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Determining the fractional topological charge shifting in perfect vortices from laser speckle
No full textWe demonstrate analytically, numerically, and experimentally that the fractional topological charge shifting in perfect vortices having a ring-shaped distribution is precisely determined by the correlation coefficient of speckle distributions obtained by the scattering of these perfect vortices through a random phase screen. The scattering of elliptic perfect optical vortices is also analyzed and discussed.Fil: Bianchetti, Arturo Abel. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Etchepareborda, Pablo Gonzalo. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Federico, Roque Alejandro. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentin
Robust phase recovery in temporal speckle pattern interferometry using a 3D directional wavelet transform
Get PDFWe propose an approach based on a 3D directional wavelet transform to retrieve optical phase distributions in temporal speckle pattern interferometry. We show that this approach can effectively recover phase distributions in time series of speckle interferograms that are affected by sets of adjacent nonmodulated pixels. The performance of this phase retrieval approach is analyzed by introducing a temporal carrier in the outof-plane interferometer setup and assuming modulation loss and noise effects. The advantages and limitations of this approach are finally discussed.Fil: Federico, Roque Alejandro. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; ArgentinaFil: Kaufmann, Guillermo Hector. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; Argentin
Continuous phase estimation from noisy fringe patterns based on the implicit smoothing splines
Get PDFWe introduce the algorithm for the direct phase estimation from the single noisy interferometric pattern. The method, named implicit smoothing spline (ISS), can be regarded as a formal generalization of the smoothing spline interpolation for the case when the interpolated data is given implicitly. We derive the necessary equations, discuss the properties of the method and address its application for the direct estimation of the continuous phase in both classical interferometry and digital speckle pattern interferometry (DSPI). The numerical illustrations of the algorithm performance are provided to corroborate the high quality of the results.Fil: Wielgus, Maciek. Uniwersytet Warszawski; ArgentinaFil: Patorski, Krzysztof. Uniwersytet Warszawski; ArgentinaFil: Etchepareborda, Pablo Gonzalo. Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Centro de Electrónica e Informática; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Federico, Roque Alejandro. Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Centro de Electrónica e Informática; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin
Normalization of fringe patterns using the bidimensional empirical mode decomposition and the Hilbert transform
Get PDFWe evaluate a data-driven technique to perform bias suppression and modulation normalization of fringe patterns. The proposed technique uses a bidimensional empirical mode decomposition method to decompose a fringe pattern in a set of intrinsic frequency modes and the partial Hilbert transform to characterize the local amplitude of the modes in order to perform the normalization. The performance of the technique is tested using computer simulated fringe patterns of different fringe densities and illumination defects with high local variations of the modulation, and its advantages and limitations are discussed. Finally, the performance of the normalization approach in processing real data is also illustrated.Fil: Bernini, María Belén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; ArgentinaFil: Federico, Roque Alejandro. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; ArgentinaFil: Kaufmann, Guillermo Hector. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; Argentin
Evaluation of the piezoelectric behaviour produced by a thick-film transducer using digital speckle pattern interferometry
Get PDFThis paper presents an interferometric measurement of the out-of-plane deflections produced by a piezoelectric transducer, manufactured by thick-film deposition of a ceramic paste over an alumina substrate, when is subjected to a DC electric voltage. It is shown that a digital speckle pattern interferometer with an incorporated phase-shifting facility allows the measurement of nanometer displacements generated by the piezoelectric device. These measurements are used to evaluate the effective piezoelectric charge constant along the polarization direction (d33)eff that characterizes the thick-film transducer.Fil: Tendela, Lucas Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Instituto de Física de Rosario (i); Argentina. Universidad Nacional de Rosario; ArgentinaFil: Federico, Roque Alejandro. Instituto Nacional de Tecnologia Industrial; ArgentinaFil: Kaufmann, Guillermo Hector. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Instituto de Física de Rosario (i); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y Sistemas; Argentina. Universidad Nacional de Rosario; Argentin
Experimental evaluation of a 3D wavelet-based phase recovery method in temporal speckle pattern interferometry
Get PDFWe test the performance of a phase recovery method based on a three-dimensional directional wavelet transform applied to the intensity signal measured by temporal speckle pattern interferometry (TSPI). We present and discuss several sources of uncertainty by analyzing experimental datasets recorded for an in-plane interferometer without introducing a temporal carrier. The dynamic phase data measured with the proposed method are compared with those obtained from the well-known one-dimensional Fourier transform phase recovery technique. In the Fourier method, the filtered Fourier transform for each intensity pixel is evaluated along the temporal direction. In contrast, the three-dimensional directional wavelet transform method uses the information of adjacent pixels and then increases the performance of the recovered dynamic phase results. The advantages and limitations of the three-dimensional directional wavelet transform approach are discussed, and a summary of conclusions from the analysis of TSPI data is also given.Fil: Galizzi, Gustavo Ernesto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; ArgentinaFil: Federico, Roque Alejandro. Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Centro de Electrónica e Informática; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kaufmann, Guillermo Hector. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; Argentin
Coherent noise reductiond and optical phase retrieving in digital speckle patter interferometry using the wavelet transform
No full textEn esta Tesis se presentan nuevos métodos basados en la transformada waveletpara filtrar el ruido de speckle y obtener distribuciones de fase en interferometríadigital de speckle (DSPI). La performance de estos métodos se determina usandofranjas simuladas por computadora y también se muestran aplicaciones en franjasexperimentales. El método propuesto para la reducción del ruido de speckle se basaen el descarte de los coeficientes pertenecientes a las sub-bandas de la descomposiciónwavelet. La performance de este método se analiza y se compara con los resultadosobtenidos mediante otras técnicas de filtrado que utilizan el wavelet shrinkage basadaen los criterios estadísticos de hard y soft thresholding. Se muestra que el método dedescarte de sub-bandas puede reducir más eficientemente el ruido de speckle que otrastécnicas de filtrado. También se proponen dos métodos para recuperar la distribuciónde fase a partir de un único interferograma de DSPI, basados en la transformadawavelet continua y en el uso de una distribución suavizada. Ambos métodos no requierende la aplicación de un algoritmo de desenvoltura de la fase o la introducciónde franjas portadoras en el interferómetro. Estos métodos permiten obtener los gradientesde la distribución de fase a lo largo de un camino de pixels y el mapa de fasese determina por integración. Se demuestra que las franjas que cumplen con el límiteasintótico analítico pueden ser procesadas por el método de la transformada waveleten la aproximación de fase estacionaria. El uso de una distribución de Wigner-Villecon un kernel de suavizado de tipo gaussiano obtiene resultados más precisos que elmétodo de la transformada wavelet continua. Se evalúa la influencia del proceso defiltrado y se discuten las limitaciones adicionales que se presentan en sus aplicaciones.New methods based on the wavelet transform to reduce speckle noise and toevaluate optical phase distributions in digital speckle pattern interferometry (DSPI)are presented. The performance of these methods is determined using computer simulated DSPI fringes and also experimental data. The method for speckle noisereduction is based on the level-dependent removal of the wavelet coefficients of thetransformed image. The performance of this method is analysed and compared withthe results obtained with the denoising techniques that use wavelet shrinkage basedon soft and hard thresholding criteria. It is shown that the wavelet subband removalmethod reduces speckle noise and maintains image features more effectively thanwavelet shrinkage techniques. To retrieve optical phase distributions in DSPI, thecontinuous wavelet transform in the stationary phase aproximation and a smootheddistribution are proposed. Both techniques do not need the application of a phaseunwrapping algorithm neither the introduction of carrier fringes in the interferometer. Phase gradients are found along a pixel path from a single DSPI image and the phasedistribution is finally determined by integration. It is shown that only DSPI fringesthat verify the analytic asymptotic limit can be processed with the continuous wavelettransform method. It is also shown that a Wigner-Ville distribution with a smoothing Gaussian kernel gives more accurate results than the methods based on the continuouswavelet transform. The influence of the filtering process to smooth the DSPI fringesand additional drawbacks that emerge when these methods are applied are finallydiscussed.Fil: Federico, Roque Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Coherent noise reductiond and optical phase retrieving in digital speckle patter interferometry using the wavelet transform
Get PDFEn esta Tesis se presentan nuevos métodos basados en la transformada waveletpara filtrar el ruido de speckle y obtener distribuciones de fase en interferometríadigital de speckle (DSPI). La performance de estos métodos se determina usandofranjas simuladas por computadora y también se muestran aplicaciones en franjasexperimentales. El método propuesto para la reducción del ruido de speckle se basaen el descarte de los coeficientes pertenecientes a las sub-bandas de la descomposiciónwavelet. La performance de este método se analiza y se compara con los resultadosobtenidos mediante otras técnicas de filtrado que utilizan el wavelet shrinkage basadaen los criterios estadísticos de hard y soft thresholding. Se muestra que el método dedescarte de sub-bandas puede reducir más eficientemente el ruido de speckle que otrastécnicas de filtrado. También se proponen dos métodos para recuperar la distribuciónde fase a partir de un único interferograma de DSPI, basados en la transformadawavelet continua y en el uso de una distribución suavizada. Ambos métodos no requierende la aplicación de un algoritmo de desenvoltura de la fase o la introducciónde franjas portadoras en el interferómetro. Estos métodos permiten obtener los gradientesde la distribución de fase a lo largo de un camino de pixels y el mapa de fasese determina por integración. Se demuestra que las franjas que cumplen con el límiteasintótico analítico pueden ser procesadas por el método de la transformada waveleten la aproximación de fase estacionaria. El uso de una distribución de Wigner-Villecon un kernel de suavizado de tipo gaussiano obtiene resultados más precisos que elmétodo de la transformada wavelet continua. Se evalúa la influencia del proceso defiltrado y se discuten las limitaciones adicionales que se presentan en sus aplicaciones.New methods based on the wavelet transform to reduce speckle noise and toevaluate optical phase distributions in digital speckle pattern interferometry (DSPI)are presented. The performance of these methods is determined using computer simulated DSPI fringes and also experimental data. The method for speckle noisereduction is based on the level-dependent removal of the wavelet coefficients of thetransformed image. The performance of this method is analysed and compared withthe results obtained with the denoising techniques that use wavelet shrinkage basedon soft and hard thresholding criteria. It is shown that the wavelet subband removalmethod reduces speckle noise and maintains image features more effectively thanwavelet shrinkage techniques. To retrieve optical phase distributions in DSPI, thecontinuous wavelet transform in the stationary phase aproximation and a smootheddistribution are proposed. Both techniques do not need the application of a phaseunwrapping algorithm neither the introduction of carrier fringes in the interferometer. Phase gradients are found along a pixel path from a single DSPI image and the phasedistribution is finally determined by integration. It is shown that only DSPI fringesthat verify the analytic asymptotic limit can be processed with the continuous wavelettransform method. It is also shown that a Wigner-Ville distribution with a smoothing Gaussian kernel gives more accurate results than the methods based on the continuouswavelet transform. The influence of the filtering process to smooth the DSPI fringesand additional drawbacks that emerge when these methods are applied are finallydiscussed.Fil: Federico, Roque Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Measurement of in-plane displacements using the phase singularities generated by directional wavelet transforms of speckle pattern images
Get PDFWe present a method to determine micro and nano in-plane displacements based on the phase singularities generated by application of directional wavelet transforms to speckle pattern images. The spatial distribution of the obtained phase singularities by the wavelet transform configures a network, which is characterized by two quasi-orthogonal directions. The displacement value is determined by identifying the intersection points of the network before and after the displacement produced by the tested object. The performance of this method is evaluated using simulated speckle patterns and experimental data. The proposed approach is compared with the optical vortex metrology and digital image correlation methods in terms of performance and noise robustness, and the advantages and limitations associated to each method are also discussed.Fil: Vadnjal, Ana Laura. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Etchepareborda, Pablo Gonzalo. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Federico, Roque Alejandro. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kaufmann, Guillermo Hector. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; Argentin
Simplified phase-recovery method in temporal speckle pattern interferometry
Get PDFA simplified method for object phase recovering is implemented in temporal speckle pattern interferometry when the employed interferometer admits the introduction of a temporal carrier, and the well-known two-beam interferometry equation is verified. The spatiotemporal evolution of the object phase is isolated by modulating the acquired interferometric intensity signals with a known temporal carrier in order to carry out its analysis by using a bivariate empirical mode decomposition framework that avoids the application of the Hilbert transform, which is not suitable for intensity signals with abrupt fluctuations. The advantages and limitations of this technique are analyzed and discussed by comparing computation time and phase recovery capability with well-known phase-retrieval methods by means of numerical simulations and experimental data.Fil: Etchepareborda, Pablo Gonzalo. Instituto Nacional de Tecnologia Industrial. Centro de Electronica E Informatica; ArgentinaFil: Bianchetti, Arturo Abel. Instituto Nacional de Tecnologia Industrial. Centro de Electronica E Informatica; ArgentinaFil: Vadnjal, Ana Laura. Instituto Nacional de Tecnologia Industrial. Centro de Electronica E Informatica; ArgentinaFil: Federico, Roque Alejandro. Instituto Nacional de Tecnologia Industrial. Centro de Electronica E Informatica; ArgentinaFil: Kaufmann, Guillermo Hector. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y Sistemas; Argentin
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