Dynamická skvrna - Dynamic speckle - Wikipedia

v fyzika, dynamická skvrna je výsledkem časového vývoje a skvrnitý vzor kde variace v rozptyl prvky odpovědné za formování rušení vzor ve statické situaci vytváří změny, které jsou vidět v skvrnitý vzor, kde jeho zrna mění svou intenzitu (úroveň šedé) i svůj tvar v průběhu času. Jedním snadno pozorovatelným příkladem je mléko: naneste trochu mléka na čajovou lžičku a pozorujte povrch na přímém slunečním světle. Bude viditelný „tančící“ vzor barevných bodů. Tam, kde mléko na okraji lžíce zasychá, je skvrna viditelná jako statická. Toto je přímý důkaz tepelného pohybu atomů, který způsobuje Brownův pohyb koloidních částic v mléce, což má za následek dynamickou skvrnu viditelnou pouhým okem.

Biospeckle laserová sekvence obrazu kukuřice.

Informační obsah

Historie skvrnitého vzoru sušenky s vysokou molekulární aktivitou
Historie skvrnitého vzoru sušenky s nízkou molekulární aktivitou
Časová historie skvrnitých vzorů sušenek s vysokou (levou) a nízkou (pravou) molekulární aktivitou.

Dynamický vzor pak ukazuje změny, které, pokud jsou analyzovány v čase, představují aktivitu osvětleného materiálu. Vizuálním efektem je vroucí kapalina nebo obraz v televizoru daleko od ladění.

Lze jej analyzovat pomocí několika matematických a statistických nástrojů a poskytnout numerické nebo vizuální informace o jeho rozsahu, což není dobře definovaná představa o činnosti. Protože počet rozptyl centra je velmi vysoká, kolektivní fenomén je obtížné interpretovat a jejich individuální příspěvky ke konečnému výsledku nelze odvodit. Měření, která se získávají pomocí analytických nástrojů, představují úroveň aktivity jako součet příspěvků jevů v důsledku Dopplerův jev rozptýleného světla i dalších případně přítomných jevů (časové variace indexu lomu vzorku atd.) Světlo rozptýlené s malými Doppler posuny jeho frekvenčních úderů na detektor (případně oko), které vedou k pomalým změnám intenzity, které tvoří dynamiku skvrnitého vzoru.

Například biologický vzorek, což je materiál, který obsahuje velké množství mobilních rozptylových center, představuje variace indexu lomu v materiálech, které jej tvoří se změnami výkonu, a také mnoho dalších efektů zvyšujících složitost identifikace a izolace těchto látek jevy. Kompletní interpretace aktivity vzorku pomocí dynamické skvrny pak představuje velké výzvy.[1]

Obrázek 1 ukazuje posloupnost flíček vzory v semenu kukuřice na začátku procesu klíčení, kde je dynamický účinek vyšší v oblastech, kde rozptyl Očekává se, že centra budou aktivnější, jako je to v případě embrya, a při přerušení endospermové oblasti semene. Embryo je v levé dolní části a zlom je říční oblast uprostřed. V trhlině je aktivita způsobena intenzivním vnitřním odpařováním vody, zatímco aktivita embrya je vyšší v důsledku metabolismu živé tkáně spolu s aktivitou způsobenou odpařováním vody. V endospermu představuje horní pravá oblast obrazu, že relativně nízká aktivita je způsobena pouze odpařováním vody.

Aplikace

Biologická tkáň je jednou z nejsložitějších, jaké lze v přírodě najít. Kromě toho se zhoršuje vnitřní variabilitou mezi jedním vzorkem a druhým. Tyto skutečnosti ještě více ztěžují srovnání výsledků mezi různými vzorky, a to i za přítomnosti stejného podnětu. V této souvislosti byly pro studium bakterií použity skvrnité vzory,[2][3] paraziti, semena a rostliny.[4]

Další oblasti použití jsou analýza schnoucích barev,[5] kontrola v gelech,[6] pěny, koroze, květenství, atd.

Dynamická analýza skvrn

Zobecněné rozdíly kukuřičného semene s pseudobarvami představujícími úroveň aktivit, s vysokou aktivitou červenou a nízkou aktivitou modrou.

Pro charakterizaci aktivity dynamického skvrnitého vzoru bylo navrženo několik matematických a statistických nástrojů, z nichž některé jsou:

Setrvačný moment matice souběžného výskytu (MOC)[7]
Fujii[8]
Zobecněné rozdíly[9]
Časový rozdíl[10]

Tyto a další metody jsou shromážděny v Biospeckle laserová knihovna nástrojů.

Viz také

Reference

  1. ^ Rabal, HJ; Braga, RA (2008). Dynamická laserová skvrna a aplikace. CRC Press. ISBN  978-1-4200-6015-7.
  2. ^ Murialdo, S; et al. "Analýza bakteriální chemotaktické odpovědi pomocí dynamické laserové tečky". J. Biomed. Opt. 14 (6) (2009) 064015.
  3. ^ Ramírez-Miquet, EE; et al. "Charakterizace aktivity Escherichia coli pomocí techniky laserové dynamické skvrny". Rev. Cub. Fis. 28 (1E) (2011), s. 1E13-1E17.
  4. ^ Zhao, Y (1997). „Měření kolísání intenzity laserové tečky bodově a v celém poli aplikované na botanické vzorky“. Optika a lasery ve strojírenství. 28 (6): 443–456. Bibcode:1997OptLE..28..443Z. doi:10.1016 / S0143-8166 (97) 00056-0.
  5. ^ Faccia, PA; et al. (2009). "Diferenciace doby schnutí barev pomocí dynamické skvrnité interferometrie". Pokrok v organických nátěrech. 64 (4): 350–355. doi:10.1016 / j.porgcoat.2008.07.016.
  6. ^ Cabelo, CI; et al. Studie hydrofilního charakteru silikagelu metodou laserové dynamické tečky. Rev. Cub. Fis. 25 (2A) (2008), s. 67-69
  7. ^ Arizaga, R (1999). "Charakterizace evoluce času skvrn analýzou matice společného výskytu". Optika a laserová technologie. 31 (2): 163–169. Bibcode:1999OptLT..31..163A. doi:10.1016 / S0030-3992 (99) 00033-X.
  8. ^ Briers, J (1995). „Quasi real-time digital version of single-exposure speckle photography for full-field monitoring of velocity or flow fields“. Optická komunikace. 116 (1–3): 36–42. Bibcode:1995OptCo.116 ... 36B. doi:10.1016/0030-4018(95)00042-7.
  9. ^ Arizaga, R .; et al. (2002). "Zobrazení místní aktivity pomocí dynamických skvrnitých vzorů". Optické inženýrství. 41 (2): 287. Bibcode:2002OptEn..41..287A. doi:10.1117/1.1428739.
  10. ^ Martí-López, L .; et al. (2010). "Časová rozdílová metoda pro zpracování dynamických skvrnitých vzorů". Optická komunikace. 283 (24): 4972–4977. Bibcode:2010OptCo.283.4972M. doi:10.1016 / j.optcom.2010.07.073.

[1]

  1. ^ Patent http://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=AR5324365&recNum=1&docAn=P060104012&queryString=055432&maxRec=1, http://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=AR5324365