Application of digital holography for metrology of inclusions in a droplet

par Wisuttida Wichitwong

Thèse de doctorat en Physique. Optique

Sous la direction de Gérard Gréhan.

Soutenue le 16-03-2015

à Rouen, INSA , dans le cadre de École doctorale Sciences physiques mathématiques et de l'Information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016) , en partenariat avec UMR-CNRS-6614-CORIA (laboratoire) .

Le président du jury était Marc Brunel.

Le jury était composé de Gérard Gréhan, Marc Brunel, Pascal Picart, Fabrice Lemoine, Sébastien Coëtmellec, Fabrice Lamadie.

  • Titre traduit

    Application d'holographie numérique pour la métrologie d'inclusions dans une gouttelette


  • Résumé

    Dans cette thèse, l'holographie numérique dans l'axe (DIH) est la principale méthode optique utilisée pour analyser des inclusions dans une gouttelette. L'holographie numérique dans l'axe est utilisée pour caractériser des inclusions du point de vue de leur taille, leur position 3D et leur trajectoire à l'intérieur de la gouttelette. Comme les particules sont situées à l'intérieur d'une gouttelette, le front d'onde incident sur l'inclusion est modifié avant qu'il l'illumine. Le défi de ce travail est double : premièrement de prendre en compte la forme de la gouttelette dans le modèle d'holographie et deuxièmement d'étendre l'analyse aux inclusions transparentes (type objet de phase). Pour décrire l'hologramme enregistré par le capteur CCD, l'intégrale d'Huygens-Fresnel et le formalisme des matrices ABCD ont été utilisés. Dans ce modèle, nous introduisons les polynômes de Zernike pour décrire la fonction de transmission d'une particule. Pour l'analyse des hologrammes, l'outil mathématique de la transformation de Fourier fractionnaire 2D (2D-FRFT) est utilisé pour restituer l'image des inclusions et dans ce cas une mesure la taille de l'inclusion et de sa position 3D sont réalisées. Les trajectoires des inclusions dans la goutte est possible avec un long temps de pose de l'obturateur du capteur CCD. Nous avons également proposé un nouveau modèle pour décrire des objets de phases quelconque et des particules opaques. Pour ce nouveau modèle, les mêmes procédés ont été utilisés. Dans le cas d'inclusions filiformes à l'intérieur d'une géométrie cylindrique comme un canal, une méthode de simulation d'imagerie interférométrique multi-coeurs est proposée. Dans ce cas, une somme de distributions de Dirac, localisées le long d'une droite, introduite dans l'intégrale de Fresnel généralisée (c'est-à-dire le formalisme des matrices ABCD et l'intégrale de Fresnel) permet d'obtenir un bon degré de similitude entre l'expérience et la simulation.


  • Résumé

    In this thesis, the digital in-line holography (DIH) is the main optical method used to analyze inclusions in a droplet. The digital in-line holography is used to characterize the inclusions in terms of of their size, their 3D position, and their trajectories inside the droplet. Since the particles are located within a droplet, the incident wavefront is changed before it illuminates the inclusions. The challenge of this work has two points : first to take into account the shape of the droplet in the holographic model and secondly to extend the analysis to the transparent inclusions (phase object). To describe the hologram recorded by the CCD sensor, the Huygens-Fresnel integral and the ABCD matrix formalism were used. In this model, we introduce the Zernike polynomials to describe the transmission function of a particle. For the analysis of holograms, the2D fractional Fourier transformation (2D-FRFT) is used to reconstruct the image of inclusions and in this case the size and their 3D position of the inclusions are performed.The trajectories of the inclusions in the drop are possible tracked with a long exposure shutter speed of the CCD. We also proposed a new simulation to describe objects of any phases and opaque particles. For this simulation, the same methods of reconstruction were used. In the case of micro-channel inclusions inside a cylindrical geometry such as a pipe, the interferometric imaging of multi-core pipe is proposed. In this case, summation of Dirac delta distribution, located along a line, introduced into the generalized Fresnel integral allows us to get a good agreement between the experiment and the simulation.


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