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14 septembre 2020

Étude de modèles numériques de simulation pour la reconstruction 3D en microscopie tomographique diffractive


Catégorie : Stagiaire


Intitulé du sujet : Étude de modèles numériques de simulation du processus de formation d'images en microscopie tomographique diffractive pour une application dans des algorithmes de reconstruction 3D d'échantillons biologiques.

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

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

Mots-clés : reconstruction d'images 3D (tomographie), simulation numérique, microscopie tomographique diffractive, programmation scientifique avec Matlab\textregistered.

Durée : 6 mois.

Démarrage prévu : février/mars 2021.

Rémunération :
~ 600 \euro/mois.

Logement : possibilité de logement à la Résidence des Arts (centre de Saint-Étienne, à 20 minutes du laboratoire).

 

Intitulé du sujet : Étude de modèles numériques de simulation du processus de formation d'images en microscopie tomographique diffractive pour une application dans des algorithmes de reconstruction 3D d'échantillons biologiques.

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

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

Mots-clés : reconstruction d'images 3D (tomographie), simulation numérique, microscopie tomographique diffractive, programmation scientifique avec Matlab\textregistered.

Durée : 6 mois.

Démarrage prévu : février/mars 2021.

Rémunération :
~ 600 \euro/mois.

Logement : possibilité de logement à la Résidence des Arts (centre de Saint-Étienne, à 20 minutes du laboratoire).

Contexte et problématique :

Les techniques de microscopie optique sont des outils essentiels dans l'étude de phénomènes biologiques au niveau cellulaire. Elles donnent accès aux propriétés optiques volumiques de micro-organismes, telles que la distribution 3D d'indice de réfraction. Dans ce contexte, la microscopie tomographique diffractive (MTD) [1] est une technique nouvelle d'imagerie interférométrique. Elle consiste en des acquisitions d'hologrammes (images 2D) de l'échantillon à différents angles de vue (tout comme en imagerie scanner X). Ces acquisitions multi-vues permettent une restitution par reconstruction numérique de la distribution 3D d'indice de réfraction d'un échantillon transparent, avec une résolution 2 fois meilleure qu'en microscopie conventionnelle.

Le projet HORUS, impliquant une collaboration entre les laboratoires IRIMAS (Mulhouse), Hubert Curien (Saint-Étienne) et IGBMC (Strasbourg), et financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR), propose d'améliorer encore cette technique d'imagerie [2,3] en termes d'instrumentation et de traitement des images pour la reconstruction, afin notamment de l'élargir à l'imagerie d'échantillons vivants.

Sujet du stage :

Ce stage s'insère dans la problématique d'amélioration des algorithmes de reconstruction 3D. Dans cette optique, l'un des points importants concerne la modélisation numérique du processus de formation des images dans cette modalité, i.e. la simulation numérique des projections tomographiques à partir d'un volume 3D. De tels modèles ont déjà été implémentés par l'équipe en Matlab®, afin d'être utilisés dans des procédures de reconstruction itérative [4].

Le candidat recruté aura en charge de tester et comparer ces modèles, en termes de précision, temps de calcul, et applicabilité dans des algorithmes de reconstruction. Les tests seront réalisés à la fois sur des données simulées et expérimentales (tests de reconstruction avec des algorithmes existants). Suivant l'avancement du travail, le stagiaire pourra aussi s'impliquer dans l'implémentation et tests de nouveaux modèles.

Un poste d'ingénieur d'études (~ 1660 \euro/mois net) de 1 an renouvelable pourra être proposé après le stage, pour continuer à travailler sur le projet.

Compétences recherchées :

traitement du signal et de l'image, reconstruction d'images 2D/3D (tomographie), langage Matlab®, intérêt pour la recherche scientifique.

Références

[1] O. Haeberlé, K. Belkebir, H. Giovaninni, and A. Sentenac. Tomographic diffractive microscopy: basics, techniques and perspectives. Journal of Modern Optics, 57(9):686–699, May 2010.
[2] Matthieu Debailleul, Bertrand Simon, Vincent Georges, Olivier Haeberlé, and Vincent Lauer. Holographic microscopy and diffractive microtomography of transparent samples. Measurement Science and Technology, 19(7):074009, 2008.
[3] Matthieu DEBAILLEUL and Bruno COLICCHIO. Imagerie microscopique 3d de phase méthode d’imagerie sans marquage. Techniques de l’Ingénieur, ref. article : p955, 2018.
[4] Anthony Berdeu, Fabien Momey, Bastien Laperrousaz, Thomas Bordy, Xavier Gidrol, Jean Marc Dinten, Nathalie Picollet-D’hahan, and Cédric Allier. Comparative study of fully three dimensional reconstruction algorithms for lens-free microscopy. Applied Optics, 56(13):3939–3951, May 2017.

 

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