Tesi di laurea in optoelettronica

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

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

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

4. Introduzione Facoemulsificazione Matias Antonelli – Martin Gega

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

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

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

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

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

10. Elaborazione ottica delle immagini di fase Immagini di fase Cosa s’intende? In senso stretto: un’immagine con funzione di trasparenza complessa costante : Matias Antonelli – Martin Gega

11. Elaborazione ottica delle immagini di fase Immagini di fase Cosa s’intende? Possiamo ritenere “di fase” anche immagini con Considerando le variazioni di Acome immagine di partenza a riposo costante Matias Antonelli – Martin Gega

12. Elaborazione ottica delle immagini di fase Immagini di fase Cosa s’intende? In ogni caso l’informazione è contenuta nel termine di fase Matias Antonelli – Martin Gega

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

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

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

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

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

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

19. Elaborazione ottica delle immagini di fase Trasformazione ottica Una seconda lente esegue un’ulteriore trasformazione, quindi ricostruisce l’immagine antitrasformando la trasformata filtrata Matias Antonelli – Martin Gega

20. Elaborazione ottica delle immagini di fase Filtri La trasformata è centrata nel fuoco p. basso p. alto p. banda a fessura direzionale Matias Antonelli – Martin Gega

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

22. Elaborazione ottica delle immagini di fase Elaborazione imm. di fase Nell’ipotesi di piccole variazioni di Eliminando la componente comune 1 rimane un’ampiezza 1 Matias Antonelli – Martin Gega

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

38. Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase • Contrasto di fase • Tecnica dell’illuminazione obliqua • Metodo Shadowgraph • Strioscopia • Metodo Shclieren Matias Antonelli – Martin Gega

39. Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase • Contrasto di fase • Tecnica dell’illuminazione obliqua • Metodo Shadowgraph • Strioscopia • Metodo Shclieren Matias Antonelli – Martin Gega

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

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

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

43. Tecniche di visualizzazione delle immagini di fase Strioscopia • Nell’ipotesi di piccola variazione di fase il campo elaborato è: • Il sistema visivo né rileva solo l’intensità Matias Antonelli – Martin Gega

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

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

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

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

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

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

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