В физике , динамическая спекл является результатом временной эволюции спекл - картины , где вариации в рассеивающих элементов , ответственных за формирование интерференционной структуры в статической ситуации производить изменения, которые видны в спекл, где его зерна меняют свою интенсивность (уровень серого), а также форму со временем. Один простой пример - молоко: налейте немного молока в чайную ложку и наблюдайте за поверхностью под прямыми солнечными лучами. Будет виден "танцующий" узор из цветных точек. Там, где молоко высыхает на ложке по краю, пятно становится статичным. Это прямое свидетельство теплового движения атомов, которое вызывает броуновское движение коллоидных частиц в молоке, что, в свою очередь, приводит к динамическим спеклам, видимым невооруженным глазом.
Информационное содержание
Затем динамический паттерн показывает изменения, которые, если их анализировать во времени, представляют активность освещенного материала. Визуальный эффект - это кипящая жидкость или изображение в телевизоре, далеком от настройки.
Его можно проанализировать с помощью нескольких математических и статистических инструментов и предоставить числовую или визуальную информацию о его величине, что является не вполне определенным представлением о деятельности. Поскольку количество центров рассеяния очень велико, коллективное явление трудно интерпретировать, а их индивидуальный вклад в конечный результат не может быть выведен. Измерения, полученные с помощью инструментов анализа, представляют уровень активности как сумму вкладов явлений из-за эффекта Доплера рассеянного света, а также других явлений, которые в конечном итоге присутствуют (временные изменения показателя преломления образца и т. Д. .) Свет, рассеянный с небольшими доплеровскими сдвигами в своей частоте, ударяется о детектор (в конечном итоге, на глаз), вызывая медленные изменения интенсивности, которые составляют динамику спекл-структуры.
Например, биологический образец, который представляет собой материал, содержащий огромное количество подвижных центров рассеяния, демонстрирует вариации показателя преломления в материалах, из которых он состоит, с изменениями мощности, а также многие другие эффекты, усложняющие идентификацию и выделение этих явления. Тогда полная интерпретация активности образца с помощью динамического спекла представляет собой большие проблемы. [1]
На рисунке 1 показана последовательность спекл- паттернов в семенах кукурузы в начале процесса прорастания, где динамический эффект выше в тех областях, где ожидается, что центры рассеяния будут более активными, как в случае зародыша, и в перерыве между ними. область эндосперма семени. Эмбрион находится в нижней левой части, а разрыв представляет собой речную область в центре. В трещине активность обусловлена интенсивным внутренним испарением воды, в то время как у эмбриона активность выше из-за метаболизма живой ткани вместе с активностью, вызванной испарением воды. В эндосперме верхняя правая область изображения показывает, что относительно низкая активность обусловлена только испарением воды.
Приложения
Биологическая ткань - одна из самых сложных, которые можно найти в природе. Кроме того, это усугубляется внутренней вариабельностью, присутствующей между одним образцом и другим. Эти факты еще больше затрудняют сравнение результатов между разными образцами даже при наличии одного и того же стимула. В этом контексте спекл-паттерны применялись для изучения бактерий, [2] [3] паразитов, семян и растений. [4]
Другие области применения - анализ высыхания краски, [5] контроль гелей, [6] пены , коррозии , высолов и т. Д.
Динамический спекл-анализ
Было предложено несколько математических и статистических инструментов для характеристики активности динамического спекл-паттерна. Некоторые из них:
- Момент инерции матрицы совпадений (MOC) [7]
- Fujii [8]
- Обобщенные различия [9]
- Временная разница [10]
Эти и другие методы собраны в библиотеке лазерных инструментов Biospeckle .
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Rabal, HJ; Брага, РА (2008). Динамические лазерные спеклы и приложения . CRC Press . ISBN 978-1-4200-6015-7.
- ^ Муриальдо, S; и др . «Анализ бактериального хемотаксического ответа с помощью динамического лазерного спекла». J. Biomed. Опт. 14 (6) (2009) 064015.
- ^ Рамирес-Микет, EE; и др . «Характеристика активности Escherichia coli с использованием лазерной динамической спекл-техники». Преподобный Cub. Fis. 28 (1E) (2011) стр. 1E13-1E17.
- ^ Чжао, Y (1997). «Точечные и полнопольные лазерные измерения флуктуации интенсивности спеклов применительно к ботаническим образцам». Оптика и лазеры в технике . 28 (6): 443–456. Bibcode : 1997OptLE..28..443Z . DOI : 10.1016 / S0143-8166 (97) 00056-0 .
- ^ Фачча, Пенсильвания; и другие. (2009). «Дифференциация времени высыхания красок методом динамической спекл-интерферометрии». Прогресс в органических покрытиях . 64 (4): 350–355. DOI : 10.1016 / j.porgcoat.2008.07.016 .
- ^ Cabelo, CI; и др . Исследование гидрофильности силикагеля методом лазерных динамических спекл. Преподобный Cub. Fis. 25 (2A) (2008) стр. 67-69
- ^ Аризага, Р. (1999). «Характеристика временной эволюции спеклов с помощью матричного анализа совместной встречаемости». Оптика и лазерные технологии . 31 (2): 163–169. Bibcode : 1999OptLT..31..163A . DOI : 10.1016 / S0030-3992 (99) 00033-X .
- ^ Бриерс, Дж (1995). «Цифровая версия спекл-фотографии с однократной экспозицией в квази-реальном времени для полного мониторинга полей скорости или потока». Оптика Коммуникации . 116 (1–3): 36–42. Bibcode : 1995OptCo.116 ... 36В . DOI : 10.1016 / 0030-4018 (95) 00042-7 .
- ^ Arizaga, R .; и другие. (2002). «Отображение локальной активности с помощью динамических спекл-структур». Оптическая инженерия . 41 (2): 287. Bibcode : 2002OptEn..41..287A . DOI : 10.1117 / 1.1428739 .
- ^ Martí-López, L .; и другие. (2010). «Метод временной разницы для обработки динамических спекл-структур». Оптика Коммуникации . 283 (24): 4972–4977. Bibcode : 2010OptCo.283.4972M . DOI : 10.1016 / j.optcom.2010.07.073 .
[1]
- ^ Патент http://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=AR5324365&recNum=1&docAn=P060104012&queryString=055432&maxRec=1 , http://patentscope.wipo.int/search/fen/detail.js docId = AR5324365