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21 septembre 2017

Recrutement d’un ingénieur de recherche en traitement du signal/image et problèmes inverses pour l’holographie numérique


Catégorie : Ingénieur


Lieu : Laboratoire Hubert Curien (LaHC), 18 Rue Pr B. Lauras, 42000 SAINT-ÉTIENNE.

Encadrement : Corinne Fournier (corinne.fournier@univ-st-etienne.fr), Fabien Momey (fabien.momey@univ-st-etienne.fr).

Collaboration : Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL), collaboration avec un industriel.

Compétences recherchées : traitement du signal/image, reconstruction d'images, problèmes inverses, holographie, optique physique, microscopie non conventionnelle.

Durée : 6 mois (avec prolongation éventuelle de 6 mois).

Démarrage prévu : dès que possible.

Rémunération : ~ 2200 euros net (~ 2700 brut)/mois (dans le cas d'une expérience <= 3 ans après obtention du doctorat).

 

Contexte et problématique

L’holographie en ligne est une technique de microscopie cohérente, basée sur l’acquisition d’images défocalisées (hologrammes) correspondant à la figure de diffraction de l’échantillon éclairé. Cette technique est appliquée à de nombreux domaines, depuis la mécanique des fluides au suivi de nano-particules, en passant par la biologie [Kre06, XJMK01]. Puisque seule l’intensité de l’onde diffractée est enregistrée dans le plan du capteur, remonter à l’amplitude et à la phase de l’onde en sortie de l’objet est un problème difficile. En l’absence de phase, les images reconstruites par rétro-propagation (refocalisation numérique directe) souffrent d’artefacts de type “images jumelles” [FW86, DFFD05]. Des systèmes instrumentaux comme l’holographie hors axe [CMD99] ou le phase shifting [Yam06] donnent accès à la phase dans le plan de l’hologramme, facilitant ainsi la reconstruction de l’objet. De telles approches compliquent cependant le système optique et sont contraignantes (sensibilité aux vibrations, dégradation de la résolution). La reconstruction de phase peut être réalisée numériquement en utilisant des méthodes dérivées de l’algorithme itératif de Gerchberg-Saxton, combinant plusieurs hologrammes enregistrés à des distances ou longueurs d’ondes différentes et/ou des contraintes spatiales sur l’objet [SEC+15, STS+16]. Pour exploiter au mieux l’information présente dans l’hologramme, il est essentiel de considérer un modèle optique de l’instrument ainsi que de la diffraction de l’onde incidente par les objets. La reconstruction de l’hologramme se pose alors dans les termes d’un problème inverse. Nous avons montré dans des travaux menés en collaboration entre le CRAL et le LaHC qu’une telle formulation permettait d’atteindre une précision bien supérieure [SDF + 07] et que le champ de vue pouvait être étendu [SDT+07] dans un contexte de métrologie optique comme dans un contexte d’imagerie [DLT+09]. Récemment, ces approches ont pu être combinées à de la super-résolution numérique [VF15, FJD + 17], améliorant encore la précision. De nombreux avantages expliquent l’efficacité de ce type d’approche :

Aujourd’hui, cette technique d’imagerie se répand dans le domaine de la microscopie pour la biologie [SIS+10, PSSR16] pour son potentiel à fournir une solution d’imagerie simple à mettre en œuvre et bas coût. Son association avec des méthodes de reconstruction basées sur les approches ”problèmes inverses” peut assurer d’excellentes performances du point de vue de la qualité des images reconstruites, exemptes d’artefacts. Elle offre également des possibilités en imagerie d’objets biologiques, sources d’informations pertinentes en diagnostic. Dans ce contexte, des travaux collaboratifs entre le LaHC et un industriel du secteur ont été initiés dans le cadre d’un projet visant à l’étude de méthodes d’imagerie non conventionnelle (type holographie) pour la microbiologie.

Missions du candidat

Le candidat recruté participera aux travaux de l’équipe-projet ”reconstruction et design optique” du LaHC (Corinne Fournier, Fabien Momey, Loı̈c Denis) sur la reconstruction d’images en holographie numérique par des approches ”problèmes inverses”. Dans ce contexte les points d’études et d’amélioration potentiels sont nombreux :

Le candidat s’insérera notamment dans la collaboration avec l’industriel mentionné plus haut. Le profil recherché est orienté traitement du signal et de l’image, avec une expérience en résolution de problèmes inverses pour des applications d’imagerie. Des connaissances ou une expérience en optique physique (théorique, instrumentation) seront appréciées.

Références bibliographiques

[CMD99] Etienne Cuche, Pierre Marquet, and Christian Depeursinge. Simultaneous amplitude-contrast and quantitative phase-contrast microscopy by numerical reconstruction of fresnel off-axis holograms. Applied optics, 38(34):6994–7001, 1999.

[DFFD05] Loic Denis, Corinne Fournier, Thierry Fournel, and Christophe Ducottet. Twin-image noise reduction by phase retrieval in in-line digital holography. In Optics & Photonics 2005, pages 59140J–59140J. International Society for Optics and Photonics, 2005.

[DLT+09] Loïc Denis, Dirk Lorenz, Eric Thiébaut, Corinne Fournier, and Dennis Trede. Inline hologram reconstruction with sparsity constraints. Optics letters, 34(22):3475–3477, 2009.

[FJD+17] C. Fournier, F. Jolivet, L. Denis, N. Verrier, E. Thiebaut, C. Allier, and T. Fournel. Pixel super-resolution in digital holography by regularized reconstruction. Applied Optics, 56(1):69–77, 2017.

[FW86] J. R. Fienup and C. C. Wackerman. Phase-retrieval stagnation problems and solutions. JOSA A, 3(11):1897-1907, November 1986.

[Kre06] Thomas Kreis. Handbook of holographic interferometry: optical and digital methods. John Wiley & Sons, 2006.

[PSSR16] Rani Oomman Panicker, Biju Soman, Gagan Saini, and Jeny Rajan. A review of automatic methods base on image processing techniques for tuberculosis detection from microscopic sputum smear images. Journal of medical systems, 40(1):17, 2016.

[SDF+07] Ferréol Soulez, Loı̈c Denis, Corinne Fournier, Éric Thiébaut, and Charles Goepfert. Inverse-problem approach for particle digital holography: accurate location based on local optimization. JOSA A, 24(4):1164–1171, 2007.

[SDT+07] Ferréol Soulez, Loı̈c Denis, Éric Thiébaut, Corinne Fournier, and Charles Goepfert. Inverse problem approach in particle digital holography: out-of-field particle detection made possible. JOSA A, 24(12):3708–3716, 2007.

[SEC+15] Yoav Shechtman, Yonina C Eldar, Oren Cohen, Henry Nicholas Chapman, Jianwei Miao, and Mordechai Segev. Phase retrieval with application to optical imaging: a contemporary overview. IEEE Signal Processing Magazine, 32(3):87–109, 2015.

[SIS+10] Sungkyu Seo, Serhan O Isikman, Ikbal Sencan, Onur Mudanyali, Ting-Wei Su, Waheb Bishara, Anthony Erlinger, and Aydogan Ozcan. High-throughput lens-free blood analysis on a chip. Analytical chemistry, 82(11):4621–4627, 2010.

[STS+16] Ferréol Soulez, Éric Thiébaut, Antony Schutz, André Ferrari, Frédéric Courbin, and Michael Unser. Proximity operators for phase retrieval. Applied Optics, 55(26):7412–7421, 2016.

[VF15] N. Verrier and C. Fournier. Digital holography super-resolution for accurate three-dimensional reconstruction of particle holograms. Optics Letters, 40(2):217, January 2015.

[XJMK01] Wenbo Xu, MH Jericho, IA Meinertzhagen, and HJ Kreuzer. Digital in-line holography for biological applications. Proceedings of the National Academy of Sciences, 98(20):11301–11305, 2001.

[Yam06] Ichirou Yamaguchi. Phase-shifting digital holography. In Digital Holography and Three-Dimensional Display, pages 145–171. Springer, 2006.

 

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