dissertação
Análise do speckle laser dinâmico: uma releitura
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
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Resumo
A análise de imagem por si mesma se apresenta como um poderoso instrumento aplicado ao monitoramento a toda espécie de fenômenos biológicos. O desenvolvimento de diversos tipos de abordagens ópticas com o objetivo de se obter viabilidade na aquisição e análise de imagens tem sido um dos principais esforços nessa área de aplicação. Uma consequência desse esforço é a adoção da técnica do biospeckle laser como uma alternativa em potencial para se alcançar uma metrologia óptica. O biospeckle ou speckle laser dinâmico é um fenômeno formado quando um processo dinâmico ocorre em um material que é iluminado pelo laser. Esse fenômeno contém informações a respeito da atividade presente nesse material, seja biológico ou não. Por ser uma técnica não invasiva, não destrutiva e de custo baixo, o biospeckle laser (BSL) tem sido uma boa ferramenta no monitoramento de propriedades biológicas. Nesse sentido, a aplicação em instrumentação óptica tem crescido ao longo dos anos, especialmente nas áreas da biologia, medicina e agricultura. A análise do speckle dinâmico é feita usando técnicas de processamento digital de imagem e análises estatísticas. Contudo, essa análise tem sido um desafio para os especialistas da área devido à complexidade envolvida na interação da luz laser e o material em estudo. Assim, é necessário desenvolver e aperfeiçoar métodos e protocolos que assegurem maior eficiência em medir e monitorar o processo dinâmico no material em estudo. A alta sensibilidade do BSL e a variabilidade de materiais biológicos associados com o grande número de variáveis envolvidas na formação do padrão de speckle têm trazido grandes desafios na busca por técnicas de análise mais seguras e robustas. Esse estudo tem como objetivo desenvolver e refinar metodologias de análise do BSL e criar protocolos para diferentes tipos de análises. Em específico, são apresentados: um protocolo para separar diferentes tecidos em um mesmo material através da assinatura espectral de cada tecido e por meio da associação de resultados gráficos e numéricos do BSL; um procedimento para avaliar a qualidade de imagem durante a fase de iluminação, baseando-se na saturação, áreas escuras, formação do padrão de speckle e na homogeneidade da imagem; melhorias e novas abordagens na técnica do Momento de Inércia, através de uma nova normalização da matriz de ocorrência e usando quantificação contínua por meio da redução da informação temporal; e, uma nova técnica gráfica baseado no desvio padrão de cada pixel em relação ao tempo. Os resultados mostram a viabilidade das metodologias descritas que alcançaram maior confiabilidade e coerência na análise do BSL.
Abstract
The image analysis presents itself as a powerful instrument applied to all sort of biological phenomena monitoring. The development of many optical approaches to carry out a feasible image assembling and analysis to different demands has been the main effort in this application area. A consequence of that effort is the adoption of the biospeckle laser technique as a potential alternative to pursue the optical metrology. Biospeckle or dynamic laser speckle is a phenomenon developed when a dynamic process occurs in a material under laser illumination. This phenomenon contains considerable information related to both biological and non-biological activity of the material under study. As a non-invasive, non-destructive and low cost technique, biospeckle laser (BSL) has been an outstanding tool for monitoring biological properties. Thus, its application in optical instrumentation has grown over the years, especially in the areas of biology, medicine and agriculture. Analysis of dynamic speckle laser is performed with techniques of digital image processing and statistical analysis. However this analysis has been a challenge for specialists in the area due to the complex interaction between light and material. Thus, it is necessary to develop and improve methods and protocols that ensure greater efficiency in measuring and monitoring dynamic processes in the material under study. High sensitivity of biospeckle laser (BSL) technique and variability of biological material combined with the large number of variables involved in speckle pattern formation have brought great challenges to the search for safer, more robust analysis techniques. This study aims to develop and refine methodologies for BSL analysis and create protocols for different types of analysis. In particular, it is presented: a protocol to separate different tissues in the same material by means of the frequency signature of each tissue and by means of the association of graphical and numerical results from the biospeckle laser images; a procedure to evaluate image quality during illumination, based on saturation, dark areas, speckle pattern formation and homogeneity from acquired images; improvements and new approaches in the Inertia Moment technique by means of a new occurrence matrix normalization and with continuous activity quantification reducing temporal information; and, a new graphical method based on standard deviation for each pixel in time. The results showed feasibility for methodologies described which assured more reliability and coherence for BSL analysis.
Descrição
Área de concentração
Engenharia Agrícola
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
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Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
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Citação
CARDOSO, R. R. Análise do speckle laser dinâmico: uma releitura. 2011. 130 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2011.