 Sorgente in luce bianca Elaborazione ottica delle immagini di fase Matias Antonelli – Martin Gega Prima estensione: rimuovere lipotesi di luce monocromatica Opportunità: introdurre codifica cromatica Problema: necessità di coerenza spaziale

30 Sorgente in luce bianca Elaborazione ottica delle immagini di fase Matias Antonelli – Martin Gega Soluzione: ridurre le dimensioni della sorgente approssimando una sorgente puntiforme ideale

31 Sistemi ottici - Laser Sistemi di Elaborazione Ottica delle Immagini in Luce Laser Sistema ad una lente Sistema a due lenti Sistema a fascio non collimato Matias Antonelli – Martin Gega

32 Sistemi ottici - Laser Sistemi di Elaborazione Ottica delle Immagini in Luce Laser Sistema ad una lente Sistema a due lenti Sistema a fascio non collimato Matias Antonelli – Martin Gega

33 Sistema a due lenti Sistemi di Elaborazione Ottica delle Immagini in Luce Laser Matias Antonelli – Martin Gega

34 Sistema a due lenti Sistemi di Elaborazione Ottica delle Immagini in Luce Laser Vantaggi: la configurazione è compatta le distanze dei piani sono note con maggiore precisione la trasformata di Fourier ottica non è affetta dallerrore di fase Matias Antonelli – Martin Gega

35 Sistema a due lenti Sistemi di Elaborazione Ottica delle Immagini in Luce Laser Svantaggi: il fattore dingrandimento è fissato dal rapporto delle lunghezze focali delle lenti il numero di componenti è aumentato dalla seconda lente Matias Antonelli – Martin Gega

36 Sistema a fascio non collimato Sistemi di Elaborazione Ottica delle Immagini in Luce Laser Matias Antonelli – Martin Gega

37 Sistema a fascio non collimato Sistemi di Elaborazione Ottica delle Immagini in Luce Laser Può essere costruito sia con una che con due lenti di trasformazione Utilizzo limitato dalla dimensione del fascio luminoso Costituisce la base per lestensione ai sistemi a sorgente estesa (non puntiforme) Matias Antonelli – Martin Gega

38 Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Contrasto di fase Tecnica dellilluminazione obliqua Metodo Shadowgraph Strioscopia Metodo Shclieren Matias Antonelli – Martin Gega

39 Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Contrasto di fase Tecnica dellilluminazione obliqua Metodo Shadowgraph Strioscopia Metodo Shclieren Matias Antonelli – Martin Gega

40 Strioscopia Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Matias Antonelli – Martin Gega Premessa Immagine di fase: Contrasto di fase: sfasamento della componente continua affinché i due contributi si sommino o si sottragano

41 Strioscopia Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Premessa La strioscopia è un caso particolare del Contrasto di fase dove: la trasmissione della componente continua è nulla linformazione sul segno della variazione di fase è soppressa Matias Antonelli – Martin Gega

42 Strioscopia Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Trasparenza del filtro di elaborazione: Elimina il contributo dampiezza, rendendo visibile solo quello relativo alla variazione di fase Matias Antonelli – Martin Gega

43 Strioscopia Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Nellipotesi di piccola variazione di fase il campo elaborato è: Il sistema visivo né rileva solo lintensità Matias Antonelli – Martin Gega

44 Strioscopia Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Matias Antonelli – Martin Gega

45 Strioscopia Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Limiti: Elevata intensità della sorgente può nascondere particolari a fase molto piccola Il filtro introduce un effetto passa-alto: impossibile realizzare un filtro che elimini solamente la continua Matias Antonelli – Martin Gega

46 Strioscopia Applicazione alla visualizzazione dei moti fluidi Applicazione allo studio dei moti fluidi prodotti dalla facoemulsificazione Matias Antonelli – Martin Gega

47 Strioscopia Applicazione alla visualizzazione dei moti fluidi Limmagine dingresso è costituita da: manipolo faco vaschetta di vetro fluido (soluzione salina) flussi prodotti dalla sonda vibrante Immagine di fase che si vuole rendere visibile Matias Antonelli – Martin Gega

48 Strioscopia Applicazione alla visualizzazione dei moti fluidi Matias Antonelli – Martin Gega

49 Strioscopia Applicazione alla visualizzazione dei moti fluidi Matias Antonelli – Martin Gega Flussi prodotti da: irrigazione irrigazione e aspirazione irrigazione, aspirazione e cavitazione

50 Strioscopia Applicazione alla visualizzazione dei moti fluidi Matias Antonelli – Martin Gega Filmato acquisito con telecamera ad elevato numero di fotogrammi

51 Strioscopia Applicazione alla visualizzazione dei moti fluidi Matias Antonelli – Martin Gega Formazione canale Apertura in profondità Allargamento canale Turbolenze Aspirazione

52 Sistema ottico a colori Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca È possibile svincolarsi dallipotesi di luce monocromatica? I sistemi ottici sono realizzabili con sorgenti puntiformi a luce bianca Possibilità di utilizzare anche sorgenti estese Matias Antonelli – Martin Gega

53 Sorgente estesa Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca È una sorgente di luce incoerente Ogni punto della sorgente produce una trasformata dellimmagine Sul piano di Fourier si ha la sovrapposizione delle singole trasformate Matias Antonelli – Martin Gega Limita lelaborazione ottica a colori

54 Sorgente estesa Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca Soluzione: codifica mediante opportune maschere a fori ogni foro approssima una sorgente puntiforme ideale Matias Antonelli – Martin Gega

55 Sorgente estesa Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca Vantaggi della sorgente estesa codificata: Sorgenti economiche e facilmente reperibili Più canali di trasmissione scorrelati tra loro Repliche dello spettro sul piano di Fourier Possibilità di trattare le trasformate in modo separato Codifica cromatica Matias Antonelli – Martin Gega

56 Sistema ottico a colori Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca Matias Antonelli – Martin Gega

57 Filtri cromatici Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca Trasparenze a bande di forma e colore opportuno Tipi utilizzati: filtri a simmetria circolare a tre bande colorate filtri a settori colorati Matias Antonelli – Martin Gega

58 Filtri circolari Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca Matias Antonelli – Martin Gega Banda passante divisa in tre corone Le alte frequenze spaziali si colorano in blu Le basse frequenze assumono tonalità rosse Non discrimina la direzione

59 Filtri a settori Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca Matias Antonelli – Martin Gega Banda passante divisa in sei settori Codifica la fase secondo la direzione delle variazioni Il verso della variazione è ininfluente La banda passante varia secondo il colore

60 Codifica cromatica Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca Sul piano di Fourier si ottengono le trasformate disposte secondo la ricostruzione della matrice di sorgenti Perciò si usa una matrice di filtri congruente con quella delle sorgenti per ottenere maggiore selettività Matias Antonelli – Martin Gega

61 Codifica cromatica Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca Matias Antonelli – Martin Gega Le trasformate sono centrate rispetto a ciascuno dei filtri Esse sono scalate dalle rispettive lunghezze donda

62 Codifica cromatica Sistema di Elaborazione Ottica delle Immagini a Luce Bianca Come avviene la codifica: settori sfasati componenti dello stesso gradiente assumono tonalità diverse Matias Antonelli – Martin Gega

63 Sistema ottico a colori Applicazione alla visualizzazione dei moti fluidi Matias Antonelli – Martin Gega

64 Sistema ottico a colori Applicazione alla visualizzazione dei moti fluidi Matias Antonelli – Martin Gega Esempio di visualizzazione di flussi codificati con colori diversi nelle varie direzioni di propagazione

65 Sistema ottico a colori Applicazione alla visualizzazione dei moti fluidi Matias Antonelli – Martin Gega Esempio di deformazione del viscoelastico Propagazione delle onde acustiche fino alla rottura della struttura del materiale

66 Conclusioni Risultati e conclusioni Matias Antonelli – Martin Gega I risultati ottenuti sono soggetti a: interpretazione medica interpretazione ingegneristica

67 Conclusioni Risultati e conclusioni Matias Antonelli – Martin Gega Interpretazione medica: Le immagini prodotto hanno permesso: maggiore comprensione dei fenomeni coinvolti nella facoemulsificazione importanti informazioni circa il funzionamento delle apparecchiature verifica delle soglie di generazione delle bolle

68 Conclusioni Risultati e conclusioni Matias Antonelli – Martin Gega Interpretazione ingegneristica: I sistemi realizzati hanno raggiunto gli obbiettivi prefissati Le immagini a colori hanno riportato un contenuto informativo più ricco rispetto a quelle ottenute con luce monocromatica

69 Sviluppi futuri Risultati e conclusioni Matias Antonelli – Martin Gega Realizzare maschere di filtri ad elevata selettività mediante lutilizzo dei filtri a corone circolari: necessita di realizzazione di filtri con larghezza delle bande colorate variabili

70 Fine Matias Antonelli – Martin Gega Grazie per lattenzione


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