Position referenced microscopy : microfabricated pseudo-periodic patterns for absolute positionning of specimens with sub-micrometer accuracy

par July Andrea Galeano Zea

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Patrick Sandoz et de Jean-Luc Prétet.

Soutenue en 2010

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    Microscopie référencée en position : Motifs pseudo-périodiques mocro-fabriqués pour le positionnement absolu des spécimens avec une précision sub- micrométrique


  • Résumé

    Cette thèse propose et démontre une nouvelle approche pour mesurer par vision la position d'une cible dans le plan XY. La mise en œuvre concerne la microscopie optique d'échantillons biologique grâce à des boîtes de culture cellulaire référencées en position. Conçus et réalisés spécifiquement, ces prototypes constituent un référentiel de position solidaire des cultures biologiques. Cela permet le repositionnement très précis des spécimens sous le microscope ainsi que la superposition digitale des images enregistrée au centième de pixel. Cette méthode est validée par le suivi site à site des transformation et déplacements cellulaires au cours du temps, malgré le transfert répété des préparations du microscope à l'incubateur. La méthode repose sur le traitement numérique des images d'un motif pseudopériodique micro-fabriqué en salle blanche et déposé sur la cible à poursuivre. Une mesure binaire -absolue mais pas résolvante_ est combinée avec une mesure linéaire - relative mais très résolvante- pour obtenir un repérage absolu et très précis de la position et de l'orientation de l'objet dans le plan. Le traitement binaire est basé sur un cryptage de la position sous la forme de séquences pseudo-aléatoire de type LFSR étendues à deux dimensions. Le traitement linéaire est basé sur des calcul de phase après filtrage dans le domaine spectral. L'information de phase sert également au calcul du contraste local des séquences binaires, ce qui confère une très grande robustesse au décodage binaire de position. A partir d'un motif de période 4um, les performances obtenues correspondent à 20 nm de résolution en position latérale et 10 -20 en orientation dans le plan.


  • Résumé

    This thesis propose and demonstrates a new approach for measuring the in-plane position of a target by means of a vision system. The method is successfully applied to optical microscopy of biological samples by using position referenced cell culture dishes. Specifically designed and manufactured, these prototypes are made of biological culture dishes integrating a position reference system in their structure. This allows very precise positioning of the specimens under microscope as well as digital superimposition of image with sub-pixel resolution. This method is validated by its capacity to monitor sit to site cells changes and movements over time, despite the repeated transfers of the culture dishes from the microscope to an incubator. The method is based on digital processing of images of a pseudo periodic pattern that is micro fabricated in clean room and placed on the target to track. A binary measure – absolute but coarse- is combined with a linear measure -high accurate but relative- to obtain absolute and high-accurate in-plane positioning of the object in both position and orientation. The binary treatment is based on a position encryption in the form of pseudo-random LFSR sequences extended to two dimensions. The linear treatment is based on phase calculations after filtering in the spectral domain. The phase information is also used to calculate the local contrast of binary sequences, that makes the binary decoding of position very robust. From a4 um period pattern, the performances obtained correspond to a 20 nm resolution in lateral position and 10 -20 in in-plane orientation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 p.)
  • Annexes : Bibliographie p.153-189

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  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences - Sport (Besançon).
  • PEB soumis à condition
  • Cote : SCI.BESA.2010.40
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