Imagerie optique matricielle des milieux diffusant dynamiques

Optical matrix imaging of dynamic scattering media

• Auteur / Autrice : Aymeric Melt
• Direction : Alexandre Aubry, Claude Boccara
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin : ondes et images
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

Mots clés

Mots clés libres

Optique

Matricielle

Dynamiques

Optical

Matrix

Dynamic

Résumé

Cette thèse se concentre sur l'imagerie optique des milieux diffusants dynamiques en utilisant une approche matricielle de réflexion pour surmonter les limitations liées aux aberrations et à la diffusion multiple. Ces phénomènes dégradent la résolution et la profondeur d'imagerie dans des applications comme la microscopie optique. L'objectif est de développer une méthode permettant une imagerie rapide et précise dans des milieux biologiques vivants, où les mouvements et les fluctuations dynamiques posent des défis importants. Un microscope ultra-rapide et non invasif a été récemment conçu pour mesurer des matrices de réflexion multispectrales en temps réel, permettant la reconstruction d'images 3D corrigées des aberrations. La thèse vise à étendre cette technologie aux tissus vivants en optimisant les séquences d'acquisition pour équilibrer vitesse et qualité d'image, tout en développant des algorithmes capables de compenser les mouvements et d'exploiter les speckles dynamiques pour améliorer la focalisation et révéler de nouveaux contrastes. Des outils mathématiques comme la matrice généralisée de Wigner-Smith seront utilisés pour discriminer les trajectoires de diffusion et augmenter la profondeur d'imagerie au-delà de la limite actuelle.

This thesis focuses on optical imaging of dynamic scattering media using a reflection matrix approach to overcome limitations caused by aberrations and multiple scattering. These phenomena degrade resolution and imaging depth in applications such as optical microscopy. The objective is to develop a method for rapid and precise imaging in living biological tissues, where motion and dynamic fluctuations present significant challenges. A recently designed ultra-fast and non-invasive microscope can measure multispectral reflection matrices in real time, enabling 3D image reconstruction with aberration correction. The thesis aims to extend this technology to living tissues by optimizing acquisition sequences to balance speed and image quality, while also developing algorithms to compensate for motion and exploit dynamic speckles to enhance focusing and reveal new contrasts. Mathematical tools, such as the generalized Wigner-Smith matrix, will be used to discriminate scattering trajectories and increase imaging depth beyond the current limit.