Phase Estimation for Differential Interference Contrast Microscopy

Lola Bautista 1, 2
1 MORPHEME - Morphologie et Images
CRISAM - Inria Sophia Antipolis - Méditerranée , IBV - Institut de Biologie Valrose : U1091, SIS - Signal, Images et Systèmes
Résumé : Dans cette thèse, nous nous intéressons à la microscopie DIC (Differential interference contrast) en couleur. L’imagerie DIC est reconnue pour produire des images à haut contraste et à haute résolution latérale. L’un de ses inconvénients est que les images observées ne peuvent pas être utilisées directement pour l’interprétation topographique et morphologique, car les changements de phase de la lumière, produits par les variations de l’indice de réfraction de l’objet, sont cachés dans l’image d’intensité. Il s’agit donc d’un problème de reconstruction de phase. Nous présentons un modèle de formation d’image pour la lumière polychromatique, et décrivons de manière détaillée la réponse impulsionnelle du système. Le problème de la reconstruction de phase est abordé sous l’angle d’un problème inverse par minimisation d’un terme d’erreur des moindres carrés (LS) non linéaire avec un terme de régularisation préservant les discontinuités, soit par le potentiel hypersurface (HS), soit par la variation totale (TV). Nous étudions les propriétés des fonctions objectives non convexes résultantes, prouvons l’existence de minimisateurs et proposons une formulation compacte du gradient permettant un calcul rapide. Ensuite, nous proposons des outils d’optimisation efficaces récents permettant d’obtenir à la fois des reconstructions précises pour les deux régularisations lisse (HS) et non lisse (TV) et des temps de calculs réduits. Nous avons effectué différents tests numériques sur des images réalistes et nous avons comparé les méthodes proposées à la méthode de gradient conjugué originalement proposée dans la littérature DIC, exploitant une recherche linéaire sans gradient pour le calcul du pas de descente, ainsi qu’à d’autres approches standards de gradient conjugué. Les résultats que nous avons obtenus dans cette approche montrent que la méthode proposée pour la minimisation de la fonctionnalité LS + HS est plus performante que celles des approches CG en termes de nombre d’évaluations de la fonction et de son gradient et, par conséquent, en termes de temps de calcul. Ensuite, nous considérons une autre formulation du problème de reconstruction de phase par minimisation par rapport à une variable complexe avec une contrainte de module un. Cependant, les algorithmes standard de minimisation avec projection semblent être peu efficaces et sensibles à l’initialisation. Nous terminons en proposant dans ce cas une refomulation par optimisation sur des matrices de rang faible.
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Contributeur : Lola Bautista <>
Soumis le : mardi 22 août 2017 - 22:45:52
Dernière modification le : vendredi 25 août 2017 - 10:56:49

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Lola Bautista. Phase Estimation for Differential Interference Contrast Microscopy. Signal and Image processing. Université Côte d’Azur, Inria, CNRS, I3S, France, 2017. English. <tel-01576339>

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