Luận án tiến sĩ vật lý kỹ thuật: Ước lượng thông tin và tái tạo hình ảnh cấu trúc hấp thụ ánh ...

• Tác giả: Đặng Nguyễn Ngọc An
• Người hướng dẫn: GVC. Trần Trung Nghĩa
• Trường học: Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật
• Đề tài: Ước lượng thông tin và tái tạo hình ảnh cấu trúc hấp thụ ánh sáng trong không gian ba chiều từ một ảnh hai chiều thu được khi ánh sáng hồng ngoại gần truyền qua môi trường tán xạ
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.2. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.3. Quang học mô và lan truyền ánh sáng trong mô sinh học
• 1.3.1. Sự phản xạ và khúc xạ
• 1.3.2. Sự hấp thụ
• 1.4. Phương trình lan truyền bức xạ (RTE)
• 1.5. Hàm sáng điểm phụ thuộc độ sâu
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP – THIẾT KẾ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Kỹ thuật chụp ảnh truyền qua và khử mờ tán xạ
• 2.1.1. Kỹ thuật chụp ảnh truyền quang
• 2.1.2. Tạo ảnh của cấu trúc hấp thụ ánh sáng trong kỹ thuật chụp ảnh truyền quang
• 2.1.3. Kỹ thuật khử mờ tán xạ
• 2.2. Ước lượng độ sâu hấp thụ của cấu trúc hấp thụ
• 2.2.1. Ước lượng độ sâu của cấu trúc hấp thụ bằng ảnh chụp với các bước sóng khác nhau
• 2.2.2. Ước lượng độ sâu cấu trúc hấp thụ bằng ảnh chụp với một bước sóng
• 2.2.3. Ước lượng độ rộng của cấu trúc hấp thụ ánh sáng
• 2.2.4. Ứng dụng học sâu trong khử mờ tán xạ và ước lượng thông tin cấu trúc hấp thụ
• 2.2.4.1. Mạng nơ-ron tích chập (CNN)
• 2.2.4.2. Mạng tích chập toàn phần (FCN)
• 2.2.4.3. Kỹ thuật tạo bộ dữ liệu đào tạo
• 2.2.4.4. Khử mờ bằng FCN
• 2.2.4.5. Ước lượng độ sâu bằng CNN
• 2.2.4.6. Phương pháp quét từng điểm ảnh (pixel-by-pixel scanning)
• 2.2.4.7. Cách đánh giá mô hình học sâu
• 2.2.4.8. Tái tạo hình ảnh ba chiều cấu trúc hấp thụ được khử mờ từ một ảnh hai chiều thu được
• 2.2.4.9. Khử mờ tán xạ
• 2.2.4.10. Ước lượng độ sâu
• 2.3. Thiết kế thí nghiệm
• 2.3.1. Thí nghiệm môi trường tán xạ trong môi trường giả lập môi trường tán xạ
• 2.3.2. Thí nghiệm khảo sát hiệu quả ước lượng độ sâu và tái tạo ảnh 3D cấu trúc hấp thụ đơn giản bằng cách sử dụng 01 bước sóng
• 2.3.3. Thí nghiệm với cấu trúc phức tạp trong môi trường giả lập mô sinh học
• 2.3.4. Thí nghiệm trên chuột
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Ước lượng độ sâu và bề rộng của cấu trúc hấp thụ ánh sáng trong môi trường sinh học
• 3.1.1. Thí nghiệm ước lượng độ sâu bằng cách sử dụng các bước sóng khác nhau
• 3.1.2. Ước lượng bề rộng của cấu trúc hấp thụ sau khi ảnh được khử mờ tán xạ
• 3.1.3. Thí nghiệm ước lượng độ sâu bằng cách sử dụng một bước sóng
• 3.1.4. Khử mờ tán xạ và ước lượng thông tin cấu trúc hấp thụ bằng học sâu
• 3.1.4.1. Lựa chọn mạng học sâu cho khử mờ tán xạ
• 3.1.4.2. Lựa chọn mạng học sâu cho ước lượng độ sâu
• 3.1.4.3. Kết quả khử mờ tán xạ, ước lượng thông tin và tái tạo hình ảnh ba chiều bằng học sâu
• 3.1.5. Thí nghiệm với cấu trúc phức tạp trong môi trường giả lập mô sinh học
• 3.1.6. Thí nghiệm trên chuột
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Hướng phát triển
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Ước lượng thông tin

Luận án tập trung vào việc ước lượng thông tin từ các ảnh 2D thu được bằng ánh sáng hồng ngoại. Phương pháp này nhằm xác định các đặc điểm của cấu trúc hấp thụ ánh sáng trong môi trường tán xạ. Các kỹ thuật được đề xuất bao gồm việc sử dụng các bước sóng khác nhau để ước lượng độ sâu và bề rộng của cấu trúc. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc xác định thông tin từ các ảnh thu được, đặc biệt khi áp dụng các mô hình học sâu.

1.1. Ước lượng độ sâu

Phương pháp ước lượng độ sâu được thực hiện bằng cách sử dụng các bước sóng khác nhau hoặc một bước sóng duy nhất. Kết quả thí nghiệm cho thấy độ chính xác cao trong việc xác định độ sâu của cấu trúc hấp thụ, đặc biệt khi kết hợp với các mô hình học sâu.

1.2. Ước lượng bề rộng

Việc ước lượng bề rộng của cấu trúc hấp thụ được thực hiện sau khi khử mờ tán xạ. Phương pháp này cho phép xác định chính xác kích thước của cấu trúc, hỗ trợ hiệu quả trong việc tái tạo hình ảnh 3D.

II. Tái tạo hình ảnh 3D

Luận án đề xuất các phương pháp tái tạo hình ảnh 3D từ ảnh 2D thu được bằng ánh sáng hồng ngoại. Các kỹ thuật bao gồm khử mờ tán xạ và ước lượng thông tin từng điểm ảnh. Kết quả cho thấy khả năng tái tạo hình ảnh 3D với độ chính xác cao, đặc biệt khi sử dụng các mô hình học sâu như CNN và FCN.

2.1. Khử mờ tán xạ

Quá trình khử mờ tán xạ được thực hiện bằng cách sử dụng các hàm sáng điểm phụ thuộc độ sâu. Phương pháp này giúp cải thiện độ rõ nét của ảnh, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tái tạo hình ảnh 3D.

2.2. Tái tạo 3D từ ảnh 2D

Phương pháp tái tạo 3D từ ảnh 2D được thực hiện bằng cách kết hợp các kỹ thuật quét từng điểm ảnh và mô hình học sâu. Kết quả cho thấy khả năng tái tạo hình ảnh 3D với độ tương quan lên đến 95% so với cấu trúc gốc.

III. Ứng dụng ánh sáng hồng ngoại

Luận án nhấn mạnh vai trò của ánh sáng hồng ngoại trong việc thu nhận và xử lý ảnh 2D. Các thí nghiệm được thực hiện trên mô sinh học giả lập và chuột cho thấy hiệu quả của ánh sáng hồng ngoại trong việc cải thiện độ phân giải và độ sâu quan sát. Các kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng trong y sinh học và sinh trắc học.

3.1. Thí nghiệm trên mô sinh học

Các thí nghiệm trên mô sinh học giả lập cho thấy hiệu quả của ánh sáng hồng ngoại trong việc thu nhận ảnh và khử mờ tán xạ. Kết quả này hỗ trợ việc phát triển các ứng dụng thực tế trong y học.

3.2. Thí nghiệm trên chuột

Thí nghiệm trên chuột chứng minh khả năng ứng dụng của ánh sáng hồng ngoại trong việc theo dõi bệnh lý và tái tạo hình ảnh 3D. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc thu nhận và xử lý ảnh.

IV. Công nghệ 3D và ứng dụng thực tế

Luận án đóng góp vào sự phát triển của công nghệ 3D thông qua việc đề xuất các phương pháp tái tạo hình ảnh từ ảnh 2D. Các kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng trong thiết kế thiết bị và khảo sát lâm sàng. Đồng thời, nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực xử lý ảnh y sinh.

4.1. Thiết kế thiết bị

Các kết quả nghiên cứu hỗ trợ việc thiết kế thiết bị chuyên dụng cho việc thu nhận và xử lý ảnh y sinh. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị y tế hiện đại.

4.2. Khảo sát lâm sàng

Nghiên cứu góp phần vào việc thực hiện các khảo sát lâm sàng thông qua việc cải thiện quy trình thu nhận và xử lý ảnh. Điều này hỗ trợ chẩn đoán và theo dõi bệnh lý hiệu quả hơn.