Posicionamiento visual con resolución subpixel de objetos marcados que se desplazan en un plano: conceptos básicos y aplicaciones

  • Patrick Sandoz University Bourgogne Franche-Comté
  • July A. Galeano Instituto Tecnológico Metropolitano
  • Artur Zarzycki Instituto Tecnológico Metropolitano
  • Deivid Botina Instituto Tecnológico Metropolitano
  • Fabián Cortés-Mancera Instituto Tecnológico Metropolitano
  • Andrés Cardona Instituto Tecnológico Metropolitano
  • Laurent Robert University Bourgogne Franche-Comté
Palabras clave: procesamiento en fase con transformada de Fourier, medidas de posición en el plano por visión, amplitud de vibración, microscopio de fuerza atómica, microscopía referenciada en posición

Resumen

La visión es una herramienta conveniente para mediciones de posición. En este artículo, presentamos aplicaciones en las que un patrón de referencia puede ser adherido al objeto de interés. Ésto permite tener un conocimiento a priori de las características de la imagen y así poder optimizar el software. Como patrón de referencia se usan patrones pseudo-periódicos, los cuales permiten una alta resolución en las mediciones de fase absoluta. El método es adaptado para codificar la posición de soportes de cultivos celulares, con el fin de documentar cada imagen biológica registrada con su posición absoluta. Por lo tanto, resulta sencillo encontrar de nuevo una región de interés, observada previamente, cuando una caja de cultivo es traída de nuevo al microscopio luego de estar en una incubadora. Para evaluar el método, éste se utilizó durante un ensayo de “cicatrización de herida” de un cultivo celular derivado de tumores hepáticos. En este caso, el método permite obtener mediciones más precisas de la tasa de “cicatrización”, comparado a los resultados obtenidos con el método usual. El método propuesto también se aplica a la caracterización de la amplitud de vibración en el plano de una sonda de un microscopio de fuerza atómica. La amplitud fue interpolada por medio de un diapasón de cuarzo al cual se la adhirió un patrón pseudo-periódico. A partir del procesamiento de las imágenes del patrón, se logra obtener resolución nanométrica en la medida de la amplitud de la vibración. Estas imágenes fueron obtenidas con un microscopio óptico con magnificación 20x.

Biografía del autor/a

Patrick Sandoz, University Bourgogne Franche-Comté

PhD en Ciencias para la Ingeniería, Chargé de Recherche C.N.R.S., Department of Applied Mechanics, FEMTO-ST Institute

July A. Galeano, Instituto Tecnológico Metropolitano

PhD en Ciencias para la Ingeniería, Ingeniería de Sistemas, Grupo de Investigación en Materiales Avanzados y Energía MatyEr, Línea Biomateriales y Electromedicina, Facultad de Ingenierías

Artur Zarzycki, Instituto Tecnológico Metropolitano

PhD en Microtecnología, Ingeniería Electromecánica, Grupo de Investigación en Automática, Electrónica y Ciencias Computacionales, Línea Sistemas de Control y Robótica, Facultad de Ingenierías

Deivid Botina, Instituto Tecnológico Metropolitano

Technologist in Electronic, Electronic Engineering Student, Ingeniería Electrónica, Grupo de Investigación en Materiales Avanzados y Energía MatyEr, Línea Biomateriales y Electromedicina, Facultad de Ingenierías

Fabián Cortés-Mancera, Instituto Tecnológico Metropolitano

MSc en Ciencias Básicas Biomédicas, Grupo de Investigación e Innovación Biomédica – GIB, Laboratorio de Ciencias Biomédicas, Facultad de Ciencias Exactas y Aplicadas

Andrés Cardona, Instituto Tecnológico Metropolitano

Ing. Biomédico, Master Student, Grupo de Investigación e Innovación Biomédica – GIB, Laboratorio de Ciencias Biomédicas, Facultad de Ciencias Exactas y Aplicadas

Laurent Robert, University Bourgogne Franche-Comté

PhD Ingénieur de Recherche, FEMTO-ST Institute

Referencias bibliográficas

E. Betzig, G. H. Patterson, R. Sougrat, O. W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, J. Lippincott-Schwartz, and H. F. Hess, “Imaging Intracellular Fluorescent Proteins at Nanometer Resolution,” Science (80-. )., vol. 313, no. 5793, pp. 1642–1645, Sep. 2006.

B. Tamadazte, N. L.-F. Piat, and S. Dembélé, “Robotic Micromanipulation and Microassembly Using Monoview and Multiscale Visual Servoing,” IEEE/ASME Trans. Mechatronics, vol. 16, no. 2, pp. 277– 287, Apr. 2011.

B. Tamadazte, S. Dembélé, G. Fortier, and N. Le Fort-Piat, “Automatic micromanipulation using multiscale visual servoing,” in 4th IEEE Conference on Automation Science and Engineering, 2008, pp. 977–982.

V. Guelpa, G. J. Laurent, B. Tamadazte, P. Sandoz, N. Le Fort-Piat, and C. Clevy, “Single frequency-based visual servoing for microrobotics applications,” in 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2016, pp. 4274–4279.

C. Q. Davis and D. M. Freeman, “Using a light microscope to measure motions with nanometer accuracy,” Opt. Eng., vol. 37, no. 4, p. 1299, Apr. 1998.

A. J. Aranyosi and D. M. Freeman, “SoundInduced Motions of Individual Cochlear Hair Bundles,” Biophys. J., vol. 87, no. 5, pp. 3536–3546, Nov. 2004.

S. J. T. ; D. M. Freeman, “Multi-image gradient-based algorithms for motion estimation,” Opt. Eng., vol. 40, no. 9, p. 2003, Sep. 2001.

J. Zhang, G. Jin, S. Ma, and L. Meng, “Application of an improved subpixel registration algorithm on digital speckle correlation measurement,” Opt. Laser Technol., vol. 35, no. 7, pp. 533–542, Oct. 2003.

C. Poilane, E. Lantz, G. Tribillon, and P. Delobelle, “Measurement of in-plane displacement fields by a spectral phase algorithm applied to numerical speckle photograph for microtensile tests,” Eur. Phys. J. Appl. Phys., vol. 11, no. 2, pp. 131– 145, Aug. 2000.

D. St-Jacques, S. Martel, and T. B. FitzGerald, “Nanoscale grid based positioning system for miniature instrumented robots,” in Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, 2003. IEEE CCECE 2003, 2003, vol. 3, pp. 1831–1834.

D. B. Boyton, “Position encoder using statistically biased pseudorandom sequence,” US006789042B2, 2004. [12] V. Guelpa, P. Sandoz, M. A. Vergara, C. Clévy, N. Le Fort-Piat, and G. J. Laurent,

Visual in-plane positioning of a labeled target with subpixel resolution: basics and application

TecnoLógicas, Vol. 20, No. 39, mayo - agosto de 2017“2D visual micro-position measurement based on intertwined twin-scale patterns,” Sensors Actuators A Phys., vol. 248, pp. 272– 280, Sep. 2016.

M. J. Yao, “Method of printing location markings on surfaces for microscopic research,” US 20140255274A1, 2013.

M. Wrenn and D. Soenksen, “Systems and methods for tracking a slide using a composite barcode label,” WO 2014018114 A1, 2016.

A. Bosseboeuf and S. Petitgrand, “Characterization of the static and dynamic behaviour of M(O)EMS by optical techniques: status and trends,” J. Micromechanics Microengineering, vol. 13, no. 4, pp. S23–S33, Jul. 2003. [16] M. Takeda and K. Mutoh, “Fourier transform profilometry for the automatic measurement of 3-D object shapes,” Appl. Opt., vol. 22, no. 24, p. 3977, Dec. 1983.

J.-A. Galeano-Zea, P. Sandoz, E. Gaiffe, J.-L. Pretet, and C. Mougin, “Pseudo-Periodic Encryption of Extended 2-D Surfaces for High Accurate Recovery of any Random Zone by Vision,” Int. J. Optomechatronics, vol. 4, no. 1, pp. 65–82, Jan. 2010.

P. Sandoz, J.-M. Friedt, and E. Carry, “Inplane rigid-body vibration mode characterization with a nanometer resolution by stroboscopic imaging of a microstructured pattern.,” Rev. Sci. Instrum., vol. 78, no. 2, p. 23706, Feb. 2007.

J. A. Galeano Z., P. Sandoz, E. Gaiffe, S. Launay, L. Robert, M. Jacquot, F. Hirchaud, J.-L. Prétet, and C. Mougin, “Positionreferenced microscopy for live cell culture monitoring,” Biomed. Opt. Express, vol. 2, no. 5, p. 1307, May 2011.

C.-C. Liang, A. Y. Park, and J.-L. Guan, “In vitro scratch assay: a convenient and inexpensive method for analysis of cell migration in vitro.,” Nat. Protoc., vol. 2, no. 2, pp. 329–33, Feb. 2007.

P. Sandoz, J.-M. Friedt, and E. Carry, “Vibration amplitude of a tip-loaded quartz tuning fork during shear force microscopy scanning.,” Rev. Sci. Instrum., vol. 79, no. 8, p. 86102, Aug. 2008.

Cómo citar
[1]
P. Sandoz, «Posicionamiento visual con resolución subpixel de objetos marcados que se desplazan en un plano: conceptos básicos y aplicaciones», TecnoL., vol. 20, n.º 39, pp. 127–140, may 2017.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.
Publicado
2017-05-02
Sección
Artículos de investigación

Métricas

Crossref Cited-by logo