Coded diffraction pattern design algorithm for phase retrieval in optical imaging

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dc.contributor.advisorArgüello Fuentes, Henry
dc.contributor.authorPinilla Sánchez, Samuel Eduardo
dc.contributor.evaluatorBautista Rozo, Lola Xiomara
dc.contributor.evaluatorTorres Amarís, Rafael Ángel
dc.contributor.evaluatorMeneses Fonseca, Jaime Enrique
dc.contributor.evaluatorVera Rojas, Esteban Mauricio
dc.contributor.evaluatorEguiazarian, Karen
dc.date.accessioned2022-04-01T04:47:15Z
dc.date.available2022-04-01T04:47:15Z
dc.date.created2020
dc.date.issued2020
dc.description.abstractLa recuperación de fase es un problema inverso que consiste en estimar una escena a partir de inten-sidades de difracción. Este problema aparece en la formación de imágenes ópticas, que tiene tres zonas principales de difracción donde se pueden adquirir medidas, cerca, media y lejos. Trabajos recientes han empleado algoritmos de descenso de gradiente para resolver el problema de recuperación de fase relacionado con la zona lejana, creando redundancia en el proceso de medición al incluir una apertura codificada, que permite modular la escena y adquirir patrones de difracción codificados (CDP). Sin embargo, este problema no se ha estudiado teóricamente para CDP en las zonas cercana y media. Además, la estructura de la apertura codificada se selecciona al azar, lo que conduce a estimaciones subóptimas. Esta tesis proporciona garantías teóricas para la recuperación de una escena adquirida en las tres zonas de difracción utilizando modulaciones admisibles. Con base en los resultados teóricos, se demostrará que la calidad de reconstrucción de la imagen depende directamente de la estructura de apertura codificada; por lo tanto, el diseño de la matriz de detección es fundamental para obtener una alta calidad de reconstrucción. Específicamente, las aperturas codificadas se pueden diseñar para mejorar la calidad de la señal reconstruida. Además, cuando la escena se puede representar escasamente de alguna manera, su soporte se puede estimar mejor para una elección cuidadosa de los elementos de codificación. Los resultados numéricos muestran que la escena se recupera con éxito mediante el uso de aperturas codificadas diseñadas con hasta 40% menos de medidas en comparación con conjuntos no diseñados.
dc.description.abstractenglishPhase retrieval is an inverse problem that consists in estimating a scene from diffraction intensities. This problem appears in optical imaging, which has three main diffraction zones where the measurements can be acquired, i.e., near, middle and far. Recent works have employed gradient descent algorithms to solve the phase retrieval problem related to the far zone, creating redundancy in the measurement process by including a coded aperture, which allows to modulate the scene and acquire coded diffraction patterns (CDP). However, in the state-of-the-art, the PR problem has not been theoretically studied for CDP at the near and middle zones. Moreover, the structure of the coded aperture is selected at random, leading to suboptimal estimations. This thesis provides theoretical guarantees for the recovery of a scene from CDP acquired at the three diffraction zones using admissible modulations. Based on the theoretical results, it will be shown that the image reconstruction quality directly depends on the coded aperture structure; therefore, designing the sensing matrix is critical to obtain high reconstruction quality. Specifically, the coded apertures can be designed in order to boost the quality of the reconstructed signal. Moreover, when the scene can be sparsely represented in some basis, its support can be better estimated for a carefully choice of the coding elements in the modulation process. Numerical results show that the scene is successfully recovered by using designed coded apertures with up to 40% less measurements compared to non-designed ensembles.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001607219
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9575
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería: Área Gestión & Desarrollo Tecnológico en Ingeniería
dc.publisher.schoolEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectRecuperación de fase
dc.subjectZona de difracción
dc.subjectMatriz de detección
dc.subjectApertura codificada
dc.subject.keywordPhase Retrieval
dc.subject.keywordDiffraction Zone
dc.subject.keywordSensing Matrix
dc.subject.keywordCoded Aperture
dc.titleCoded diffraction pattern design algorithm for phase retrieval in optical imaging
dc.title.englishCoded diffraction pattern design algorithm for phase retrieval in optical imaging
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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Doctorado en Ingeniería: Área Ingeniería Electrónica