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Dissertations / Theses on the topic 'Tomographie en diffraction'
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Friedrich, Corentin. "Méthodes de reconstruction en tomographie de diffraction 3-D." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2016. http://www.theses.fr/2016ECDN0013.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la tomographie micro-ondes, technique d’imagerie permettant de reconstruire une image tridimensionnelledes propriétés diélectriques d’un volume inconnu à partir d’une succession de mesures du champ électromagnétique diffracté par ce volume. Cette modalité d’imagerie est prometteuse dans un grand nombre d’applications (imagerie médicale, géophysique,contrôle non destructif de matériaux, ...) mais souffre d’un inconvénient majeur, un coût de calcul très élevé des algorithmes de reconstruction, qui freine son développement industriel. Ce problème d’imagerie micro-ondes est vu comme un problème inverse où l’on cherche à minimiser l’erreur entre les données et un modèle direct simulant la diffraction de l’onde. Ce problème est mal-posé, en particulier car le nombre d’inconnues est supérieur au nombre de mesures. La solution est donc définie par la minimisation d’un critère des moindres carrés pénalisé par une fonction de régularisation, dont l’optimisation requiert la mise en oeuvre d’algorithmes itératifs d’optimisation locale. Le modèle direct est en outre non-linéaire, rendant la reconstruction plus difficile. Le calcul de ce modèle direct, nécessaire au calcul du critère et de son gradient à chaque itération, concentre la majorité du coût de calcul de l’inversion. Il repose sur la résolution d’un grand nombre de systèmes linéaires. Nous proposons dans cette thèse de réduire le coût de calcul de ces méthodes de reconstruction en se focalisant sur ces résolutions de systèmes. Pour cela, les travaux sont divisés en deux contributions. Tout d’abord, nous proposons une procédure permettant de réduire le nombre de systèmes à résoudre en s’appuyant sur la configuration du montage d’acquisition. La seconde contribution est d’accélérer les résolutions de systèmes à l’aide d’algorithmes par blocs. Ce type d’approche permet de résoudre conjointement plusieurs systèmes linéaires impliquant la même matrice opérateur. Ces méthodes sont validées sur des simulations de problèmes 3D réalistes, puis appliquées à la reconstruction d’objets réels sur des données expérimentales de champs diffractés. Des résultats satisfaisants de reconstruction sont obtenus, où un gain d’un facteur deux sur le temps de calcul est obtenu, notamment sur les problèmes de reconstruction les plus difficiles<br>This thesis is focused on microwave tomography. This imaging technique consists in estimating a three-dimensional mapping of the dielectric properties of an unknown volume from measurements of the electromagnetic field from a known incident wave and scattered by this volume. This is a promising technique that is used in various applications (medical imaging, geophysics, non- destructive testing,...) but suffers from high computational costs. This is a reason why microwave imaging is not widely used in industry. Microwave imaging is considered as an inverse problem, where the error between the measurements and a forward model that describes the scattered field is minimized as a function of the properties of the volume. This inverse problem is ill-posed because the number of unknowns is higher than the number of measurements. It is tackled through the minimization of a regularized least-squares cost function, which is addressed by local iterative optimization algorithms. Moreover, the forward model is non-linear. Thus,reconstruction is a difficult and expensive procedure. The computation of the objective function and its gradient requires the resolution of a high number of linear systems, which are performed at each iteration of the optimization algorithm and represent most of the computational cost. In this thesis, we propose to reduce the computational costs of the reconstruction algorithms by focusing on the resolution of these linear systems. Two contributions are presented. The first one is a procedure in order to reduce the number of linear systems depending on the configuration of the measurement setup. The second contribution offers an efficient way to speed up the resolutions of the systems. We adapt block resolution algorithms, in order to jointly solve multiple linear systems involving a common operator matrix. These methods are validated on simulated, realistic, 3D problems, and applied to the reconstruction of real objects from experimental measurements of scattered fields. satisfactory results are obtained, where the computation time can be reduced by a factor of two, in particular for the most difficult reconstruction problems
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Godavarthi, Charankumar. "Optical diffraction tomography microscopy : towards 3D isotropic super-resolution." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4337/document.
Full textAbstract:
Cette thèse vise à améliorer la résolution en trois dimensions grâce à une technique récente d’imagerie : la microscopie tomographique diffractive (MTD). Son principe est d’éclairer l’objet successivement sous différents angles en lumière cohérente, de détecter le champ diffracté en phase et en amplitude, et de reconstruire la carte 3D de permittivité de l’objet par un algorithme d’inversion. La MTD s’est avérée capable de combiner plusieurs modalités utiles pour la microscopie sans marquage, telles que plein champ, champ sombre, à contraste de phase, confocale, ou encore la microscopie à synthèse d’ouverture 2D ou 3D. Toutes sont basées sur des approximations scalaires et linéaires, ce qui restreint leur domaine d’application pour restituer l’objet de manière quantitative. A l’aide d’une inversion numérique rigoureuse prenant en compte la polarisation du champ et le phénomène de diffusion multiple, nous sommes parvenus à reconstruire la carte 3D de permittivité d’objets avec une résolution de λ/4. Une amélioration supplémentaire la portant à λ/10 a été rendue possible par l’insertion d’information a priori sur l’objet dans l’algorithme d’inversion. Enfin, la résolution axiale est moins bonne du fait de l’asymétrie des schémas d’illumination et de détection dans les microscopes. Pour s’affranchir de cette limitation, une configuration de tomographie assistée par miroir a été implémentée et a mis en évidence un pouvoir de séparation axial meilleur que λ/2. Au final, la MTD s’est illustrée comme un outil de caractérisation puissant pour reconstruire en 3D les objets ainsi que leurs indices optiques, à des résolutions bien supérieures à celles des microscopes conventionnels<br>This PhD thesis is devoted to the three-dimensional isotropic resolution improvement using optical tomographic diffraction microscopy (TDM), an emerging optical microscope technique. The principle is to illuminate the sample successively with various angles of coherent light, collect the complex (amplitude and phase) diffracted field and reconstruct the sample 3D permittivity map through an inversion algorithm. A single TDM measurement was shown to combine several popular microscopy techniques such as bright-field microscope, dark-field microscope, phase-contrast microscope, confocal microscope, 2D and 3D synthetic aperture microscopes. All rely on scalar and linear approximations that assume a linear link between the object and the field diffracted by it, which limit their applicability to retrieve the object quantitatively. Thanks to a rigorous numerical inversion of the TDM diffracted field data which takes into account the polarization of the field and the multiple scattering process, we were able to reconstruct the 3D permittivity map of the object with a λ/4 transverse resolution. A further improvement to λ/10 transverse resolution was achieved by providing a priori information about the sample to the non-linear inversion algorithm. Lastly, the poor axial resolution in microscopes is due to the fundamental asymmetry of illumination and detection. To overcome this, a mirror-assisted tomography configuration was implemented, and has demonstrated a sub-λ/2 axial resolution capability. As a result, TDM can be seen as a powerful tool to reconstruct objects in three-dimensions with their optical material properties at resolution far superior to conventional microscopes
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Abbar, Malha. "Principe de tomographie et spectro-tomographie optique de cohérence par intercorrelation sans balayage basée sur un réseau de diffraction." Besançon, 2009. http://www.theses.fr/2009BESA2033.
Full textAbstract:
Cette thèse propose une nouvelle méthode de détection, intermédiaire entre les deux méthodes existantes en OCT, qui sont : l'OCT dans le domaine temporel et l'OCT dans le domaine fréquentiel (FDOCT). La technique OCT que nous présentons est basée sur un réseau de diffraction. Elle fournit le profil de réflectivité en profondeur de l'échantillon analysé instantanément, sans effectuer de balayage mécanique dans le bras de référence de l'interféromètre ni de traitement numérique du signal réfléchi par l'échantillon. Une partie de cette thèse est dédiée à la description du principe de fonctionnement et à l'architecture du dispositif. En introduisant un balayage transversal dans le système, des images en deux dimensions et en trois dimensions de l'échantillon ont été réalisées. Nous décrivons par la suite comment nous accédons à l'information spectroscopique en profondeur de l'échantillon analysé, de façon optique et sans post-traitement grâce à la même technique. Pour cela, un système de démultiplexage en longueur d'onde est introduit dans le dispositif OCT qui devient ainsi un instrument de spectro-tomographie optique de cohérence. De cette façon, pour chaque point objet analysé, une image en deux dimensions est affichée en temps réel sur un détecteur plan. La direction horizontale correspond à la profondeur tandis que la direction verticale correspond à la décomposition spectrale de la trace de corrélation. Nous présentons le principe du système et montrons quelques résultats expérimentaux<br>This thesis proposes a new method of detection, intermediate between the two existing methods in OCT, which is: OCT in time domain and OCT in frequency domain (FDOCT). The OCT technique that we present is without postprocessing and uses a grating-based correlation. The A-scan signal is directly recorded on the image sensor. Due to the grating-based system, no correlation scan is necessary. One part of this thesis is dedicated to the description of the working principle and to the architecture of the device. By introducing a transverse scanning into the system, images in two dimensions and three dimensions of the sample were realized. We describe thereafter how we extract spectroscopic information from the depth of the sample analyzed, optically, without postprocessing, using the same technique. For this, a system for wavelength demultiplexing is introduced into the OCT device which becomes an instrument for spectroscopic optical coherence tomography. In this way, for each object point analysis, a two-dimensional image is displayed in real time on a 2D camera. The horizontal direction corresponds to the depth and the vertical direction corresponds to the spectral decomposition of the correlation trace. We present the principle of the system as well as experimental results
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Unger, Kévin. "Tomographie de diffraction sans mesure de phase en régime de diffusion multiple." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0513.
Full textAbstract:
La tomographie de diffraction optique est une technique d’imagerie dans laquelle un objet est illuminé successivement par un faisceau laser sous différents angles d’incidence avec une méthode interférométrique qui permet d’enregistrer à la fois la phase et l’intensité du champ dans l’espace image d’un microscope. La permittivité de l’objet est alors reconstruite numériquement à partir du jeu de données des champs complexes à l’aide d’une méthode d’inversion. Dans ce tapuscript, nous étudions tout d’abord l’effet de la diffusion multiple dans l’objet sur les reconstructions obtenues, en étudiant notamment différentes possibilités d’approximation (Born) pour accélérer le calcul. La mesure de la phase dans le domaine de l’optique étant délicate, car obtenue parune méthode interférentielle, j’ai développé une technique de reconstruction basée uniquement sur les intensités. J’ai notamment montré que les reconstructions ainsi obtenues sont proches de celles avec le jeu de données complet champ + phase. Enfin, nous proposons de coupler la tomographie de diffraction sans mesure de phase à la microscopie de fluorescence à illumination structurée. Dans ce cadre, nous illustrons l’impact de la modélisation de l’illumination excitatrice au niveau des fluorophores sur le pouvoir de résolution de la technique d’imagerie. Par ailleurs,nous présentons une méthode d’imagerie qui estime simultanément les fluorophoreset le milieu qui les entoure à partir de la mesure conjointe des intensités de diffraction et de fluorescence<br>Optical diffraction tomography is an imaging technique in which a target issuccessively illuminated by a laser beam under different angles of incidence withan interferometric set up which enables to record both the phase and the intensity of the field in the image space of a microscope. The permittivity of the target is then numerically estimated from the complex field dataset thanks to an inversion procedure. In this type script, we first study the effect of multiple scattering inside the target on the obtained reconstructions by studying different approximations (Born) to speed up the computation. The recording of the phase in the optical domain is tricky, for it requires ainterferometric set up. I have built a reconstruction technique based only on the intensities. I show that the obtained reconstructions are close to those obtained with the complete dataset field + phase. Finally, we propose to adjoin phaseless diffraction tomography to fluorescence structured illumination microscopy. In this framework, we illustrate the impact of the modelization of the illumination excitating the fluorophores on the resolving power of the imaging technique. Moreover, we demonstrate an imaging method which estimates simultaneously the fluorophores and the surrounding media from the join recording of diffraction and fluorescence intensities
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Philippe, Julien. "Développement d'une presse portative pour les études in et ex situ sous conditions extrêmes de pression, température et déformation." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066008.
Full textAbstract:
Les hautes pressions sont précieuses à plusieurs disciplines scientifiques. Ce sera le cas dans cette thèse avec le développement d'un nouvel appareil permettant des possibilités inédites de tomographie et de déformation sous haute pression et haute température. Il apporte la possibilité de nouvelles études scientifiques dans les différents champs disciplinaires que sont les sciences de la Terre, la chimie mécanique, la physique des matériaux et la physique des liquides<br>High pressures are essential in several scientific field. This will be the case in this thesis with the development of a new device enabling new possibilities tomography and deformation under high pressure and high temperature. It brings the possibility of further scientific studies in the various disciplines that are Earth science, mechanical chemistry, physics of materials and liquids physics
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Ouadour, Malha. "Principe de tomographie et spectro-tomographie optique de cohérence par intercorrelation sans balayage basée sur un réseau de diffraction." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00544927.
Full textAbstract:
Cette thèse propose une nouvelle méthode de détection, intermédiaire entre les deux méthodes existantes en OCT, qui sont: l'OCT dans le domaine temporel et l'OCT dans le domaine fréquentiel (FDOCT). La technique OCT que nous présentons est basée sur un réseau de diffraction. Elle fournit le profil de réflectivité en profondeur de l'échantillon analysé instantanément, sans effectuer de balayage mécanique dans le bras de référence de l'interféromètre ni de traitement numérique du signal réfléchi par l'échantillon. Une partie de cette thèse est dédiée à la description du principe de fonctionnement et à l'architecture du dispositif. En introduisant un balayage transversal dans le système, des images en deux dimensions et en trois dimensions de l'échantillon ont été réalisées. Nous décrivons par la suite comment nous accédons à l'information spectroscopique en profondeur de l'échantillon analysé, de façon optique et sans post-traitement grâce à la même technique. Pour cela, un système de démultiplexage en longueur d'onde est introduit dans le dispositif OCT qui devient ainsi un instrument de spectro-tomographie optique de cohérence. De cette façon, pour chaque point objet analysé, une image en deux dimensions est affichée en temps réel sur un détecteur plan. La direction horizontale correspond à la profondeur tandis que la direction verticale correspond à la décomposition spectrale de la trace de corrélation. Nous présentons le principe du système et montrons quelques résultats expérimentaux.
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JI, YING. "Tomographie par diffraction et detection de panaches mantelliques dans le manteau inferieur." Paris 7, 1996. http://www.theses.fr/1996PA077223.
Full textAbstract:
Cette these comporte deux parties. Dans la premiere, nous analysons les proprietes des ondes sismiques longue-periode diffractees par des panaches mantelliques idealises dans le manteau inferieur. Nous assemblons une methode pour construire des sismogrammes synthetiques realistes des ondes p diffractees par cette anomalie. L'amplitude de l'onde diffractee predite a longue-periode (t 20s) est de l'ordre de 1-3% de l'onde directe. Dans l'approximation de born, la reconstruction de l'image de structures quasi-verticales se ramene a une inversion lineaire a 2 dimensions. Nous presentons une methode, qui repose sur lsqr, pour produire de telles images a partir du jeu global de sismogrammes longue-periode. Dans la deuxieme partie, nous appliquons cette methode aux donnees reelles qui echantillonnent le manteau inferieur sous hawai, l'islande, et bowie. Nous selectionnons des sismogrammes. En inversant les ondes diffractees avec une methode de type lsqr, nous construisons une image des heterogeneites de type panache. L'image obtenue pour hawai est dominee par une forte anomalie chaude environ 200 km au nord-ouest de hawai. Des tests de resolution demontrent que cette anomalie est reelle. L'intensite de cette anomalie est de 30 a 60 fois plus forte que celle predite pour notre modele schematique de panache thermique. Notre resultat indique qu'un panache mantellique profond est bien a l'origine du point chaud de hawai, comme l'avait imagine morgan (1971). Le panache est presque vertical. Il provient de la couche d'' a la base du manteau. A cette profondeur, la source du panache se trouve au nord-ouest de son expression de surface, en accord avec les predictions de certains modeles d'advection des panaches dans la circulation generale du manteau. L'image pour l'islande montre aussi une anomalie rapide a environ 250 km au nord-est de l'islande. Le resultat pour bowie est moins concluant
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Herail, Christophe. "Etude et réalisation d'un système de mesure rapide de champs acoustiques : applications à l'imagerie médicale en tomographie par diffraction." Paris 11, 1989. http://www.theses.fr/1989PA112194.
Full textAbstract:
Cette thèse est une contribution à l'étude expérimentale en imagerie ultrasonore par la méthode dite de tomographie par diffraction dans laquelle on prend en compte les phénomènes de diffraction à l'intérieur de l'objet étudié. Le travail s'est déroulé en trois phases : - Mise en œuvre d'un réseau linéaire de capteurs à balayage électronique à l'intérieur d'une expérimentation existante et résolution du problème de couplage inter-élément. - Conception et réalisation d'un nouvel appareillage électronique destiné aux mesures du champ de pression acoustique et piloté par un microordinateur. Un grand soin a été apporté à cet appareillage, tant au niveau de la conception que de la réalisation, afin d'obtenir des performances (niveau de bruit, précision, stabilité en température) compatibles avec les exigences de la méthode de reconstruction. - Réalisation de nombreuses expérimentations sur des objets de formes simples (fantômes) ainsi que sur un objet biologique réel, et enfin réalisation d'une étude qualitative sur la thermographie par imagerie différentielle<br>This thesis contributes to the experimental study of ultrasound imaging with the so-called diffraction tomography method in which the diffraction phenomena inside the object under investigation are taken into account. The work was carried out in three steps: - Implementing a linear network of electronically scanned sensors within an ongoing experiment and solving the problem of inter-element coupling. - Designing and making a new electronic device in order to measure the acoustical pressure field then exploited by a microcomputer which both drives the experimental set-up and computes the images. This device was carefully conceived and made, so as to obtain performances (e. G. Noise level, accuracy, temperature stability) compatible with the requirement of the reconstruction method. - Conducting various experiments on objects of simple shapes (phantoms) and on a real biological object, and last, carrying out a qualitative study of thermography with differential imaging
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Tonin, Guillaume. "Caractérisation operando des accumulateurs Li/S par tomographie d’absorption et diffraction des rayons X, vers une meilleure compréhension des mécanismes électrochimiques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI036/document.
Full textAbstract:
L’objectif principal de la thèse était d’identifier les processus limitants et les phénomènes de dégradation intervenant lors du cyclage d’un accumulateur Li/S, et d’expliciter l’évolution des performances électrochimiques au cours du temps. Pour ce faire, une cellule électrochimique a été développée permettant de réaliser des caractérisations à l’ESRF par diffraction et absorption des rayons X en mode operando. Ces deux techniques complémentaires ont permis de mettre en évidence des changements morphologiques importants et des cinétiques de réactions limitées par le transport de matière au sein de la structure 3D de l’électrode positive de soufre. L’oxydation/réduction de l’électrode négative de lithium a également été caractérisée, permettant de mettre en évidence une évolution hétérogène de l’interface lithium/électrolyte, fonction de la densité de courant, induisant une diminution des performances électrochimiques en cyclage<br>The main objective was to identify the degradations phenomena and the limiting processes occurring while cycling Li/S accumulators to therefore put in relation the electrode morphology, the cell design, the electrochemical performances and the degradations phenomena. A new design of operando cell has been developed to be suitable with ESRF experiments. Operando Absorption and X-ray Diffraction tomography technics were performed. Thanks to both technics, the morphological changes and transport limitation kinetics along the 3D positive electrode have been evidenced. In addition, the lithium electrode/electrolyte interface has been characterized and heterogeneous stripping/plating has been evidenced, leading to low electrochemical performances while cycling
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Gorski, Witold. "Trojwymiarowa rekonstrukcja niejednorodnosci wspolczynnika zalamania w optycznych elementach fazowych." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2002. http://www.theses.fr/2002STR13154.
Full textAbstract:
On a présenté une méthodologie de mesure de la distribution tridimensionnelle de l'indice de réfraction n(x,y,z) dans les éléments optiques de phase ayant la taille de mili- et micromètres. On a formulé et résolu les problèmes spécifiques liés avec la mesure des éléments optiques de phase ayant la taille de micromètres. On a fait une simulation de mesure de la distribution tridimensionnelle de l'indice de réfraction dans une fibre optique typique, en considérant la diffraction, le martelage de l'axe de rotation et les bruits. On a construit un système automatisé pour la mesure de la distribution tridimensionnelle de l'indice de réfraction dans les fibres optiques. Les résultats expérimentaux ont confirmé les précautions théorétiques formulées pendant la simulation<br>In the thesis the methodology of measurement of reconstruction of three-dimensional refractive index distribution in optical phase elements is presented. Special emphasis is put on measurement of optical phase microelements, such as optical fibers and waveguides. The scope of the work consists of numerical and experimental stages. In numerical simulation the measurement of three - dimensional distribution of refractive index in typical optical fiber has been performed, including diffraction, radial run-out and noise influences. The errors of measurement are quantitatively determined. In the experimental stage the automated tomographic microinterferometer has been built. The experimental results confirmed the results of simulation
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Ngakosso, Edouard. "Modélisation de la diffraction d'un rayonnement dipolaire en électromagnétisme : application à la tomographie." Aix-Marseille 3, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX30077.
Full textAbstract:
Le travail presente concerne l'etude de la diffraction electromagnetique en regime harmonique en vue de son utilisation pour l'etude geophysique du sous-sol par tomographie entre forages. Le memoire comporte deux parties. La premiere porte sur la modelisation d'une antenne dipolaire placee dans des milieux stratifies possedant la symetrie cylindrique. Le calcul du champ emis et de l'impedance d'entree de l'antenne utilise les potentiels de hertz et les conditions de passage sont ecrites directement sur les composantes de ces vecteurs. La deuxieme partie est consacree au calcul du champ diffracte par des obstacles cylindriques. Une transformation de fourier permet de ramener le calcul a la resolution d'un ensemble d'equations integrales de frontiere. L'une des originalites du traitement numerique reside dans la separation de tous les termes ainsi obtenus en une partie singuliere integree analytiquement et une partie reguliere integree numeriquement. Une etude attentive des singularites (frequences irregulieres, points de branchements, parties oscillantes) conduit a inverser la transformee de fourier au moyen d'une integrale dans le plan complexe. Les tomogrammes obtenus prouvent l'efficacite et la fiabilite du logiciel issu de cette etude
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Bonnard, Stéphane. "Reconstruction d'objets homogènes bidimensionnels en électromagnétisme : application à la tomographie." Aix-Marseille 3, 1999. http://www.theses.fr/1999AIX30067.
Full textAbstract:
Ce travail propose une methode de reconstruction d'objets homogenes bidimensionnels en electromagnetisme. Il s'agit de determiner des parametres inconnus d'un objet homogene cylindrique tels que sa forme (contour) et sa texture (permittivite) a partir de la mesure du champ diffracte resultant de son interaction avec une onde incidente connue se propageant dans un milieu ambiant homogene egalement connu. Ce type de probleme est appele probleme inverse de diffraction. Une premiere etape est la resolution du probleme direct de diffraction qui consiste a calculer le champ diffracte resultant de l'interaction entre un objet et une onde incidente connus. Ce probleme est ici resolu par une methode integrale de contour. Le probleme inverse est resolu par un processus iteratif de type gradient conjugue qui cherche a minimiser une fonction cout traduisant l'ecart entre les champs diffractes mesures et calcules. Le gradient de la fonction cout par rapport au contour est calcule en ne resolvant que deux problemes directs adjoints. Celui par rapport a la permittivite est calcule a partir de la solution du probleme direct. Le choix de l'estimation initiale utilise la methode d. O. R. T (decomposition de l'operateur de retournement temporel). En decrivant le contour par sa serie de fourier, on propose une methode de regularisation basee sur le calcul du gradient par rapport aux coefficients de la serie et sur le nombre de coefficients a optimiser qui croit au cours du processus. Notre algorithme d'inversion propose des reconstructions a partir de mesures experimentales de champs diffractes obtenues en chambre anechoique.
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Guillermin, Régine. "Caractérisation d'objets enfouis dans des sédiments marins par imagerie acoustique." Aix-Marseille 2, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX22068.
Full text
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Tarnus, Renaud. "Tomographie électromagnétique multifréquentielle par diffraction : application à la détection d'objets enfouis par transmission entre forages." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066317.
Full text
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Herbig, Michael. "3D short fatigue crack investigation in beta titanium alloys using phase and diffraction contrast tomography." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00690521.
Full textAbstract:
X-Ray Diffraction Contrast Tomography (DCT) is a recently developed, non-destructive synchrotron imaging technique which characterizes microstructure and grain orientation in polycrystalline materials in three dimensions (3D). By combining it with propagation based phase contrast tomography (PCT) it is for the first lime possible to observe in situ the 3D propagation behavior of short fatigue cracks (SFCs) within a set of fully characterized grains (orientation and shape). The combined approach, termed 3D X-ray Tomography of short cracks and Microstructure (3DXTSM), has been developed on the metastable beta titanium alloy "Beta21S". A large part of this work deals with the development of the 3DXTSM methodology. In the combined dataset, each point on the 3D fracture surface can be associated with a multidimensional data structure containing variables describing the grain orientation, the local fracture surface normal and the propagation history. The method uses a surface mesh composed of triangles that describes the crack (in other words: the fracture surface) in the last propagation state measured. Grain orientations, crack fronts, local growth rates and grain boundaries can be visualized by assigning colors to this mesh. The data structure can be interrogated in a number of different ways. Tools for extracting pole figures and pole density distribution functions have been implemented. An algorithm was developed that is capable of measuring the 3D local growth rate of a crack containing branches. The accuracy of the grain boundaries as reconstructed with OCT was evaluated and the elastic constants of Beta21S were determined.
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Franceschini, Emilie. "Tomographie ultrasonore dédiée à la détection du cancer du sein." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00139036.
Full textAbstract:
Nous avons étudié deux types de tomographie ultrasonore qui correspondent à deux configurations d'acquisition différentes : la tomographie qualitative en diffraction arrière et la tomographie quantitative en transmission. Toutes deux sont fondées sur l'hypothèse de milieu faiblement hétérogène afin de pouvoir utiliser l'approximation de Born pour la tomographie en diffraction arrière, et une approximation de rayons droits pour la tomographie en transmission de célérité et d'absorption.<br />Tomographie qualitative : nous avons développé un algorithme de rétroprojection elliptique filtrée, établi grâce à l'introduction de la transformée de Radon elliptique et à l'extension au champ proche du classique théorème coupe-projection. La méthode de reconstruction a été étudiée expérimentalement sur des fantômes à base de gel d'agar-agar et de paraffine immergés dans de l'eau. Par ailleurs, afin de nous rapprocher des conditions opératoires du radiologue, nous avons développé des fantômes numériques anatomiques bidimensionnels de sein pour l'imagerie ultrasonore, tant pour la tomographie que pour l'échographie. Ces fantômes ont permis de simuler et de comparer les deux méthodes d'imagerie.<br />Tomographie quantitative pour la caractérisation tissulaire : Pour le paramètre de célérité, nous avons comparé une méthode de reconstruction par couches successives (en anglais ”layer stripping”) développée par Ferrière et al (2003) et une tomographie conique classique, toutes deux basées sur l'hypothèse de propagation en rayons droits. Des essais numériques et un essai expérimental ontmontré les limites de la méthode par couches successives à restituer les objets avec fidélité. Concernant le paramètre d'absorption, nous avons montré numériquement qu'il est indispensable de prendre en compte les effets de diffraction, qui sont généralement négligés dans le cas des tissus faiblement contrastés (le sein). Nous avons étudié l'erreur introduite par la diffraction dans une méthode fréquentielle d'estimation du paramètre d'absorption. Sur la base d'essais numériques, la méthode de correction des effets de diffraction proposée donne de bons résultats avec une tomographie pourtant simplifiée de rayons droits.
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Fraczkiewicz, Alexandra. "Développement de la tomographie par rayons X en synchrotron pour l'industrie : application à l'analyse de défaillance en intégration 3D." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY088/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse vise à développer de nouvelles techniques de caractérisation pour l'intégration 3D en micro-électronique. Plus précisément, ce travail porte sur l'imagerie 3D de tels objets et la mesure des contraintes par diffraction de Bragg, réalisées sur de récentes lignes de lumière de l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility).L'intégration 3D a pour but de répondre aux besoins de performances de la micro-électronique, en empilant les différents éléments constituant les puces au lieu de les placer les uns à côté des autres; ceci permet de limiter la place qu'ils occupent et la longueur des connections. Pour ce faire, de nouvelles connections entre puces ont du être développées, telles que les piliers de cuivre et les pads de cuivre, utilisés dans le cas du collage hybride. Afin de maîtriser leurs procédé de fabrication, il est important de pouvoir caractériser ces objets, à la fois par des moyens d'imagerie et de mesure de la déformation dans les puces. Ces mesures doivent permettre un large champ de vue (100 µm), ainsi qu'une haute résolution (50 nm). De plus, afin de satisfaire les besoins en temps de l'industrie micro-électronique, les techniques choisies doivent être aussi rapides et automatiques que possible.Pour satisfaire ces besoins, plusieurs techniques ont été étudiés durant ces travaux de thèse.Une technique d'imagerie 3D par Slice and View, inspirée de la technique classique du FIB/SEM et implémentée dans un PFIB (Plasma Focused Ion Beam), a été développée durant ces travaux de thèse. Elle permet aujourd'hui l'acquisition de larges volumes de manière automatique. De même, le procédé d'analyse des mesures de tomographies réalisées sur la ligne de lumière ID16A de l'ESRF a été adapté, afin de limiter au maximum l'intervention humain et le temps global d'analyse.Des mesures de déformations ont également été menées à l'ESRF, sur une ligne de nano-diffraction, ID01. Ces expériences ont été réalisées sur des empilements dédiés au collage, hybride ou direct. Il a été possible de mesurer en une seule expérience les déformations présentes dans deux couches de silicium, et de réaliser des mesures textit{in situ} dans le cuivre.Dans les travaux de thèse présentés ici, nous montrons les possibilités de techniques synchrotron (imagerie et mesure de déformations) pour la caractérisation d'objets issus de l'intégration 3D. Nous montrons que certaines adaptations des techniques existante peuvent permettre des analyses routinières à haute résolution pour le milieu de la micro-électronique<br>This PhD thesis aims at developing new characterization techniques for 3D integration in microelectronics. More specifically, the focus is set on recent ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) beamlines, both for 3D imaging by tomography and for strain measurements by Bragg diffraction.3D integration aims at reducing the global microelectronics devices footprint and connections length, by stacking the dies on top of one another instead of setting them one to another. This new geometry however requires new connections, such as copper pillars (CuP) and copper pads, used in hybrid bonding. The monitoring of their fabrication process requires their imaging in three dimensions, and the measure of the strain inside them. Those measurements must be conducted on large areas (100 µm2), with high resolution (500 nm for strain and 100 nm for imaging). Moreover, given the industrial context of this study, the characterization methods must be as routine and automatic as possible.To answer those needs, several techniques have been developed in this work.Two 3D imaging techniques have been made compatible with the requirements of 3D integration characterization. A Slice and View procedure has been implemented inside a single beam PFIB, leading to large volumes 3D automated imaging. The tomography workflow accessible on the ID6A beamline of the ESRF has been adapted, in order to limit the human intervention and beam times. This leads to possible statistical measurements on this beamline.Strain measurements have been conducted on the ID01 beamline of the ESRF, on silicon and copper stacks meant for direct and hybrid bonding. They allowed for simultenous local strain measurements in two independent layers of silicon, and textit{in situ} measurements in copper.In this work, we show the possibilities of synchrotron based techniques (here, tomography and Bragg diffraction) for the chacracterization of 3D integration devices. We show that, provided some adjustments, these techniques can be used routinely for the microelectronics field
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Bonnin, Anne. "Étude d'un système portable d'inspection par rayonnement X utilisant les effets combinés d'absorption multi-énergies, de diffusion et diffraction X sur la matière." Lyon, INSA, 2009. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0112/these.pdf.
Full textAbstract:
Les travaux proposés portent sur la caractérisation par rayons X des matériaux, en vue d'une discrimination des explosifs par rapport aux matériaux communs. Trois méthodes d'analyses utilisant les rayons X sont décrites : la méthode de transmission multi-énergies, la diffusion Compton et la diffraction. Ces trois méthodes sont abordées sous un angle théorique puis expérimental. Le mémoire se compose de quatre parties. Après une présentation du contexte général de l'étude, les phénomènes physiques mis en jeu et les propriétés des matériaux concernés sont donnés. Dans une seconde partie consacrée à la transmission, le principe d'imagerie 2D multi-énergie est présenté. Puis, nous développons une approche d'imagerie 3D bi-énergie, qui permet une représentation des matériaux dans une base de densité et numéro atomique effectifs. Cette approche rend possible la discrimination d'un certain nombre de matériaux explosifs. Dans la troisième partie, la diffraction des rayons X est abordée, en vue d'identifier les matériaux par leur signature spectrale. Les cristallins et semi-cristallins sont reconnus, mais pas les amorphes. La quatrième partie s'intéresse à la diffusion Compton. Nous avons testé différentes méthodes d'acquisition : pinhole, masques codés et une méthode par balayage avec un faisceau de rayons X filiforme. Ces techniques permettent d'obtenir des images d'objets. Le dispositif étant d'un même côté de l'objet, il est particulièrement intéressant dans certaines situations de terrain. En synthèse, nous discutons de la complémentarité des informations issues de ces différentes techniques en vue de spécifier les caractéristiques d'un système portable permettant des analyses de terrain<br>This thesis is focused on the discrimination between explosives and common materials by X-rays. Three X-ray based methods are described: multi-energy transmission, Compton scattering and diffraction. These three methods are discussed from a theoretical and experimental point of view. The memory consists of four parts. After describing the general context of the study, the physical phenomena and the properties of the involved materials are given. In a second part devoted to transmission, the principle of multi-energy 2D imaging is presented. Then, we develop an approach to dual-energy 3D imaging, which allows a representation of materials in a database of effective density and atomic number. This approach allows to discriminate a numbers of explosives. In the third part, the X-ray diffraction is discussed in order to identify materials by their spectral signature. The semi-crystalline and crystalline materials are recognized, but not amorphous ones. The fourth part focuses on Compton scattering. We tested different methods of acquisition: pinhole, coded masks and a X-rays scanning technique using a pencil beam. These techniques allow to obtain images of objects. The device is placed on the same side of the object, which is particularly interesting in practical field. In summary, we discuss the complementarity of information extracted from these differents techniques to specify the characteristics of a portable system for land analysis
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Nsengiyumva, Florence. "Contribution à la détection d’objets sur pistes d’aéroport (FOD) par tomographie millimétrique en bande W et polarimétrie." Thesis, Nice, 2016. http://www.theses.fr/2016NICE4041/document.
Full textAbstract:
Les radars millimétriques en bande W (75-110 GHz) sont en plein essor, grâce notamment aux progrès des circuits intégrés, permettant de réaliser des systèmes compacts à bas coût et haute résolution due à la courte longueur d’onde. Dans un premier temps, ces systèmes ont été utilisés à des fins de détection et de localisation, avec à terme, pour objectif l’identification. Ainsi, des systèmes d’imagerie radar ont été développés, notamment grâce à l’imagerie qualitative, basée par exemple sur l’imagerie radar par synthèse d’ouverture (SAR). Cependant, afin de reconstruire les propriétés électromagnétiques des objets pour une identification complète, il est nécessaire de développer des algorithmes de reconstruction quantitatifs. Le travail présenté dans ce manuscrit est de poser les bases d’un système d’imagerie qualitative et quantitative en gamme millimétrique pour la détection et l’identification des objets sur les pistes d’aéroport par tomographie, tenant compte de la polarisation de l’onde incidente. Au cours de cette thèse, un outil de simulation permettant de la résolution des problèmes direct et inverse, pour les deux types de polarisation à deux dimensions 2D-TE et 2D-TM, basé sur la méthode des moments (MoM) a été développé. La première étape a consisté en la validation du problème direct en effectuant des comparaisons numériques avec des solutions analytiques pour des cibles canoniques. Ensuite, des mesures expérimentales ont été effectuées et comparées aux résultats numériques. Enfin, les résultats des reconstructions obtenus ont permis de valider l’algorithme de reconstruction 2D développé pour l’imagerie quantitative<br>Millimeter-wave radar systems in W-band (75-110 GHz) are booming, due to advances in integrated circuits, allowing the fabrication of low-cost and high-resolution compact systems, thanks to the short wavelength. First, these systems were used for detecting and localizing purposes, with the aim of identification. Thus, imaging radar systems have been developed, especially using qualitative imaging, based for example, on Synthetic Aperture Radar (SAR). Nevertheless, in order to reconstruct the electromagnetic properties of objects, for a complete identification, we must develop quantitative reconstruction algorithms. The work presented in this manuscript is to give the basis of a qualitative and quantitative millimeter wave imaging system for detecting and identifying foreign debris on airport runways using tomography, taking into account the polarization of the incident wave. In this thesis, a simulation tool for solving forward and inverse problems, for the two-dimensional polarization cases 2D-TM and 2D-TE, based on the method of moments (MoM) has been developed. The first step was to study the validation of the direct problem by comparing numerical results with analytical solutions for canonical targets. Then, experimental measurements have ben carried out and compared with numerical results. Finally, reconstruction results obtained have validated the reconstruction algorithm developed for quantitative imaging
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Gharsalli, Leila. "Approches bayésiennes en tomographie micro-ondes : applications à l'imagerie du cancer du sein." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112048/document.
Full textAbstract:
Ce travail concerne l'imagerie micro-onde en vue d'application à l'imagerie biomédicale. Cette technique d'imagerie a pour objectif de retrouver la distribution des propriétés diélectriques internes (permittivité diélectrique et conductivité) d'un objet inconnu illuminé par une onde interrogatrice connue à partir des mesures du champ électrique dit diffracté résultant de leur interaction. Un tel problème constitue un problème dit inverse par opposition au problème direct associé qui consiste à calculer le champ diffracté, l'onde interrogatrice et l'objet étant alors connus.La résolution du problème inverse nécessite la construction préalable du modèle direct associé. Celui-ci est ici basé sur une représentation intégrale de domaine des champs électriques donnant naissance à deux équations intégrales couplées dont les contreparties discrètes sont obtenues à l'aide de la méthode des moments. En ce qui concerne le problème inverse, hormis le fait que les équations physiques qui interviennent dans sa modélisation directe le rendent non-linéaire, il est également mathématiquement mal posé au sens de Hadamard, ce qui signifie que les conditions d'existence, d'unicité et de stabilité de la solution ne sont pas simultanément garanties. La résolution d'un tel problème nécessite sa régularisation préalable qui consiste généralement en l'introduction d'information a priori sur la solution recherchée. Cette résolution est effectuée, ici, dans un cadre probabiliste bayésien où l'on introduit une connaissance a priori adaptée à l'objet sous test et qui consiste à considérer ce dernier comme étant composé d'un nombre fini de matériaux homogènes distribués dans des régions compactes. Cet information est introduite par le biais d'un modèle de « Gauss-Markov-Potts ». De plus, le calcul bayésien nous donne la distribution a posteriori de toutes les inconnues connaissant l'a priori et l'objet. On s'attache ensuite à déterminer les estimateurs a posteriori via des méthodes d'approximation variationnelles et à reconstruire ainsi l'image de l'objet recherché. Les principales contributions de ce travail sont d'ordre méthodologique et algorithmique. Elles sont illustrées par une application de l'imagerie micro-onde à la détection du cancer du sein. Cette dernière constitue en soi un point très important et original de la thèse. En effet, la détection du cancer su sein en imagerie micro-onde est une alternative très intéressante à la mammographie par rayons X, mais n'en est encore qu'à un stade exploratoire<br>This work concerns the problem of microwave tomography for application to biomedical imaging. The aim is to retreive both permittivity and conductivity of an unknown object from measurements of the scattered field that results from its interaction with a known interrogating wave. Such a problem is said to be inverse opposed to the associated forward problem that consists in calculating the scattered field while the interrogating wave and the object are known. The resolution of the inverse problem requires the prior construction of the associated forward model. This latter is based on an integral representation of the electric field resulting in two coupled integral equations whose discrete counterparts are obtained by means of the method of moments.Regarding the inverse problem, in addition to the fact that the physical equations involved in the forward modeling make it nonlinear, it is also mathematically ill-posed in the sense of Hadamard, which means that the conditions of existence, uniqueness and stability of the solution are not simultaneously guaranteed. Hence, solving this problem requires its prior regularization which usually involves the introduction of a priori information on the sought solution. This resolution is done here in a Bayesian probabilistic framework where we introduced a priori knowledge appropriate to the sought object by considering it to be composed of a finite number of homogeneous materials distributed in compact and homogeneous regions. This information is introduced through a "Gauss-Markov-Potts" model. In addition, the Bayesian computation gives the posterior distribution of all the unknowns, knowing the a priori and the object. We proceed then to identify the posterior estimators via variational approximation methods and thereby to reconstruct the image of the desired object.The main contributions of this work are methodological and algorithmic. They are illustrated by an application of microwave imaging to breast cancer detection. The latter is in itself a very important and original aspect of the thesis. Indeed, the detection of breast cancer using microwave imaging is a very interesting alternative to X-ray mammography, but it is still at an exploratory stage
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Ngassa, Tankeu Yvan Georges. "Affinement de structure par PEDT (Precession Electron Diffraction Tomography) dans des échantillons d’intérêt minéralogique." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R079.
Full textAbstract:
Depuis quelques années, une méthode de diffraction électronique utilisant la précession, la tomographie et le calcul dynamique des intensités diffractées permet la détermination des structures à l’échelle nanométrique. Nous présentons ici l’application de cette méthode à l’affinement de spinelles et d’orthopyroxènes ferromagnésiens, pour leur utilisation comme géothermomètre. Il s’agit de tester la sensibilité de la méthode pour la détermination des taux d’occupation, variables avec la température, des cations Fe2+ ou Fe3+ et Mg2+ sur les sites cristallographiques spécifiques des structures analysées. Les échantillons étudiés ont été synthétisés en laboratoire (magnésioferrite (MgFe2)O4 et hercynite (FeAl2)O4) ou recueillis à l’état naturel (orthopyroxène (Mg1.4Fe0.6)Si2O6). La sensibilité de la méthode est évaluée en fonction de plusieurs paramètres : technique de préparation des échantillons pour leur analyse en microscopie électronique, composition chimique, méthodologie et paramètres d’affinement. Dans le cas de nos échantillons de spinelle, il a été établi que les lames minces obtenues par faisceau d’ions focalisés (FIB) n’étaient pas adaptées, contrairement aux échantillons obtenus par simple broyage mécanique. Les affinements dynamiques ont pu alors être menés avec succès à la condition d’imposer la composition chimique des cristaux au cours de la procédure d’affinement. La précision obtenue permet alors leur utilisation pour les applications en géoscience. Dans le cas des pyroxènes, les échantillons obtenus par FIB sont exploitables mais les affinements réalisés lorsque la composition est fixée sont également plus fiables que ceux obtenus lorsqu’elle ne l’est pas<br>Since a few years, Precession Electron Diffraction Tomography (PEDT) coupled to dynamical calculations of diffracted intensities has been used to allow the structure solving and refinement at the nanoscale in a Transmission Electron Microscope (TEM). The method is here applied to the structure refinement of ferromagnesian spinels and orthopyroxenes for their use as geothermometers. The aim is to test the sensitivity of the method for the measurement of the occupancy rate, depending on temperature, of iron and magnesium cations on specific crystallographic sites of the structure. Studied samples are either synthetic (magnesioferrite (MgFe2)O4 and hercynite (FeAl2)O4) or natural (orthopyroxene (Mg1.4Fe0.6)Si2O6). The sensitivity of the method is tested as a function of various parameters such as the sample-thinning technique used for TEM observations, the sample chemical composition, the refinement methodology and parameters. In the case of our spinels, it is shown that samples as obtained by Focused Ion Beam (FIB) are not appropriated, contrary to samples as obtained by simple mechanical grinding. Structure refinements have then been successfully conducted, provided the chemical composition of the sample is fixed during the procedure. The final accuracy is then far sufficient to use the refinement results for geosciences applications. Concerning pyroxenes, FIB samples are suitable for the study. Refinement results are nevertheless more accurate once the chemical composition is imposed during the procedure
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Ayasso, Hacheme. "Une approche bayesienne de l'inversionApplication à l'imagerie de diffraction dans les domaines micro-onde et optique." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112251.
Full textAbstract:
Dans ce travail, nous nous intéressons à l'imagerie de diffraction dans des configurations à deux ou trois dimensions avec pour objectif la reconstruction d'une image (fonction contraste) d'un objet inconnu à l'aide de plusieurs mesures du champ qu'il diffracte. Ce champ résulte de l'interaction entre l'objet et un champ incident connu dont la direction de propagation et la fréquence peuvent varier. La difficulté de ce problème réside dans la non-linéarité du modèle direct et le caractère mal posé du problème inverse qui nécessite l'introduction d'une information a priori (régularisation). Pour cela, nous utilisons une approche bayésienne avec une estimation conjointe du contraste de l'objet, des courants induits et des autres paramètres du modèle. Le modèle direct est décrit par deux équations intégrales couplées exprimant les champs électriques observé et existant à l'intérieur de l'objet, dont les versions discrètes sont obtenues à l'aide de la méthode des moments. Pour l'inversion, l'approche bayésienne permet de modéliser notre connaissance a priori sur l'objet sous forme probabiliste. Les objets que nous étudions ici sont connus pour être constitués d'un nombre fini de matériaux homogènes répartis en régions compactes. Cette information a priori est introduite dans l'algorithme d'inversion à l'aide d'un mélange de gaussiennes, où chaque gaussienne représente une classe de matériaux tandis que la compacité des régions est prise en compte au travers d'un modèle de Markov caché. La nature non linéaire du modèle direct et l'utilisation de cet a priori nous amènent à des estimateurs qui n'ont pas de formes explicites. Une approximation est donc nécessaire et deux voies sont possibles pour cela : une approche numérique, par exemple MCMC, et une approche analytique comme l'approche bayésienne variationnelle. Nous avons testé ces deux approches qui ont donné de bons résultats de reconstruction par rapport aux méthodes classiques. Cependant, l'approche bayésienne variationnelle permet de gagner énormément en temps de calcul par rapport à la méthode MCMC<br>Ln this work, we are interested in scattering imaging in 2D and 3D configurations, where our objective is to reconstruct an image (contrast function) of an unknown object using measurements of the scattered field that results from the interaction between the unknown object and a known incident field whose propagation direction and frequency can be varied. The difficulty of this problem lies in the non-linearity of the forward model and in the ill-posed nature of the inverse problem which requires the introduction of prior information (regularization). For this purpose, we use a Bayesian approach with a joint estimation of the object contrast, currents induced inside the objects and other model parameters. The forward continuous model is described by two coupled integral equations. The discrete counterparts of the latter are obtained by means of the method of moments (MoM). For the inversion, the Bayesian approach allows us to model our knowledge about the object in a probabilistic way. For the given applications, the object under test is known to be composed of a finite number of materials, which implies that the desired image consists of a finite number of compact homogeneous regions. This justifies the choice of a prior model based upon a mixture of Gaussian with a hidden Markovian variable that represents the label of the regions. The nonlinear nature of the forward model and the use of this prior leads to joint posterior estimators which are intractable. Therefore, an approximation of the posterior distribution is needed. Two approaches are possible: a numerical approach, for example MCMC, and an analytical approach as the variational Bayesian approach. We have tested both approaches and both of them yield very good reconstruction results compared to classical methods. However, the variational Bayesian approach allows a much faster reconstruction as compared to the MCMC stochastic sampling method
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Ayasso, Hacheme. "Une approche bayésienne de l'inversion. Application à l'imagerie de diffraction dans les domaines micro-onde et optique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00564015.
Full textAbstract:
Dans ce travail, nous nous intéressons à l'imagerie de diffraction dans des configurations à deux ou trois dimensions avec pour objectif la reconstruction d'une image (fonction contraste) d'un objet inconnu à l'aide de plusieurs mesures du champ qu'il diffracte. Ce champ résulte de l'interaction entre l'objet et un champ incident connu dont la direction de propagation et la fréquence peuvent varier. La difficulté de ce problème réside dans la non-linéarité du modèle direct et le caractère mal posé du problème inverse qui nécessite l'introduction d'une information a priori (régularisation). Pour cela, nous utilisons une approche bayésienne avec une estimation conjointe du contraste de l'objet, des courants induits et des autres paramètres du modèle. Le modèle direct est décrit par deux équations intégrales couplées exprimant les champs électriques observé et existant à l'intérieur de l'objet, dont les versions discrètes sont obtenues à l'aide de la méthode des moments. Pour l'inversion, l'approche bayésienne permet de modéliser notre connaissance a priori sur l'objet sous forme probabiliste. Les objets que nous étudions ici sont connus pour être constitués d'un nombre fini de matériaux homogènes répartis en régions compactes. Cette information a priori est introduite dans l'algorithme d'inversion à l'aide d'un mélange de gaussiennes, où chaque gaussienne représente une classe de matériaux, tandis que la compacité des régions est prise en compte au travers d'un modèle de Markov caché. La nature non linéaire du modèle direct et l'utilisation de cet a priori nous amènent à des estimateurs qui n'ont pas de formes explicites. Une approximation est donc nécessaire et deux voies sont possibles pour cela: une approche numérique, par exemple MCMC, et une approche analytique comme l'approche bayésienne variationnelle. Nous avons testé ces deux approches qui ont donné de bons résultats de reconstruction par rapport aux méthodes classiques. Cependant, l'approche bayésienne variationnelle permet de gagner énormément en temps de calcul par rapport à la méthode MCMC.
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Aliferis, Ioannis. "Imagerie microonde d'objets enterrés : modélisations numériques bidimensionnelles et étude de l'extension tridimensionnelle." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00165785.
Full textAbstract:
Dans une première partie, une méthode de reconstruction du profil de permittivité et de conductivité -- basée sur une méthode de bigradient conjugué et une technique de préservation des discontinuités, précédemment développée dans le cas d'une illumination par ondes planes -- est étendue de façon à prendre en compte le champ proche arbitraire d'antennes émettrices. La robustesse de l'algorithme est étudiée en simulant des erreurs de mesure du champ diffracté. Le choix des différents paramètres est examiné de façon à appréhender la quantité d'information nécessaire pour une reconstruction optimale. Dans une deuxième partie, on développe une méthode de différences finies pour la résolution des équations de Maxwell en régime harmonique, en deux et trois dimensions. Le maillage est terminé par des couches parfaitement adaptées et l'intégrale de Kirchhoff est appliquée à la transformation champ proche - champ lointain. Cette méthode se prête à une utilisation en imagerie tridimensionnelle.
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Girard, Jules. "Microscopies de fluorescence et de diffraction super-résolues par éclairement multiple." Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00701031.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse concerne l'amélioration du pouvoir de résolution de la microscopie optique en champ lointain. Nous avons étudié et développé des techniques permettant de dépasser la limite fondamentale de résolution établie par Abbe en 1873. Toutes tirent profit de la relation liant le champ électromagnétique émis ou diffracté par un objet à l'éclairement employé pour l'observer. En enregistrant plusieurs images du même objet sous différents éclairements, puis en utilisant un algorithme d'inversion approprié, il est possible d'avoir accès à certaines fréquences spatiales de l'objet qui sont habituellement filtrées par le microscope. Ce concept est d'abord appliqué à une technique de microscopie cohérente ne nécessitant pas le marquage de l'échantillon : la microscopie tomographique de diffraction. Cette méthode permet de reconstruire numériquement des cartes quantitatives de la permittivité diélectrique de l'objet avec une résolution significativement meilleure que celle d'un microscope large-champ classique à partir de plusieurs hologrammes de l'échantillon obtenus sous diverses incidences. Nous montrons théoriquement et expérimentalement que, loin d'être un désavantage, le phénomène de diffusion multiple permet, s'il est correctement pris en compte, d'atteindre des résolutions encore plus spectaculaires. Nous étudions ensuite, avec des outils conceptuellement proches, la microscopie de fluorescence par éclairement structuré. Nous avons proposé deux approches différentes pour améliorer cette technique de microscopie. La première tire profit du développement d'un algorithme d'inversion capable de retrouver la densité de fluorescence de l'objet sans connaitre les éclairements utilisés a priori. Grâce à cet algorithme, nous pouvons remplacer le motif d'illumination habituellement périodique et contrôlé de la microscopie à éclairement structuré classique par des speckles aléatoires obtenus en bougeant un diffuseur à travers un faisceau laser. Des résultats expérimentaux très encourageants montrent l'efficacité de cette approche dont la mise en œuvre expérimentale est remarquablement simple. La seconde consiste à remplacer la lamelle de verre sur laquelle est déposé l'échantillon par une lamelle périodiquement nanostructurée. Celle-ci crée à sa surface une grille de lumière de période bien inférieure à la limite imposée par la diffraction, et qui peut être utilisée pour sonder les fréquences spatiales les plus élevées de l'échantillon. Nous détaillons la conception, la fabrication et la caractérisation expérimentale de ce substrat nanostructuré.
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Malyarenko, Eugene V. "Lamb wave diffraction tomography." W&M ScholarWorks, 2000. https://scholarworks.wm.edu/etd/1539623991.
Full textAbstract:
As the worldwide aviation fleet continues to age, methods for accurately predicting the presence of structural flaws, such as hidden corrosion and disbonds, that compromise air worthiness become increasingly necessary. Ultrasonic guided waves, Lamb waves, allow large sections of aircraft structures to be rapidly inspected. However, extracting quantitative information from Lamb wave data has always involved highly trained personnel with a detailed knowledge of mechanical waveguide physics. In addition, human inspection process tends to be highly subjective, slow and prone to errors. The only practical alternative to traditional inspection routine is a software expert system capable of interpreting data with minimum error and maximum speed and reliability. Such a system would use the laws of guided wave propagation and material parameters to help signal processing algorithms automatically extract information from digitized waveforms. This work discusses several practical approaches to building such an expert system.;The next step in the inspection process is data interpretation, and imaging is the most natural way to represent two-dimensional structures. Unlike conventional ultrasonic C-scan imaging that requires access to the whole inspected area, tomographic algorithms work with data collected over the perimeter of the sample. Combined with the ability of Lamb waves to travel over large distances, tomography becomes the method of choice for solving NDE problems. This work explores different tomographic reconstruction techniques to graphically represent the Lamb wave data in quantitative maps that can be easily interpreted by technicians. Because the velocity of Lamb waves depends on the thickness, the traveltimes of the fundamental modes can be converted into a thickness map of the inspected region. Lamb waves cannot penetrate through holes and other strongly scattering defects and the assumption of straight wave paths, essential for many tomographic algorithms, fails. Diffraction tomography is a way to incorporate scattering effects into tomographic algorithms in order to improve image quality and resolution. This work describes the iterative reconstruction procedure developed for the Lamb Wave tomography and allowing for ray bending correction for imaging of moderately scattering objects.
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White, Thomas Ashley. "Structure solution using precession electron diffraction and diffraction tomography." Thesis, University of Cambridge, 2009. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.611748.
Full text
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El, Kanfoud Ibtissam. "Résolution de problèmes de rayonnement électromagnétique appliqués à l’imagerie médicale avec FreeFEM++." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019AZUR4000/document.
Full textAbstract:
L'utilisation des microondes pour le diagnostic est en plein essor dans le domaine médical. Une des toutes dernières applications concerne la détection d'AVC (Accident vasculaire Cérébral) par imagerie microonde. La Société EMTensor GmbH basée à Vienne en Autriche étudie actuellement un tel système en collaboration avec le LEAT, le LJAD de l’Université Côte d’Azur et le LJLL de Sorbonne Université, pour le diagnostic et le contrôle de l'efficacité de traitement. Le but de ce travail était de modéliser le système de mesure de l'imagerie du cerveau, développé par la société EMTensor GmbH. Il s'agit d'un système d'émission/réception composé de 160 antennes disposées en 5 couronnes de 32 antennes réparties sur une cuve métallique cylindrique de section circulaire semi-ouverte. Un des enjeux majeurs de ce travail consiste en la modélisation et la simulation électromagnétique (EM) du système complet incluant un modèle réaliste de cerveau. La difficulté réside à la fois dans la taille du problème EM à simuler en raison du rapport entre la taille considérable du système et la taille très faible de certaines inhomogénéités à l’intérieur du cerveau, et dans la grande hétérogénéité des permittivités diélectriques présentes à l’intérieur du cerveau. Nous avons décidé d’utiliser un code open source, FreeFem++ pour cette modélisation car il permet de déployer du calcul hautement parallèle et la décomposition de domaines, qui sont bien adaptés à la complexité du problème EM. Dans un premier temps, nous avons comparé les résultats de simulation du système de mesure à vide (sans le cerveau) aux mesures et aux résultats obtenus par le logiciel de simulation EM HFSS basé sur la FEM comme FreeFem++. Nous avons ensuite simulé un modèle de tête tridimensionnel virtuel, à partir de coupe d’image du cerveau (scanner et IRM), en partenariat avec EMTensor en recherchant la position et le type d'AVC (ischémique et hémorragique). L'influence du bruit de mesure, la valeur du gel d'adaptation utilisé, le couplage entre les capteurs et le couplage entre la tête et les capteurs sont également étudiés. Afin de valider ces modèles, deux cas simples ont été étudiés. Un grand tube et un petit tube en plastique sont remplis de liquide d'adaptation symbolisant les caractéristiques diélectriques d'un cerveau afin de retrouver la forme du tube utilisé. Nous avons montré qu’il est possible de développer des algorithmes de reconstruction pour montrer permettant de retrouver la forme des objets par imagerie qualitative. Enfin, avec les partenaires et l'entreprise d'EMTensor nous avons appliqué une méthode quantitative à la détection d’un AVC ischémique par la tomographie microonde. Le problème direct repose sur l’utilisation de FreeFem++, en utilisant des éléments d'ordre supérieur et des préconditionneurs parallèles pour la méthode de décomposition de domaine. Nous avons résolu le problème inverse par un algorithme de minimisation, afin de reconstruire des images tomographiques du cerveau dans des temps compatibles avec les impératifs médicaux définis par les cliniciens<br>The use of microwaves for diagnosis is booming in the medical field. One of the latest applications is the detection of strokes by microwave imaging. The company EMTensor GmbH based in Vienna, Austria is currently studying such a system in collaboration with LEAT, the LJAD of the Côte d’Azur University and the LJLL of Sarbonne University, for the diagnosis and control of the treatement efficiency. The purpose of this work is to model the brain imaging measurement system developed by EMTensor GmbH. It is a transmission/ reception system consisting of 160 antennas arranged in 5 rings of 32 antennas distributed on a cylinder metal tank of semi-open circular section. One of the major issues of this work is the modeling and electromagnetic simulation (EM) of the complete system including a realistic brain model. The difficulty lies both in the size of the EM problem to be simulated beacause of the relationship between the considerable size of the system and the the very small size of certain inhomogeneities within the brain, and the great heterogeneity of the dielectric permittivities present inside the brain. We decided to use an open source software, FreeFem++ for this modelling because it is well adapted to high performance computing through domain decomposition methods, which is mandatory for the complexity of the EM problem. First, we compared the simulation results of the vacuum matching measurement system (without the brain) to the measurements and the results obtained by the FEM-based EM HFSS simulation software to those obtained by FreeFem++. We then simulated a virtual threedimensional head model, from brain imaging system cuts (CT scan and MRI), in partnership with EMTensor, looking for the position and type of stroke (ischemic and hemorragic). The influence of the measurement noise, the value of the adaptation gel used, the coupling between the sensors and the coupling between the head and the sensors are also studied. In order to validate these models, two simple cases have been studied. A large tube and a small plastic tube are fielld with adaptation liquid with the dielectric characteristic of a brain to find the shape of the tubes used by qualitative imaging. Finally, with the MEDIMAX project partners and the EMTensor company we applied a quantitative method to the detection of ischemic stroke by the microwave tomography. The direct problem has been solved with the help of FreeFem++, using hight order elements and parallel preconditioners for the domain decomposition method. We solved the inverse problem by a minimization algorithm, in order to reconstruct tomographic images of the brain in times compatible with medical imperatives defined by clinicians.”
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Berdeu, Anthony. "Imagerie sans lentille 3D pour la culture cellulaire 3D." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAS036/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse se situe à l’interface de deux domaines : la culture cellulaire en trois dimensions et l’imagerie sans lentille.Fournissant un protocole de culture cellulaire plus réaliste sur le plan physiologique, le passage des cultures monocouches (2D) à des cultures tridimensionnelles (3D) - via l’utilisation de gels extracellulaires dans lesquels les cellules peuvent se développer dans les trois dimensions - permet de faire de grandes avancées dans de nombreux domaines en biologie tels que l’organogénèse, l’oncologie et la médecine régénérative. Ces nouveaux objets à étudier crée un besoin en matière d’imagerie 3D.De son côté, l’imagerie sans lentille 2D fournit un moyen robuste, peu cher, sans marquage et non toxique, d’étudier les cultures cellulaires en deux dimensions sur de grandes échelles et sur de longues périodes. Ce type de microscopie enregistre l’image des interférences produites par l’échantillon biologique traversé par une lumière cohérente. Connaissant la physique de la propagation de la lumière, ces hologrammes sont rétro-propagés numériquement pour reconstruire l’objet recherché. L’algorithme de reconstruction remplace les lentilles absentes dans le rôle de la formation de l’image.Le but de cette thèse est de montrer la possibilité d’adapter cette technologie sans lentille à l’imagerie des cultures cellulaires en 3D. De nouveaux prototypes de microscopes sans lentille sont conçus en parallèle du développement d’algorithmes de reconstructions tomographiques dédiés.Concernant les prototypes, plusieurs solutions sont testées pour converger vers un schéma alliant deux conditions. La première est le choix de la simplicité d’utilisation avec une culture cellulaire en boîte de Petri standard et ne nécessitant aucune préparation spécifique ou aucun changement de contenant. Cette condition entraînant de fortes contraintes géométriques sur l’architecture, la deuxième est de trouver la meilleure couverture angulaire possible des angles d’éclairage. Enfin, une version adaptée aux conditions en incubateur est développée et testée avec succès.Concernant les algorithmes, quatre types de solutions sont proposés, basées sur le théorème de diffraction de Fourier classiquement utilisé en tomographie diffractive optique. Toutes cherchent à corriger deux problèmes inhérents au microscope sans lentille : l’absence de l’information de phase, le capteur n’étant sensible qu’à l’intensité de l’onde reçue, et la couverture angulaire limitée. Le premier algorithme se limite à remplacer la phase inconnue par celle d’une onde incidente plane. Rapide, cette méthode est néanmoins source de nombreux artefacts. La deuxième solution, en approximant l’objet 3D inconnu par un plan moyen, utilise les outils de la microscopie sans lentille 2D pour retrouver cette phase manquante via une approche inverse. La troisième solution consiste à implémenter une approche inverse régularisée sur l’objet 3D à reconstruire. C’est la méthode la plus efficace pour compenser les deux problèmes mentionnés, mais elle est très lente. La quatrième et dernière solution est basée sur un algorithme de type Gerchberg-Saxton modifié avec une étape de régularisation sur l’objet.Toutes ces méthodes sont comparées et testées avec succès sur des simulations numériques et des données expérimentales. Des comparaisons avec des acquisitions au microscope classique montrent la validité des reconstructions en matière de tailles et de formes des objets reconstruits ainsi que la précision de leur positionnement tridimensionnel. Elles permettent de reconstruire des volumes de plusieurs dizaines de millimètres cubes de cultures cellulaires 3D, inaccessibles en microscopie standard.Par ailleurs, les données spatio-temporelles obtenues avec succès en incubateur montrent aussi la pertinence de ce type d’imagerie en mettant en évidence des interactions dynamiques sur de grandes échelles des cellules entres elles ainsi qu’avec leur environnement tridimensionnel<br>This PhD work is at the interface of two fields: 3D cell culture and lens-free imaging.Providing a more realistic cell culture protocol on the physiological level, switching from single-layer (2D) cultures to three-dimensional (3D) cultures - via the use of extracellular gel in which cells can grow in three dimensions - is at the origin of several breakthroughs in several fields such as developmental biology, oncology and regenerative medicine. The study of these new 3D structures creates a need in terms of 3D imaging.On another side, 2D lens-free imaging provides a robust, inexpensive, non-labeling and non-toxic tool to study cell cultures in two dimensions over large scales and over long periods of time. This type of microscopy records the interferences produced by a coherent light scattered by the biological sample. Knowing the physics of the light propagation, these holograms are retro-propagated numerically to reconstruct the unknown object. The reconstruction algorithm replaces the absent lenses in the role of image formation.The aim of this PhD is to show the possibility of adapting this lens-free technology for imaging 3D cell culture. New lens-free microscopes are designed and built along with the development of dedicated tomographic reconstruction algorithms.Concerning the prototypes, several solutions are tested to finally converge to a scheme combining two conditions. The first requirement is the choice of simplicity of use with a cell culture in standard Petri dish and requiring no specific preparation or change of container. The second condition is to find the best possible angular coverage of lighting angles in regards of the geometric constraint imposed by the first requirement. Finally, an incubator-proof version is successfully built and tested.Regarding the algorithms, four major types of solutions are implemented, all based on the Fourier diffraction theorem, conventionally used in optical diffractive tomography. All methods aim to correct two inherent problems of a lens-free microscope: the absence of phase information, the sensor being sensitive only to the intensity of the incident wave, and the limited angular coverage. The first algorithm simply replaces the unknown phase with that of an incident plane wave. However, this method is fast but it is the source of many artifacts. The second solution tries to estimate the missing phase by approximating the unknown object by an average plane and uses the tools of the 2D lens-free microscopy to recover the missing phase in an inverse problem approach. The third solution consists in implementing a regularized inverse problem approach on the 3D object to reconstruct. This is the most effective method to deal with the two problems mentioned above but it is very slow. The fourth and last solution is based on a modified Gerchberg-Saxton algorithm with a regularization step on the object.All these methods are compared and tested successfully on numerical simulations and experimental data. Comparisons with conventional microscope acquisitions show the validity of the reconstructions in terms of shape and positioning of the retrieved objects as well as the accuracy of their three-dimensional positioning. Biological samples are reconstructed with volumes of several tens of cubic millimeters, inaccessible in standard microscopy.Moreover, 3D time-lapse data successfully obtained in incubators show the relevance of this type of imaging by highlighting large-scale interactions between cells or between cells and their three-dimensional environment
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Vasuki, A. "Diffraction Tomographic Imaging With A Circular Array." Thesis, Indian Institute of Science, 1994. http://hdl.handle.net/2005/119.
Full textAbstract:
In the conventional diffraction tomography a linear array is used to receive forward scattered field. Then a standard algorithm like back propagation or Fourier domain interpolation is used for reconstruction of the object. A circular array which captures both forward and backward scattered field has been proposed. A new theorem is proposed, which states that the scattered field measured with a large circular array surrounding the object is proportional to the Fourier transform of the object profile taken on the circumference of a circle of radius equa1 to the wave number and centered at (-k0 cosZO, -k0 sin Z0). The circular array outperforms in two counts. Firstly, a larger bandwidth of Fourier transform is used for reconstruction. Secondly, in circular array since the scattered field itself is related to the object Fourier transform, the reconstruction is free from the errors induced by finite array size. The effect of broad band illumination has been studied. A fewer number of illuminations appear to produce a reconstruction which is possible only with a large number of illuminations but narrow band illumination. Thus a trade off between the number of illumination angles and the bandwidth of the source exists.
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Lemarié, Quentin. "Développement et caractérisation in situ d'électrodes positives pour batteries Lithium/soufre." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI041.
Full textAbstract:
La technologie Li-ion, bien que dominant le marché actuel des batteries, souffre du prix élevé et de la toxicité de certains de ses matériaux et peine à atteindre les objectifs de performances notamment fixés pour leur utilisation dans les véhicules électriques et hybrides. Face à ces limitations, la technologie lithium/soufre (Li/S) se pose en candidat prometteur pour remplacer à moyen terme la technologie Li-ion. Basée sur un matériau actif abondant et peu cher, le soufre, elle permettrait d’atteindre des densités d’énergie pratiques deux à trois fois supérieures à celles des batteries Li-ion actuelles. Cependant, les réactions électrochimiques du système Li/S impliquent une dissolution/déposition de la matière active, engendrant d’importantes variations morphologiques et la perte de matière active à l’électrode positive qui ont un impact majeur sur la capacité et la tenue au cyclage des batteries Li/S. Ainsi, une bonne compréhension de ces mécanismes de dégradation est nécessaire afin de développer de nouveaux matériaux d’électrode innovants et permettant une optimisation des performances du système Li/S. À ce titre, l’objectif premier de cette thèse était d’appliquer des techniques de caractérisation in situ novatrices permettant de relier les propriétés mécaniques et les variations morphologiques des différents matériaux d’électrode utilisés à leur comportement électrochimique. Pour ce faire, trois techniques ont été employées : l’émission acoustique, la tomographie RX et la dilatométrie. Les conclusions tirées des observations effectuées à l’aide de ces outils de caractérisation ont permis d’axer la conception d’électrodes sur l’utilisation d’un liant innovant de type polyélectrolyte. Au cours de ces travaux, nous avons notamment pu démontrer une relation entre l’activité acoustique mesurée au cours des premiers cycles de charge/décharge de différentes formulations d’électrode à leurs propriétés mécaniques. Ensuite, le couplage de la tomographie et de la diffraction RX synchrotron in situ a permis de mettre en évidence de nouveaux phénomènes liés à la dissolution et la déposition du soufre lors du 1er cycle. Enfin, la combinaison de l’étude de la variation d’épaisseur des électrodes par dilatométrie, du suivi de l’activité acoustique et d’observations tomographiques a permis d’attester des propriétés mécaniques améliorées du liant polyélectrolyte. Additionnées à ses propriétés de régulation de la diffusion des espèces soufrées, ces conclusions renforcent l’intérêt certain de ce type de liants pour les électrodes positives des batteries Li/S<br>Even though the Li-ion technology is dominating nowadays battery market, it is suffering from the high cost and toxicity of some of its materials as well as struggling to reach the performance goals set by always more demanding hybrid and electric vehicles. Facing the need for a new battery generation, the lithium/sulfur (Li/S) technology stands as a promising candidate for a medium term industrialization and commercialization. Based on an abundant and low-cost active material, elemental sulfur, it enables practical energy densities two to three times higher than current Li-ion batteries. However, the intermediate electrochemical reactions of this system imply many dissolutions/depositions of the active material, causing important morphological variations at the positive electrode which have a major impact on the capacity and cycling performance of the batteries. Hence a better comprehension of those degradation mechanisms is required in order to develop new and innovating electrode materials enabling an optimization of the performance of the system. Therefore, the first goal of the thesis was to employ innovative in situ characterization techniques in order to develop tools allowing to link the properties of the different electrode materials to the performance of the batteries. To do so, three techniques were used: acoustic emission, X-ray tomography and dilatometry. Then, the conclusions drawn from the observations made from the characterization tools enabled us to focus the conception of the electrodes on using a new binder based on a polyelectrolyte material. In this work, we were in particular able to demonstrate a relationship between the measured acoustic activity during the first charge/discharge cycles of different electrode formulations to their mechanical properties. Then, coupling in situ X-ray tomography and diffraction enabled us to shed light on new phenomena linked to the dissolution and deposition of sulfur during the 1st cycle. Finally, the combination of the study of thickness variation via dilatometry, of the monitoring of the acoustic activity and of tomographic observations was the key to prove the better mechanical properties of the polyelectrolyte binder. Together with its properties of regulation of the sulfur species, our conclusions strengthen the certain interest in the family of materials as a binder of positive electrodes for Li/S batteries
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Recaldini, Valentino. "Optical diffraction tomography: a resolution study." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020. http://amslaurea.unibo.it/21258/.
Full textAbstract:
In the past years, optical diffraction tomography (ODT) has been used both in cell imaging and to investigate the three-dimensional refractive index (RI) of large-scale (millimetre-sized) samples. In this technique, the projections at different illumination angles are acquired through digital holography (DH) and used to estimate the complex wave fields, which can be refocused with the aid of numerical diffraction algorithms. However, real extended specimens may not completely lie on a single plane. In this case, the (refocused) projections retain a certain amount of defocus which will affect the tomographic reconstruction.
For this reason, this thesis aims to study the spatial resolution of an ODT system when a point-like object is allowed to go in and out of focus and is reconstructed without numerical refocusing. Two-dimensional rotation and computational Fourier optics will be used to track and model defocus and lenses during the simulation of the projections. Spatial resolution will be assessed both qualitatively and quantitatively by numerically computing the full width at half maximum (FWHM) in relation to the maximum defocus to which a simulated point was subjected during acquisition.
Lastly, deconvolution is used to remove unwanted blur.
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Lee, Justin Wu. "Experimental transport of intensity diffraction tomography." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2011. http://hdl.handle.net/1721.1/67621.
Full textAbstract:
Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 2011.<br>Cataloged from PDF version of thesis.<br>Includes bibliographical references (p. 89-98).<br>In this thesis, I perform intensity-based tomographic phase imaging in two ways. First, I utilize the paraxial transport of intensity equation (TIE) to construct phase maps of a phase object at multiple projection angles and reconstruct the object 3- dimensionally using basic tomographic principles. Then, I use an Intensity Diffraction Tomography (IDT) approach to improve the quality of reconstruction by accounting for diffraction effects under 1st order Rytov Approximation. I improve both approaches by applying compressive sensing techniques to estimate missing points in the undersampled data. Finally, I compare I-DT with single-shot, Gabor-type digital holography (also integrating use of compressive sensing principles) and discuss improvements and extensions of the presented implementation of IDT.<br>by Justin Wu Lee.<br>S.M.
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Müller, Paul. "Optical Diffraction Tomography for Single Cells." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-202261.
Full textAbstract:
Analyzing the structure of a single cell based on its refractive index (RI) distribution is a common and valued approach, because it does not require any artificial markers. The RI is an inherent structural marker that can be quantified in three dimensions with optical diffraction tomography (ODT), an inverse scattering technique. This work reviews the theory of ODT and its implementation with an emphasis on single-cell analysis, identifying the Rytov approximation as the most efficient descriptor for light propagation. The accuracy of the reconstruction method is verified with in silico data and imaging artifacts associated with the inverse scattering approach are addressed. Furthermore, an experimental ODT setup is presented that consists of a bright-field microscope, a phase-imaging camera, and an optical trap combined with a microfluidic chip. A novel image analysis pipeline is proposed that addresses image corrections and frame alignment of the recorded data prior to the RI reconstruction. In addition, for a rotational axis that is tilted with respect to the image plane, an improved reconstruction algorithm is introduced and applied to single, suspended cells in vitro, achieving sub-cellular resolution.
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Vigano, Nicola Roberto. "Full-field X-ray orientation imaging using convex optimization and a discrete representation of six-dimensional position - orientation space." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0095/document.
Full textAbstract:
Cette thèse de doctorat introduit un modèle et un algorithme six-dimensions pour la reconstruction des orientations cristallines locales dans les matériaux polycristallins. Le modèle s’applique actuellement aux données obtenues avec un rayonnement synchrotron (faisceau parallèle et monochromatique), mais il est également possible d’envisager des extensions aux instruments et sources de laboratoire (polychromatique et divergent). Le travail présenté est principalement une extension de la technique connue sous le nom de “Diffraction Contrast Tomography” (DCT) qui permet la reconstruction de la forme et de l’orientation cristalline des grains dans des matériaux polycristallins (avec certaines restrictions concernant la taille et le nombre total de grains ainsi que la mosaicité intragranulaire)<br>This Ph.D. thesis is about the development and formalization of a six-dimensional tomography method, for the reconstruction of local orientation in poly-crystalline materials. This method is based on a technique known as diffraction contract tomography (DCT), mainly used in synchrotrons, with a monochromatic and parallel high energy X-ray beam. DCT exists since over a decade now, but it was always employed to analyze undeformed or nearly undeformed materials, described by “grains” with a certain average orientation. Because an orientation can be parametrized by the used of only three num- bers, the local orientation in the grains is modelled by a six-dimensional space X6 = R3 ⊗ O3, that is the outer product between a three-dimensional real- space and another three-dimensional orientation-space. This means that for each point of the real-space, there could be a full three-dimensional orientation- space, which however in practice is restricted to a smaller region of interest called “local orientation-space”. The reconstruction problem is then formulated as a global minimisation prob- lem, where the reconstruction of a single grain is the solution that minimizes a functional. There can be different choices for the functionals to use, and they depend on the type of reconstructions one is looking for, and on the type of a priori knowledge is available. All the functionals used include a data fidelity term which ensures that the reconstruction is consistent with the measured diffraction data, and then an additional regularization term is added, like the l1-norm minimization of the solution vector, that tries to limit the number of orientations per real-space voxel, or a Total Variation operator over the sum of the orientation part of the six-dimensional voxels, in order to enforce the homogeneity of the grain volume. When first published, the results on synthetic data from the third chapter high- lighted some key features of the proposed framework, and showed that it was in principle possible to extend DCT to the reconstruction of moderately de- formed materials, but it was unclear whether it could work in practice. The following chapters instead confirm that the proposed framework is viable for reconstructing moderately deformed materials, and that in conjunction with other techniques, it could also overcome the limitations imposed by the grain indexing, and be applied to more challenging textured materials
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Aitmehdi, R. "Quantitative diffraction tomography within weak scattering limitations." Thesis, University of Sheffield, 1988. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.385618.
Full text
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Vautrin, Denis. "Régularisation et optimisation pour l'imagerie sismique des fondations de pylônes." Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00692589.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'auscultation de fondations de pylônes électriques par contrôle non destructif. Une procédure d'imagerie par ondes sismiques est utilisée, ce qui consiste à générer une onde sismique au voisinage de la fondation avec une source vibratoire et à mesurer la vitesse de l'onde résultante à l'aide d'un réseau de géophones. Le travail présenté s'intéresse spécifiquement à la résolution du problème inverse. L'objectif est de concevoir un algorithme permettant de déterminer la géométrie de la fondation auscultée à partir des données enregistrées par les capteurs. Il s'agit d'un problème de tomographie de diffraction. Son caractère mal posé ainsi que la forte non-linéarité du modèle direct rendent sa résolution particulièrement difficile. Deux méthodes d'inversion ont été développées. Elles consistent toutes deux à reconstruire plusieurs cartes du sous-sol, chaque carte étant associée à une caractéristique physique du sous-sol. Dans les deux cas, un critère des moindres carrés régularisé est minimisé de façon itérative. Pour la première approche, peu d'a priori sont pris en compte. Elle se base sur une régularisation markovienne et la différence entre pixels voisins est pénalisée de manière à favoriser la reconstruction de régions lisses séparées par des contours francs. La seconde approche tient compte d'informations a priori plus nombreuses et plus précises. Elles sont liées à la structure particulière des fondations et aux caractéristiques de la terre et du béton. La méthode se base sur une segmentation du milieu à imager en deux régions. Des tests ont été réalisés sur des données simulées afin d'évaluer et de comparer les performances de ces deux méthodes.
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Xu, Yuan. "Reconstruction in tomography with diffracting sources." Diss., Texas A&M University, 2003. http://hdl.handle.net/1969.1/1570.
Full textAbstract:
In this dissertation, we first derive exact reconstuction algorithms for thermoacoustic tomography (TAT) and broadband diffraction tomography (a linearized inverse scattering problem) using derived time-reversal formulas. Then we focus on some important practical problems of TAT including the limited-view problem, the effects of acoustic heterogeneity, and fast reconstruction algorithms. In Chapter II, we propose time-reversal methods and apply them to tomography with diffrating sources. We first develop time-domain methods to time-reverse a transient scalar wave using only the field measured on an arbitrary closed surface enclosing the initial sources. Under certain conditions, a time-reversed field can be obtained with the delay-and-sum algorithm (backprojection to spheres) used in synthetic aperture imaging.Consequently, the physicalmeaningandthe validconditions of this widely used algorithm are revealed quantitatively for the first time from basic physics. Then exact reconstruction for TAT and broadband diffraction tomography is proposed by time-reversing the measured field back to the time when each source or secondary source is excited. The theoretical conclusions are supported by a numerical simulation ofthree-dimensional diffraction tomography.The extension ofour time-reversal methods to the case using Green function in a heterogeneous medium is also discussed. In Chapter III, the limited-view problem is studied for TAT. We define a "detection region," within which all points have sufficient detection views. It is explained analytically and shown numerically that the boundaries of any object inside this region can be recovered stably.Otherwise some sharp details become blurred.One can identify in advance the parts of the boundaries that will be affected if the detection view is insufficient. Computations are conducted for both numerically simulated and experimental data. The reconstructions confirm our theoretical predictions. In Chapter IV, the effects of wavefront distortions induced by acoustic heterogeneities in breast TAT are studied. Amplitude distortions are shown to be insignificant for different scales of acoustic heterogeneities. After that we consider the effects of phase distortions (errors in time-of-flight) in our numerical studies. The numerical results on the spreads of point sources and boundaries caused by the phase distortions are in good agreement with the proposed formula. We also demonstrate that the blurring of images can be compensated for by using the distribution of acoustic velocityin the tissues in the reconstructions. In Chapter V, we discuss exact and fast Fourier-domain reconstruction algorithms for TAT in planar and circular configurations.
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Holm, Anders. "Optical diffraction tomography an experimental method for ultrasound measurements /." Lund : Dept. of Electrical Measurements, Lund Institute of Technology, 1993. http://books.google.com/books?id=PIhqAAAAMAAJ.
Full text
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Hislop, Gregory Francis. "Diffraction Tomographic Imaging of Shallowly Buried Targets using Ground Penetrating Radar." Queensland University of Technology, 2005. http://eprints.qut.edu.au/16125/.
Full textAbstract:
The problem of subsurface imaging with Ground Penetrating Radar (GPR) is a challenging one. Due to the low-pass nature of soil sensors must utilise wave-lengths that are of the same order of magnitude as the object being imaged. This makes imaging difficult as straight ray approximations commonly used in higher frequency applications cannot be used. The problem becomes even more challenging when the target is shallowly buried as in this case the ground surface reflection and the near-field parameters of the radar need to be considered. This thesis has investigated the problem of imaging shallowly buried targets with GPR. Two distinct problems exist in this field radar design and the design of inverse scattering techniques. This thesis focuses on the design of inverse scattering techniques capable of taking the electric field measurements from the receiver and providing accurate images of the scatterer in real time. The thesis commences with a brief introduction to GPR theory. It then provides an extensive review of linear inverse scattering techniques applied to raw GPR data. As a result of this review the thesis draws the conclusion that, due to its strong foundations in Maxwell's equations, diffraction tomography is the most appropriate approach for imaging shallowly buried targets with GPR. A three-dimensional diffraction tomographic technique is then developed. This algorithm forms the primary contribution of the thesis. The novel diffraction tomography technique improves on its predecessors by catering for shallowly buried targets, significant antenna heights and evanescent waves. This is also the first diffraction tomography technique to be derived for a range of antenna structures. The advantages of the novel technique are demonstrated first mathematically then on synthetic and finally practical data. The algorithm is shown to be of high practical value by producing accurate images of buried targets in real time.
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Pile, Katharine. "Synchrotron tomographic energy-dispersive diffraction imaging of static and dynamic systems." Thesis, Birkbeck (University of London), 2006. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.440493.
Full text
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Ruan, Yi. "Imagerie numérique 3D par microscopie tomographique diffractive." Ecole centrale de Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012ECDM0003.
Full text
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Murer, Fredrik Kristoffer. "X-ray Diffraction Computed Tomography of a Fossil Bone Sample." Thesis, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Institutt for fysikk, 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:no:ntnu:diva-23618.
Full textAbstract:
A fossil bone sample, a humerus (”upper arm”) of a prehistoric fish, Eusthenopteron Foordi, has been studied using a combination of X-ray diffraction, computed tomography and synchrotron radiation. The technique has in this thesis been called X-ray diffraction computed tomography. It has been attempted to obtain three-dimensional tomographic images of sample regions containing different minerals, as well as to determine crystallite orientation properties of the different minerals.The sample has been found to consist of hydroxylapatite, barite, calcite, quartz and pyrite. Three-dimensional tomographic images of the four first minerals have been made using the filtered backprojection algorithm. Image artifacts were reduced by combining recorded intensity from several Bragg peaks and by combining data from two separate tomographic measurements of the sample.A fraction of the hydroxylapatite crystallites appear to have a preferredorientation. The direction of this preferred orientation has been deter-mined for some regions close to the sample edge.
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Piotrowski, David P. "Synchrotron polychromatic x-ray diffraction tomography of large-grained polycrystalline materials." Thesis, Georgia Institute of Technology, 1996. http://hdl.handle.net/1853/19985.
Full text
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Patterson, Curtis R. II. "Synchrotron polychromatic x-ray diffraction tomography of aluminum lithium 2090 T8E41." Thesis, Georgia Institute of Technology, 1999. http://hdl.handle.net/1853/19526.
Full text
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Müller, Paul, Mirjam Schürmann, Chii J. Chan, and Jochen Guck. "Single-cell diffraction tomography with optofluidic rotation about a tilted axis." SPIE, 2015. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A35046.
Full textAbstract:
Optical diffraction tomography (ODT) is a tomographic technique that can be used to measure the threedimensional (3D) refractive index distribution within living cells without the requirement of any marker. In principle, ODT can be regarded as a generalization of optical projection tomography which is equivalent to computerized tomography (CT). Both optical tomographic techniques require projection-phase images of cells measured at multiple angles. However, the reconstruction of the 3D refractive index distribution post-measurement differs for the two techniques. It is known that ODT yields better results than projection tomography, because it takes into account diffraction of the imaging light due to the refractive index structure of the sample. Here, we apply ODT to biological cells in a micro uidic chip which combines optical trapping and microfluidic flow to achieve an optofluidic single-cell rotation. In particular, we address the problem that arises when the trapped cell is not rotating about an axis perpendicular to the imaging plane, but instead about an arbitrarily tilted axis. In this paper we show that the 3D reconstruction can be improved by taking into account such a tilted rotational axis in the reconstruction process.
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Desai, Naeem. "Tensor tomography." Thesis, University of Manchester, 2018. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/tensor-tomography(9df5f611-ef5f-4b20-b8e4-7aa42de5a4e1).html.
Full textAbstract:
Rich tomography is becoming increasingly popular since we have seen a substantial increase in computational power and storage. Instead of measuring one scalar for each ray, multiple measurements are needed per ray for various imaging modalities. This advancement has allowed the design of experiments and equipment which facilitate a broad spectrum of applications. We present new reconstruction results and methods for several imaging modalities including x-ray diffraction strain tomography, Photoelastic tomography and Polarimet- ric Neutron Magnetic Field Tomography (PNMFT). We begin with a survey of the Radon and x-ray transforms discussing several procedures for inversion. Furthermore we highlight the Singular Value Decomposition (SVD) of the Radon transform and consider some stability results for reconstruction in Sobolev spaces. We then move onto define the Non-Abelian Ray Transform (NART), Longitudinal Ray Transform (LRT), Transverse Ray Transform (TRT) and the Truncated Trans- verse Ray Transform (TTRT) where we highlight some results on the complete inver- sion procedure, SVD and mention stability results in Sobolev spaces. Thereafter we derive some relations between these transforms. Next we discuss the imaging modali- ties in mind and relate the transforms to their specific inverse problems, primarily being linear. Specifically, NART arises in the formulation of PNMFT where we want to im- age magnetic structures within magnetic materials with the use of polarized neutrons. After some initial numerical studies we extend the known Radon inversion presented by experimentalists, reconstructing fairly weak magnetic fields, to reconstruct PNMFT data up to phase wrapping. We can recover the strain field tomographically for a polycrystalline material using diffraction data and deduce that a certain moment of that data corresponds to the TRT. Quite naturally the whole strain tensor can be reconstructed from diffraction data measured using rotations about six axes. We develop an innovative explicit plane-by-plane filtered back-projection reconstruction algorithm for the TRT, using data from rotations about three orthogonal axes and state the reasoning why two- axis data is insufficient. For the first time we give the first published results of TRT reconstruction. To complete our discussion we present Photoelastic tomography which relates to the TTRT and implement the algorithm discussing the difficulties that arise in reconstructing data. Ultimately we return to PNMFT highlighting the nonlinear inverse problem due to phase wrapping. We propose an iterative reconstruction algorithm, namely the Modified Newton Kantarovich method (MNK) where we keep the Jacobian (FreÌchet derivative) fixed at the first step. However, this is shown to fail for large angles suggesting to develop the Newton Kantarovich (NK) method where we update the Jacobian at each step of the iteration process.
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Liu, Hui. "Microscopie tomographique diffractive et profilométrie multivue à haute résolution." Thesis, Mulhouse, 2014. http://www.theses.fr/2014MULH9558/document.
Full textAbstract:
Nous avons développé un microscope tomographique diffractif en réflexion, qui permet d’observer la surface d’un échantillon avec une résolution latérale améliorée comparée à un microscope holographique conventionnel. À partir des même données expérimentales (les hologrammes acquis sous différents angles d’illumination), des mesures à haute précision longitudinale peuvent être réalisées sur la surface d’un échantillon purement réfléchissant, par reconstruction du profil de hauteur à partir de la phase. Cette méthode d’imagerie multimodale présente plusieurs avantages comparée aux mesures en holographie interférométrique classique : amélioration de la résolution latérale sur la partie diffractive, déroulement de phase facilité, réduction du bruit cohérent, l’ensemble étant associé à la grande précision longitudinale fournie par les mesures de phase. Nous montrons ces possibilités en imageant divers échantillons minces<br>We have developed a tomographic diffractive microscope in reflection, which permits observation of sample surfaces with an improved lateral resolution, compared to a conventional holographic microscope. From the same set of data, high-precision measurements can be performed on the shape of the reflective surface by reconstructing the phase of the diffracted field. doing so allows for several advantages compared to classical holographic interferometric measurements: improvement in lateral resolution, easier phase unwrapping, reduction of the coherent noise, combined with the high-longitudinal precision provided by interferometric phase measurements. We demonstrate these capabilities by imaging various test samples
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Buvaneswari, A. "Estimation Of Object Shape From Scattered Field." Thesis, Indian Institute of Science, 1995. http://hdl.handle.net/2005/147.
Full textAbstract:
The scattered field from an object, when illuminated with ultrasound, is useful in
the reconstruction of it's cross section - a problem broadly classified as 'tomography'. In
many situations of medical imaging, we will be interested in getting to know the location
and the extent of growth of the inhomogeneity. The Maximum Likelihood (ML) estimation of the location and the shape parameters (of scale and orientation angle), has been done along with the corresponding CR bounds, for the case of weakly scattering objects, where the Fourier Diffraction Theorem(FDT) holds. It has been found that the a-priori information of a reference object function helps in drastic reduction of the number of receivers and illuminations required.
For a polygonal object, the shape is specified, when the corner locations are
known. We have formulated the problem as, estimation of the frequencies of sum of
undamped sinusoids. The result is a substantial reduction in the number of illuminations
and receivers required. For acoustically soft and rigid polygons, where the FDT does not
hold, the necessary theory is developed to show the dependence of the scattered field on the corner location, using an On Surface Radiation Condition(OSRC). The corner locations are estimated along similar lines, to the one adopted for the weakly scattering objects.
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Xue, Jing. "Wavefront Healing and Tomographic Resolution of Mantle Plumes." Thesis, Virginia Tech, 2014. http://hdl.handle.net/10919/50423.
Full textAbstract:
To investigate seismic resolution of deep mantle plumes as well as the robustness of the anti-correlation between bulk sound speed and S wave speed imaged in the lowermost mantle, we use a Spectral Element Method (SEM) to simulate global seismic wave propagation in 3-D wavespeed models and measure frequency-dependent P-, S-, Pdiff- and Sdiff-wave traveltime anomalies caused by plume structures in the lowermost mantle. We compare SEM time delay measurements with calculations based on ray theory and show that an anti-correlation between bulk sound speed and S-wave speed could be produced as an artifact. This is caused by different wavefront healing effects between P waves and S waves in thermal plume models. The bulk sound speed structure remains poorly resolved when P-wave and S-wave measurements are at different periods with similar wavelength. The differences in wave diffraction between the two types of waves depend on epicentral distance and wave frequency. The artifact in anti-correlation is also confirmed in tomographic inversions based on ray theory using Pdiff and Sdiff time delay measurements made on the SEM synthetics. This indicates a chemical origin of "superplumes" in the lowermost mantle may not be necessary to explain observed seismic traveltimes. The same set of Pdiff and Sdiff measurements are inverted using finite-frequency tomography based on Born sensitivity kernels. We show that wavefront healing effects can be accounted for in finite-frequency tomography to recover the true velocity model.<br>Master of Science