Neste trabalho, é proposto um esquema de cifragem e decifragem baseado em uma nova técnica de contraste de fase. Esta nova técnica, denominada \"técnica de contraste de fase de ordem zero\", transforma a modulação de fase para intensidade sem a necessidade de uma placa de alteração de fase (dot dielétrico de fase) no plano de Fourier de um correlator óptico 4f. Um processo de codificação, que não utiliza qualquer cálculo iterativo, é aplicado diretamente em uma imagem em níveis de cinza para gerar uma distribuição de fase. Em seguida, um processo de cifragem é realizado através da multiplicação da distribuição de fase por uma distribuição de fase aleatória. A vantagem deste método é o fácil esquema para recuperar a informação em níveis de cinza a partir da máscara de fase decifrada. A máscara de fase cifrada e a chave do sistema foram implementadas em SLMs (Spatial Light Modulators) do tipo LCTV (Liquid Crystal TV). As formas de codificação da imagem em níveis de cinza para gerar as máscaras de fase também foram investigadas. Como resultado, foram implementados dois tipos de EODs (Elementos Ópticos Difrativos) de fase. Um deles funciona no modo de transmissão, o outro, no modo de reflexão. Resultados experimentais mostram a aplicação da técnica de contraste de fase de ordem zero na visualização da informação codificada, tanto em SLM quanto em EODs de fase, e na verificação de padrões cifrados. / In this work, an encryption and decryption scheme based on a new phase contrast technique is proposed. This new technique, called the zero order phase contrast technique, transforma the phase modulation to intensity without the necessity of a phase-changing plate (phase dielectric dot) on the Fourier plane of a 4f optical correlator. A codification process, which does not use any iterative calculation, is applied directly in a gray level image to generate a phase distribution. After this, an encryption process is applied multiplying the phase distribution by a random phase distribution. The advantage of this method is the easy scheme to recover the gray level information from the decryption phase mask. The encrypted phase mask and the key of the system were implemented on Spatial Light Modulators of the kind LCTV. The encoding ways were investigated to generate the phase masks from gray level image, by implementing two kinds of phase Diffractive Optical Elements, operating in transmission and reflection modes. Experimental results show the successfully application of the zero order phase contrast technique in the visualization of encoded information both in Spatial Light Modulators and in phase only Diffractive Optical Elements as well as in the verification of encrypted patterns.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-03-03T14:19:21Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jonas Francisco Scopel - 2015.pdf: 1854226 bytes, checksum: 9d48662eb3f8662b36ce1a088c29ac1c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-03-03T14:22:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jonas Francisco Scopel - 2015.pdf: 1854226 bytes, checksum: 9d48662eb3f8662b36ce1a088c29ac1c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-03T14:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jonas Francisco Scopel - 2015.pdf: 1854226 bytes, checksum: 9d48662eb3f8662b36ce1a088c29ac1c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Diagnostic imaging techniques play an important role in assessing the exact location, cause, and extent of a nerve lesion, thus allowing clinicians to diagnose and manage more effectively a variety of pathological conditions such as entrapment syndromes, traumatic injuries, and space-occupying lesions. Ultrasound and nuclear magnetic resonance imaging are becoming useful methods for this purpose, but they still lack spatial resolution. In this regard, recent phase contrast x-ray imaging experiments of peripheral nerve allowed the visualization of each nerve fiber surrounded by its myelin sheath as clearly as optical microscopy. In the present study, we attempted to produce high-resolution x-ray phase contrast images of a human sciatic nerve by using synchrotron radiation propagation-based imaging (PBI). The PBIs showed high contrast and high spatial resolution, allowing clear identification of each fascicle structure and surrounding connective tissue. The outstanding result is the detection of such structures by phase contrast x-ray tomography of a thick human sciatic nerve section. This may further enable the identification of diverse pathological patterns, such as Wallerian degeneration, inflammatory infiltration and amyloid deposits. To the best of our knowledge, this is the first successful phase contrast x-ray imaging experiment of a human peripheral nerve sample. Our long-term goal is to develop peripheral nerve imaging methods that could supersede biopsy procedures. / As técnicas de diagnóstico por imagem desempenham um importante papel na determinação da localização exata, causa, e extensão de lesões de nervos periféricos, permitindo que o diagnóstico e manejo sejam mais eficazes em uma série de condições patológicas, como síndromes de encarceramento, e lesões traumáticas e expansivas. A Ressonância Nuclear Magnética e a Ultrassonografia têm se mostrado úteis neste propósito, porém possuem resolução espacial relativamente baixa. Neste sentido, experimentos recentes utilizando Radiografia por Contraste de Fase permitiram observar fibras nervosas individuais recobertas por suas bainhas de mielina de forma tão detalhada quanto a microscopia óptica. No presente estudo, procuramos obter imagens de alta resolução de nervo ciático humano, utilizando método de Imagem Realçada por Refração. As imagens demonstraram alto contraste e resolução espacial, permitindo a identificação de cada fascículo nervoso e suas respectivas bainhas conjuntivas. Resultados promissores foram obtidos através de Tomografia por Contraste de Fase de um espesso fragmento de nervo ciático humano, onde tais estruturas foram igualmente identificadas. Tais resultados poderiam possibilitar a detecção de diversas alterações patológicas, como degeneração Walleriana, infiltrado inflamatório e depósitos de amiloide. Ao nosso conhecimento, este é o primeiro experimento bem sucedido de Imagem por Contraste de Fase de nervos periféricos humanos. Nosso objetivo a longo prazo é desenvolver métodos de diagnóstico por imagem que possam substituir procedimentos de biópsia.

Made available in DSpace on 2015-12-06T23:45:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008 / Objetivo: Avaliar a concordancia entre o Ultra-som Doppler (USD) e a Ressonancia Magnetica (RM) e a reprodutibilidade inter-observador do USD e RM, na quantificacao do volume de fluxo portal em individuos esquistossomoticos. Metodos: Foi realizado estudo transversal, observacional e auto-pareado, avaliando 21 pacientes portadores de esquistossomose hepato- esplenica, submetidos a mensuracao do fluxo portal atraves da RM (utilizando-se a tecnica Phase-contrast) e USD, por 4 observadores, de forma independente, sendo calculada a concordancia entre os metodos e os observadores, atraves do coeficiente de correlacao intraclasse, teste T-pareado e grau de linearidade de Pearson. Resultados: Observou-se uma baixa concordancia entre os metodos [coeficiente de correlacao intra-classe de 34,5% (IC a 95%)]. A reprodutibilidade inter-observador, na avaliacao pela Ressonancia Magnetica [coeficiente de correlacao intra-classe u 99,2% % (IC a 95%) / coeficiente de Correlacao de Pearson - 99,2% / media do fluxo portal = 0,806] e pelo USD [coeficiente de correlacao intra-classe - 80,6 a 93,0 % (IC a 95%) / coeficiente de Correlacao de Pearson - 81,6 a 92,7% / media do fluxo portal = 0,954; 0,758 e 0,749], foram excelentes. Conclusao: Ha uma baixa concordancia entre o USD e RM na mensuracao do volume de fluxo na veia porta. A RM e o USD sao metodos reprodutiveis na quantificacao do fluxo portal em pacientes portadores de hipertensao porta de origem esquistossomotica, apresentando boa concordancia inter-observador / Purpose: to evaluate the agreement between Doppler Ultrasound (DUS) and Magnetic Resonance Imaging (MRI) and also de reproducibility of both methods in measuring portal volume blood flow in patients with schistosomiasis. Methods: this was a prospective, observational, transversal, auto controlled research design. Twenty-one patients with hepatosplenic schistosomiasis mansoni referred for measurement of portal blood flow by MRI, using phase-contrast technique and Doppler ultra-sonography. The patients were studied independently by four observers and the agreement between both methods and observers was determined using the paired-sample T test, intraclass correlation and Pearson´s correlation coefficient. Results: there was poor agreement between MRI and DUS values (intraclass correlation coefficient 34,5% [CI at 95%]). Nevertheless, inter-observer reproducibility of MRI (intraclass correlation coefficient – 99,2% % [CI at 95%] / Pearson’s correlation coefficient - 99,2% / portal blood flow = 0,806) and DUS measurements (intraclass correlation coefficient - 80,6 to 93,0 % [CI at 95%]/ Pearson’s correlation coefficient - 81,6 to 92,7% / portal blood flow = 0,954; 0,758 and 0,749) were excellent. Conclusion: there is poor agreement between DUS and phase-Contrast MRI technique in measuring portal blood flow volume. Nevertheless, MRI and DUS are reproducible methods for measuring portal blood flow in patients with portal hypertension due to hepatoesplenic schistosomiasis, presenting excellent inter-observer agreement. / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Neste trabalho, é proposto um esquema de cifragem e decifragem baseado em uma nova técnica de contraste de fase. Esta nova técnica, denominada \"técnica de contraste de fase de ordem zero\", transforma a modulação de fase para intensidade sem a necessidade de uma placa de alteração de fase (dot dielétrico de fase) no plano de Fourier de um correlator óptico 4f. Um processo de codificação, que não utiliza qualquer cálculo iterativo, é aplicado diretamente em uma imagem em níveis de cinza para gerar uma distribuição de fase. Em seguida, um processo de cifragem é realizado através da multiplicação da distribuição de fase por uma distribuição de fase aleatória. A vantagem deste método é o fácil esquema para recuperar a informação em níveis de cinza a partir da máscara de fase decifrada. A máscara de fase cifrada e a chave do sistema foram implementadas em SLMs (Spatial Light Modulators) do tipo LCTV (Liquid Crystal TV). As formas de codificação da imagem em níveis de cinza para gerar as máscaras de fase também foram investigadas. Como resultado, foram implementados dois tipos de EODs (Elementos Ópticos Difrativos) de fase. Um deles funciona no modo de transmissão, o outro, no modo de reflexão. Resultados experimentais mostram a aplicação da técnica de contraste de fase de ordem zero na visualização da informação codificada, tanto em SLM quanto em EODs de fase, e na verificação de padrões cifrados. / In this work, an encryption and decryption scheme based on a new phase contrast technique is proposed. This new technique, called the zero order phase contrast technique, transforma the phase modulation to intensity without the necessity of a phase-changing plate (phase dielectric dot) on the Fourier plane of a 4f optical correlator. A codification process, which does not use any iterative calculation, is applied directly in a gray level image to generate a phase distribution. After this, an encryption process is applied multiplying the phase distribution by a random phase distribution. The advantage of this method is the easy scheme to recover the gray level information from the decryption phase mask. The encrypted phase mask and the key of the system were implemented on Spatial Light Modulators of the kind LCTV. The encoding ways were investigated to generate the phase masks from gray level image, by implementing two kinds of phase Diffractive Optical Elements, operating in transmission and reflection modes. Experimental results show the successfully application of the zero order phase contrast technique in the visualization of encoded information both in Spatial Light Modulators and in phase only Diffractive Optical Elements as well as in the verification of encrypted patterns.

Orientador: Carlos Manuel Giles Antunez de Mayolo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T07:15:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vescovi_RafaelFerreiradaCosta_M.pdf: 7268781 bytes, checksum: aad670a87e535324db78cc83c9c2ab07 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nos últimos anos houve um rápido desenvolvimento na área de imagens obtidas utilizando radiação coerente de raios-X, especialmente porque fontes coerentes ou parcialmente coerentes têm se tornado disponíveis. A vantagem de se usar um feixe de raios-X coerente está em evidenciar o contraste criado pela variação da fase do feixe ao atravessar a amostra. Mesmo quando a coerência do feixe não é completa ainda é possível obter informação da fase na interferência da onda que se propaga após ter atravessado da amostra. Esse método é chamado de Contraste de Fase por Propagação e ressalta principalmente a diferença do índice de refração (parte real e imaginária) na interface das estruturas internas da amostra. Este trabalho vai apresentar uma revisão do método e descrever a montagem de uma estação experimental para micro tomografias de raios-X utilizando o método de contraste de fase por propagação. Também é descrito como é feita a sincronização do experimento utilizando o software de controle EPICS e como é feito o tratamento, reconstrução e visualização das imagens tridimensionais. Serão apresentados resultados de radiografias e reconstruções tomográficas obtidas nesta estação experimental, ressaltando as melhoras obtidas pelo uso deste método, como a visualização de estruturas moles das amostras e definição das bordas / Abstract: In the last years, there has been a fast development on coherent x-ray imaging, especially because coherent or partially coherent sources are becoming more available. The advantage in using a coherent x-ray beam relies on the enhancement of contrast created by the change in the beam\'s phase after interacting with the sample. Even when the beam is not completely coherent is still possible to obtain phase information on the interference pattern of the wave propagating from the sample. This method is called Propagation Phase Contrast Image and improve the contrast on the difference of refraction index (real and imaginary part) from the sample interior interfaces. This work will show a study of the method and the assembly of an experimental station for x-ray micro tomography using this method. We also show how the experiment synchronization is done using the control software EPICS and how to treat, reconstruct and visualize the tridimensional images. An experiment results of radiographies and tomographic reconstructions obtained from this experimental station, showing the improvements obtained by the use of the propagation method, like the visualization of soft tissue and interface definition / Mestrado / Física / Mestre em Física

Tendo em vista experimentos envolvendo o estudo da dinâmica de gases quânticos aprisionados, visando a simulação quântica de sistemas complexos, este trabalho discute a implementação e o estudo da técnica de imagem dispersiva, por contraste de fase, e a compara com o método de imagem por absorção óptica. A implementação da nova técnica foi feita em um regime não convencional de dessintonia, explorando a região proxima da ressonância atômica, onde se deve levar em conta o efeito da absorção, além da mudança de fase, do campo elétrico do laser de prova, após interagir com os átomos. Portanto, este trabalho apresenta não só a implementação de uma nova técnica experimental, mas também um modelo simples para interpretar os dados obtidos nesse novo regime. / Envisioning experiments involving the dynamics of trapped quantum gases, towards the quantum simulation of complex systems, this work presents the implementation and study of a dispersive imaging technique, by phase contrast, and compares it to absorption imaging. The implementation of this new technique in our laboratory was done in a non conventional range of detunings, exploring the region near atomic resonance, where absortion effecs need to be taken into account, in addition to the phase shift, introduced in the electric field of the probing laser, after interacting with the atoms. Therefore, this work presents not only the implementation of a new experimental technique, but also a simple model to interpret the dada obtained in this new regime.

Um sistema multi-feixe de pinças ópticas baseado na técnica de contraste de fase da ordem zero pode apresentar vantagens significativas sobre sistemas mecanicamente complexos e sensíveis ao alinhamento, e sobre tecnologias que, apesar de serem similares, requerem a customização de componentes ópticos. Porém, ao nosso conhecimento, este sistema até agora não tem sido implementado experimentalmente. Neste trabalho tem-se desenvolvido, como prova de princípio, o primeiro sistema baseado na técnica de contraste de fase da ordem zero gerador de múltiplas pinças ópticas. Esta técnica da óptica de Fourier utiliza conceitos do contraste de fase de Zernike e técnicas de codificação de dois pixels para gerar padrões de intensidade no plano da imagem que são diretamente relacionados a distribuições de fase no plano de entrada do sistema, o qual é formado por um modulador espacial de luz (SLM). Esta dissertação de mestrado descreve detalhadamente os passos tomados com o propósito de utilizar os campos estruturados de luz gerados pelo sistema de contraste de fase da ordem zero para aprisionar esferas de 2 µm de diâmetro de sílica fundida. Neste trabalho apresentamos os fundamentos teóricos do aprisionamento óptico e da técnica de contraste de fase da ordem zero, seguidos pela implementação de experimentos independentes em cada modalidade, e finalmente apresentamos a integração de ambos os sistemas dentro um sistema único de pinças ópticas multi-feixe. Apesar da baixa eficiência óptica do sistema, foi possível implementar um sistema de pinças ópticas duplas. Finalizamos o nosso trabalho na discussão detalhada das limitações do nosso arranjo óptico e comentamos sobre potenciais melhorias para aumentar a rigidez das pinças ópticas e a qualidade geral do sistema. / A multi-beam optical trapping system based on the zero order phase contrast technique may offer significant advantages over mechanically-complex, alignment-sensitive optical trapping systems, and over technologies that, though similar, require the customization of optics components. However, to our knowledge, such a system has not been yet implemented experimentally. We have developed, as a proof of principle, what we think is the first system based on the zero order phase contrast technique to successfully generate multiple optical traps. This Fourier optics technique makes use of existing concepts of Zernike phase contrast and two-pixel encoding techniques to generate intensity patterns in the image plane that are directly related to phase distributions in the input plane, which is comprised by a spatial light modulator (SLM). This master\'s dissertation describes in detail the steps taken towards using the structured light fields generated by a zero order phase contrast system to trap 2 µm diameter fused silica beads. We present the theoretical foundations of optical trapping and the zero order phase contrast technique, followed by the implementation of independent laboratory experiments in each modality, and finally integrate both systems into a single optical setup for multi-beam trapping. In spite of the low optical efficiency of the system, we were able to implement dual optical traps. We finalize by discussing in detail the limitations of our experimental setup in and comment on potential improvements to increase the stiffness of the optical traps and the overall quality of the system.

Várias técnicas de cifragem óptica de imagens surgem a todo o momento devido à necessidade que se tem de transmitir informações de uma maneira segura e confiável. Nessas técnicas a informação é criptografada de tal modo que para conseguir recuperar a informação criptografada é necessário ter um conhecimento prévio da mesma chave que a criptografou, sendo esta chave única. Isto faz com que as técnicas sejam robustas. Estes processos de cifragem de imagem trabalham com a distribuição de fase obtida diretamente da imagem que se deseja criptografar e conseqüentemente a imagem decodificada também está em modulação de fase. Porém imagens em distribuição de fase não são visíveis ao olho humano. Para transformá-Ias em modulação de amplitude, a qual é visível ao olho humano, é utilizado o método de contraste de fase de Zernike. Propôs-se então um método para cifrar imagem binária apenas em modulação de amplitude. Após o processo de decodificação, a imagem obtida é reconhecida graças à capacidade do olho humano em discernir regiões contínuas de regiões aleatórias. Este método é de fácil implementação, podendo ser obtido utilizando apenas materiais de baixo custo como papéis, filmes plásticos, etc. Vários ataques foram realizados contra o processo de cifragem óptica de imagens utilizando máscara binária aleatória para analisar a robustez de tal processo. Este processo de cifragem não é robusto ao ataque do texto conhecido e ao ataque das cifras conhecidas. / Several optical encryption techniques have been developed due to the need to transmit information in a secure and reliable way. In these techniques the information is encrypted in a way that to recover the encrypted information is necessary to have a previous knowledge of the same mask that encrypted it, being this mask unique. Because of this, the techniques are robust. These image encryption methods work with the phase distribution obtained directly from the image that is intended to encrypt and consequently the decrypted image will also be in the phase modulation. But, images in a phase distribution are not visible for the human eyes. To transform them in an amplitude modulation, that is visible for the human eyes, it is used the Zernike phase contrast method. Then, it is proposed a method for encryption and decryption of information processed in a binary form in an amplitude modulation. After the decryption process, the image obtained is recognized because the human eyes are able to differentiate continuous, periodical regions to random pattern. This method has an easy implementation and it can be obtained using regular and inexpensive materials, like paper, plastic films, etc. Many attacks were realized against the proposed method to analyse if this method is robust. This method can not resist the known-plaintext attack and the known-ciphertext attack.

Tendo em vista experimentos envolvendo o estudo da dinâmica de gases quânticos aprisionados, visando a simulação quântica de sistemas complexos, este trabalho discute a implementação e o estudo da técnica de imagem dispersiva, por contraste de fase, e a compara com o método de imagem por absorção óptica. A implementação da nova técnica foi feita em um regime não convencional de dessintonia, explorando a região proxima da ressonância atômica, onde se deve levar em conta o efeito da absorção, além da mudança de fase, do campo elétrico do laser de prova, após interagir com os átomos. Portanto, este trabalho apresenta não só a implementação de uma nova técnica experimental, mas também um modelo simples para interpretar os dados obtidos nesse novo regime. / Envisioning experiments involving the dynamics of trapped quantum gases, towards the quantum simulation of complex systems, this work presents the implementation and study of a dispersive imaging technique, by phase contrast, and compares it to absorption imaging. The implementation of this new technique in our laboratory was done in a non conventional range of detunings, exploring the region near atomic resonance, where absortion effecs need to be taken into account, in addition to the phase shift, introduced in the electric field of the probing laser, after interacting with the atoms. Therefore, this work presents not only the implementation of a new experimental technique, but also a simple model to interpret the dada obtained in this new regime.

Várias técnicas de cifragem óptica de imagens surgem a todo o momento devido à necessidade que se tem de transmitir informações de uma maneira segura e confiável. Nessas técnicas a informação é criptografada de tal modo que para conseguir recuperar a informação criptografada é necessário ter um conhecimento prévio da mesma chave que a criptografou, sendo esta chave única. Isto faz com que as técnicas sejam robustas. Estes processos de cifragem de imagem trabalham com a distribuição de fase obtida diretamente da imagem que se deseja criptografar e conseqüentemente a imagem decodificada também está em modulação de fase. Porém imagens em distribuição de fase não são visíveis ao olho humano. Para transformá-Ias em modulação de amplitude, a qual é visível ao olho humano, é utilizado o método de contraste de fase de Zernike. Propôs-se então um método para cifrar imagem binária apenas em modulação de amplitude. Após o processo de decodificação, a imagem obtida é reconhecida graças à capacidade do olho humano em discernir regiões contínuas de regiões aleatórias. Este método é de fácil implementação, podendo ser obtido utilizando apenas materiais de baixo custo como papéis, filmes plásticos, etc. Vários ataques foram realizados contra o processo de cifragem óptica de imagens utilizando máscara binária aleatória para analisar a robustez de tal processo. Este processo de cifragem não é robusto ao ataque do texto conhecido e ao ataque das cifras conhecidas. / Several optical encryption techniques have been developed due to the need to transmit information in a secure and reliable way. In these techniques the information is encrypted in a way that to recover the encrypted information is necessary to have a previous knowledge of the same mask that encrypted it, being this mask unique. Because of this, the techniques are robust. These image encryption methods work with the phase distribution obtained directly from the image that is intended to encrypt and consequently the decrypted image will also be in the phase modulation. But, images in a phase distribution are not visible for the human eyes. To transform them in an amplitude modulation, that is visible for the human eyes, it is used the Zernike phase contrast method. Then, it is proposed a method for encryption and decryption of information processed in a binary form in an amplitude modulation. After the decryption process, the image obtained is recognized because the human eyes are able to differentiate continuous, periodical regions to random pattern. This method has an easy implementation and it can be obtained using regular and inexpensive materials, like paper, plastic films, etc. Many attacks were realized against the proposed method to analyse if this method is robust. This method can not resist the known-plaintext attack and the known-ciphertext attack.