Diplomová práca sa zaoberá kvantitatívnym fázovým zobrazovaním objektov umiestnených za rozptyľujúcim prostredím v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tento mikroskop umožnuje zobrazovať s úplne nekoherentným osvetlením vzorky, čo vyvoláva efekt koherenčnej brány. Koherenčná brána je veľmi dôležitá vlastnosť zobrazovacieho systému umožňujúca separáciu balistických a rozptýlených fotónov, jej dôkladnému vysvetleniu je venovaná značná časť práce. Ďalej sú prezentované základy teórie zobrazenia v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tie sú využité v závere práce pri interpretácii experimentálnych výsledkov. Cieľom práce je navrhnúť metódu pre pozorovanie fázových objektov v rozptyľujúcich prostrediach a experimentálne túto metódu overiť. Na základe analytických výsledkov a predchádzajúceho výskumu je navrhnutá nová metóda, ktorá je ďalej overovaná pomocou rôzne komplexných vzoriek. Je založená na zázname viacerých obrazov s rôznym posunutím referenčného poľa. Každý posun korešponduje so zobrazovaním pomocou inej skupiny fotónov. Je možné vytvoriť syntetický obraz so zlepšenou kvalitou sčítaním jednotlivých obrazov získaných z interferencie balistických alebo rozptýlených fotónov. Experimenty s rôzne komplexnými vzorkami poskytujú náhľad na obmedzenia prezentovanej metódy.

Early in 1952, walleye fry were stocked for the first time in Utah Lake. Subsequent plants were made in 1954, 1955 and 1956. Altogether, over two million fry have been stocked. By January, 1958, it was felt sufficient time had elapsed for the species to establish patterns of growth, reproduction, food habits and consequent relationships to the new environment . Thus, on January 1, 1958, a Federal Aid to Fisheries project, number DJ F-4-R-5, job T, was initiated. This project was entitled "investigations of Yellow Pikeperch and Channel Catfish of Utah Lake, Utah County." Although the closing date was December 31, 1958, dat a were collected until October, 1959. Funds were allocated by the Utah Fish and Ga.me Department after December 31, 1958, for the continued study. Collection of data on the walleye was taken entirely from March, 19 58, to April, 1960, and all the work included herein is from that period.

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La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture “Trans-Mexicain Volcanique Belt » (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide. / La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture “Trans-Mexicain Volcanique Belt » (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide.

Les techniques de microscopie non linéaire connaissent un essor considérable ensciences du vivant, du fait de leur capacité à imager les tissus biologiques en profondeur et àexploiter différents contrastes dont les plus connus sont la fluorescence excitée à deux photons(2PEF) et la génération de second harmonique (SHG).Ce travail de thèse ’articule autour de la métrologie de milieux diffusants et d’applicationsbiomédicales de la microscopie non linéaire. Après une présentation générale de la technique, nousdécrivons une méthode originale de mesure du coefficient de diffusion μs et du facteur d’anisotropieg de milieux turbides épais basée sur la comparaison des intensités de fluorescence épi-collectéesselon trois modalités de notre microscope non-linéaire. Notre méthode est alors appliquée à lacaractérisation de gels biomimétiques et d’échantillons d’intérêt biologique. Le manuscrit abordeensuite le problème de l’imagerie en profondeur d’explants de peau humaine ré-innervée par desneurones sensoriels de rats nouveau-nés. Le choix du marqueur neuronal fluorescent fait l’objetd’une mesure in situ de la section efficace d’absorption à deux photons de différents fluorophores.La faisabilité d’une imagerie bimodale exploitant la fluorescence de ce marqueur et la réponse SHGdu collagène fibrillaire du derme est démontrée. Le manuscrit s’achève par une étude faisant suiteà des travaux de thèse antérieurs relatifs à la quantification de la fibrose hépatique par microscopieSHG/2PEF couplée. Nous appliquons la méthode de scoring SHG développée précédemment àune cohorte de patients infectés par le virus de l’hépatite C et comparons nos résultats aux testsMETAVIR et Ishak. / Nonlinear microscopy techniques are experiencing a considerable growth in lifescience, thanks to their ability to image biological tissues at high depth with different contrastssuch as two-photon excitation fluorescence (2PEF) and second harmonic generation (SHG).This manuscript focuses on metrology of scattering media and on biomedical applications ofnonlinear microscopy. After an overview of the technique, we describe a novel method for measuringthe scattering coefficient μs and anisotropy factor g of thick turbid media based on the comparisonof fluorescence intensities epi-collected through the three modalities of our nonlinear microscope.Our method is then applied to biomimetic gels and to biological samples. The manuscript thentackles the problem of imaging deeply human skin explants re-innervated by sensory neurons fromneonatal rats. The choice of the fluorescence probe is the subject of an in situ measurement ofthe two-photon action cross-sections of various fluorophores. The feasibility of bimodal nonlinearimaging of re-innervated skin explants based on the 2PEF signal of the molecular probe and onthe SHG response of fibrillar collagen of the dermis is demonstrated. The manuscript ends witha study subsequent to the work of previous thesis regarding the quantification of liver fibrosisby SHG/2PEF microscopy. We apply the method of fibrillar collagen scoring by SHG previouslydeveloped to a new cohort of patients infected with hepatitis C virus and we analyze our resultsin terms of METAVIR and Ishak tests.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2016-07-26T17:23:56Z No. of bitstreams: 1 Túlio Silva.pdf: 8829663 bytes, checksum: 81069a78eca4185efda0b3c0cf49beed (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-26T17:23:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Túlio Silva.pdf: 8829663 bytes, checksum: 81069a78eca4185efda0b3c0cf49beed (MD5) / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências - Geoquímica / Plumas de material particulado em suspensão alteram a geoquímica de águas costeiras e são capazes de influenciar a estrutura e função da comunidade planctônica, devido ao aporte de elementos biogênicos e a transformações bioquímicas que disponibilizam nutrientes para a base da cadeia alimentar marinha. Configura-se, portanto, um potencial fertilizador que motivou a busca pela compreensão do mecanismo por trás da dispersão dessas feições no caso da Plataforma Continental de Cabo Frio-RJ. Para tanto, imagens geradas pelo sensor MODIS em um intervalo de 11 anos (2004 a 2014) foram selecionadas segundo critérios específicos de qualidade e então processadas para extração da área superficial das plumas. Em seguida, a variabilidade de área da pluma foi comparada a dados de reanálise do modelo Wave Watch III-NOAA em diferentes escalas temporais, considerando as variáveis de direção e velocidade do vento e altura e direção de ondas. Os resultados na escala de dias mostram que, no geral, inversões do vento de NE para ventos de SW-S-SE coincidiram com plumas mais restritas à linha de costa, sendo observada sua liberação gradual após a passagem de frentes frias. Sazonalmente, as plumas apresentaram maiores áreas durante o inverno (mediana: 21.793,00 km²), ainda que a precipitação e descarga fluvial na região sejam menores neste período. A análise interanual revelou que a superfície livre aumentou nos últimos anos (média de 12.708,29 km² em 2004 contra 21.713,71 km² em 2014), em uma tendência que corresponde às flutuações do regime de ondas e do fenômeno La Niña. Os resultados, portanto, indicam que as plumas que atingem Cabo Frio não tem seu desenvolvimento controlado pela vazão fluvial, estando em grande parte sujeitas ao regime de vento-onda local. Assim, propôe-se a descrição de um mecanismo de dispersão das plumas túrbidas para o qual a combinação entre ação do vento e impulso das ondas dá origem à resultante que determina sua dimensão e fluxo preferencial. As principais conclusões são as seguintes: a dispersão das plumas ao longo dos dias interage de forma sistemática com a forçante do vento e a energia das ondas, a ponto de reproduzir uma dinâmica basicamente controlada por ambas; as maiores áreas observadas durante o inverno foram provocadas pela maior energia das ondas na estação, o que, por sua vez, pode ser explicado pela alta frequência de frentes frias; a variabilidade interanual de dispersão responde a processos climáticos de escala global, especificamente à ocorrência de fortes eventos La Niña, cujo reflexo direto é detectável no recente aumento da altura das ondas; a região próxima ao Cabo de São Tomé é a mais povoada pelas plumas, onde sua intensidade também é maior, enquanto que a dispersão de material é mais intensa no setor SO da plataforma (trecho Baía de Guanabara-Cabo Frio) e nas faixas mais externas / Plumes of suspended particulate matter alter the geochemistry of coastal waters and are able to influence the structure and function of the planktonic community, due to delivery of biogenic elements and the contribution of biochemical processes providing nutrients to the base of the marine food chain. The coastal plumes as potential fertilizers motivated the seek for a better understanding of the mechanism behind the evolution of these features, in the continental shelf of Cabo Frio-RJ. For this purpose, images generated by the sensor MODIS comprising 11 years of observation (2004-2014) were selected according specific quality criteria and then processed to extract information of surface plumes. Variability of plume area was then compared to wind speed, wave height and direction from the Wave Watch IIINOAA program at different time scales. The results showed that, in the scale of days, NE to SW-S-SE wind inversions are related to plumes closer to the coast and an observed gradual relaxation after the passage of cold fronts. Seasonally, the plumes showed increasing coverage during winter (Median: 21,793.00 km²), although precipitation and river discharge in the region are lowest during this period. The interannual data analysis revealed that the free plume coverage increased in recent years (average of 12,708.29 km² in 2004 against 21,713.71 km² in 2014), in a trend that corresponds to fluctuations of the wave regime and La Niña phenomenon. Therefore, the results indicate that the plumes around Cabo Frio has its development not controlled by river discharge, being largely subject to a local wind-wave regime. Thus, this study describes the dispersion mechanism of coastal plumes in combination of wind and waves giving rise to process that determines their size and preferential flow. The main conclusions are as follows: plume dispersion in scale of days interact systematically with wind forcing and wave energy, enough to play primarily a dynamic control by both; the largest coverage observed during the winter were caused by the higher energy wave during the season, which, in turn, can be explained by the high frequency of cold fronts; the interannual variability dispersion responds to climate processes on a global scale, specifically the occurrence of strong events of La Niña, whose direct effects are detectable in recent increasing wave height; the region near the Cabo de São Tomé is the focal point of coastal plumes by where its intensity is also larger, while the dispersion of suspended material is more intense in the southwestern sector of the shelf (between Guanabara Bay and Cabo Frio) and in the outer shelf.

Large-scale and cost-effective manufacturing of ceramic micro devices based on tape stacking requires the development of inspection systems to perform high-resolution in-process quality control of embedded manufactured cavities, metal structures and defects. In this work, alumina ceramic samples are evaluated by optical coherence tomography (OCT) operating at 1.3μm wavelength and some dimensional data are obtained by dedicated image processing and segmentation. Layer thicknesses can be measured and laser-machined channels can be verified embedded at around 100μm depth. Moreover, detection of internal defects is enabled. Monte Carlo ray tracing simulations are employed to analyze the abilities of OCT in imaging of the embedded channels. The light scattering mechanism is studied for the alumina ceramics, and different scattering origins and models are discussed. The scattering parameters required as input data for simulations are evaluated from the integrating sphere measurements of collimated and diffuse transmittance spectra using a reconstruction algorithm based on refined diffusion approximation approach. / <p>QC 20120628</p>

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L'acquisition de paramètres marins à partir des données spatiales de la couleur de l'eau nécessite l'élimination de la contribution de l'atmosphère au signal mesuré par le capteur. En effet, la majorité du rayonnement solaire mesuré par les instruments optiques dans les longueurs d'ondes qui intéressent la couleur de l'eau provient de la diffusion par les molécules de l'air et les aérosols atmosphériques. L'élimination de la contribution de l'atmosphère est appelée correction atmosphérique (CA). Pour les eaux claires, les méthodes de CA supposent une réflectance marine nulle dans le proche infra-rouge (PIR). Ceci permet d'estimer la réflectane de l'atmosphère et de l'extrapoler vers les bandes du visible, et donc de déterminer le signal marin qui contient les informations sur les propriétés optiques des eaux marines. Cette hypothèse n'est cependant pas vérifiée pour les eaux turbides, qui représentent la quasi totalité des eaux côtières. Par conséquent, de nombreux algorithmes de CA ont été développés pour les eaux côtières incluant des hypothèses alternatives. L'objectif de ce travail de thèse est de valider et d'améliorer ces méthodes de CA pour les images MODIS Aqua. Pour cela, diverses approches de CA développées pour les eaux cotières ont été comparées et validées : (1) l'algorithme standard de la NASA, (2) le "NIR Similary spectrum algorithm" qui inclut des hypothèes d'homogénéité spatiale des réflectances marines et atmosphériques, (3) l'algorithme qui utilise les bandes dans l'infrarouge moyen pour la CA dans les eaux très turbides, et (4) un algorithme utilisant un réseau de neurones artificiels. L'exercice de validation à partir de données in situ, et en fonction des types d'eaux, a permis d'identifier différentes pistes d'amélioration pour l'estimation du signal marin. L'un d'entre elles comprend l'utilisation de relations spectrales pour forcer les modèles de réflectances marines utilisés par les algorithmes CA pour estimer le signal marin dans le PIR. Des modifications ont été apportées aux modèles de réflectances marines de l'algorithme standard de la NASA et du "NIR Similarity spectrum algorithm". Chacun des modèles a été forcé avec des relations spectrales préalablement validées grâce à des données globales. Une étude de sensibilité et une validation de ces algorithmes modifiés à partir de données MODIS-Aqua dans la Manhe Orientale/Mer du Nord et la Guyane Française ont démontré que les modifications suggérées amélioraient les estimations du signal marin dans les eaux côtières optiquement complexes. / To acquire marine parameters from remote sensing ocean color data, the sensor-measured signal needs to be corrected for the atmospheric contribution. Indeed, the solar radiation reflected by air molecules and atmospheric aerosols is significant in the sensor bands of interest for ocean color applications. The removal of the atmospheric contribution is called the atmospheric correction (AC). In open ocean waters, the AC relies on the assumption that the water is totally absorbent in the near infrared (NIR) part of the spectral region, allowing to retrieve the atmospheric contribution and to extrapolate it to the visible spectral range, and thus to determine the marine signal that contains the information on the optical properties of seawaters. However, this assumption is not valid in highly productive and turbid coastal waters. Hence, AC approaches for coastal waters need to rely on alternative assumptions. This Ph. D. thesis has as main objective to validate and improve these AC methods developed for contrasted coastal waters, with a focus on MODIS Aqua images. First, a validation and comparison of existing AC methods, relying on diverse assumptions and methods, is performed. Therefore, four commonly used AC methods are selected, (1) the standard NIR AC approach of NASA, (2) the NIR similarity spectrum AC approach including assumptions of spatial homogeneity in the water and aerosol reflectance, (3) the switching algorithm using the short wave infrared bands for AC in highly turbid waters, (4) an Artificial Neural Network algorithm. With the help of a validation exercise based on in situ data and as a function of the water type, several areas of improvement are delineated, including the use of spectral relationships to constrain NIR-modelling schemes. Modified NIR-modelling schemes are suggested for the standard NASA and NIR similarity spectrum AC methods. Both are forced with globally valid spectral relationships. Sensitivity studies and validation exercises, using MODIS-Aqua images in the Eastern English Channel/North Sea and French Guiana waters, are conducted showing that the suggested modified NIR-modelling schemes improve the estimations of the marine signal in contrasted coastal waters.