Disertační práce se zabývá bezkontaktní analýzou vibrací pomocí metod akustické holografie v blízkém poli. Akustická holografie v blízkém poli je experimentální metoda, která rekonstruuje akustické pole v těsné blízkosti povrchu vibrujícího předmětu na základě měření akustického tlaku nebo akustické rychlosti v určité vzdálenosti od zkoumaného předmětu. Konkrétní realizace této metody závisí na použitém výpočetním algoritmu. Vlastní práce je zaměřena zejména na rozbor algoritmů, které využívají k rekonstrukci zvukového pole v blízkosti vibrujícího objektu transformaci do domény vlnových čísel (prostorová transformace), kde probíhá vlastní výpočet. V úvodu práce je vysvětlena základní teorie metody akustické holografie v blízkém poli s popisem základních vlastností a dále rozborem konkrétních nejčastěji používaných algoritmům pro lokalizaci a charakterizaci zdroje zvuku a pro následnou vibrační analýzu. Stěžejní část práce se věnuje pokročilým metodám zpracování, které se snaží určitým způsobem optimalizovat přesnost predice zvukového pole v blízkosti vibrujícího předmětu v reálných podmínkách. Jde zejména o problematiku použitého měřicího systému s akustickými snímači, které nejsou ideální, a dále o možnost měření v prostorách s difúzním charakterem zvukového pole. Pro tento případ byla na základě literárního průzkumu optimalizována a ověřena metoda využívající dvouvrstvé mikrofonní pole, které umožňuje oddělení zvukových polí přicházejících z různých stran a tedy úspěšné měření v uzavřených prostorách např. kabin automobilů a letadel. Součástí práce byla také optimalizace, rozšíření a následné ověření algoritmů publikovaných v posledních letech pro měření v reálných podmínkách za použití běžně dostupných akustických snímačů.

Dizertační práce je uceleným shrnutím výsledků dosažených v průběhu doktorského studia. V úvodní části práce je představena motivace, odborné a technické zázemí a grantová podpora realizovaného výzkumu. Popsány jsou také dosažené výsledky a jejich význam pro skupinu Experimentální biofotoniky, Ústavu fyzikálního inženýrství, Vysokého učení technického v Brně. Vědecká část práce je rozdělena do dvou hlavních bloků, které se postupně zabývají návrhem nových zobrazovacích koncepcí a technickou modifikací stávajících zobrazovacích systému v praktických aplikacích. Dosažené vědecké výsledky podporují vývoj v oblastech korelační a spirální mikroskopie s prostorovou modulací světla. V části zabývající se návrhem nových zobrazovacích koncepcí je provedena studie korelačního zobrazení v podmínkách proměnné časové a prostorové koherence. Následně jsou zkoumány možnosti praktického využití vírových a nedifrakčních svazků v oblastech korelační, holografické a optické mikroskopie. Interference vírových svazků a samozobrazení nedifrakčních svazků je postupně využito k dosažení 3D zobrazení s hranovým kontrastem a rotující bodovou rozptylovou funkcí. Pokročilé zobrazovací metody jsou úspěšně zavedeny optickou cestou ale i digitální modifikací holografických záznamů. Výsledky teoretických modelů a numerických simulací jsou doprovázeny praktickým vyhodnocením navržených zobrazovacích principů. V technicky zaměřené části jsou navrženy nové způsoby zavedení prostorové modulace světla, které umožňují rozšíření zorného pole v experimentech korelačního zobrazení a dosažení achromatizace při zobrazení pomocí programovatelných difraktivních prvků. Rozšíření zorného pole v korelačních experimentech umožňuje přizpůsobovací optický systém vložený do standardní zobrazovací sestavy. Achromatizace difraktivního zobrazení je zajištěna použitím speciálně navrženého refraktivního korektoru. V navazující části je navržena nová metoda krokování fáze, která pracuje s dvojlomností kapalných krystalů využívaných v systémech pro prostorovou modulaci světla. Použití metody je experimentálně demonstrováno v polarizačně modifikovaném Mirau interferometru. Získané technické zkušenosti jsou využity v praktickém návrhu a realizaci multimodálního zobrazovacího systému s prostorovou modulací světla.

The dissertation deals with the image processing in digital holographic microscopy and X-ray computed tomography. The focus of the work lies in the proposal of data processing techniques to meet the needs of the biological experiments. Transmitted light holographic microscopy is particularly used for quantitative phase imaging of transparent microscopic objects such as living cells. The phase images are affected by the phase aberrations that make the analysis particularly difficult. Here, we present a novel algorithm for dynamical processing of living cells phase images in a time-lapse sequence. The algorithm compensates for the deformation of a phase image using weighted least squares surface fitting. Moreover, it identifies and segments the individual cells in the phase image. This property of the algorithm is important for real-time cell quantitative phase imaging and instantaneous control of the course of the experiment. The efficiency of the propounded algorithm is demonstrated on images of rat fibrosarcoma cells using an off-axis holographic microscope. High resolution X-ray computed tomography is increasingly used technique for the study of the small rodent bones micro-structure. In this part of the work, the trabecular and cortical bone morphology is assessed in the distal half of rat femur. We developed new method for mapping the cortical position and dimensions from a central longitudinal axis with one degree angular resolution. This method was used to examine differences between experimental groups. The bone position in tomographic slices is aligned before the mapping using the propound standardization procedure. The activity of remodelling process of the long bone is studied on the system of cortical canals.