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

dc.creatorSandoz, Patrick
dc.creatorGaleano, July A.
dc.creatorZarzycki, Artur
dc.creatorBotina, Deivid
dc.creatorCortés-Mancera, Fabián
dc.creatorCardona, Andrés
dc.creatorRobert, Laurent
dc.descriptionVision is a convenient tool for position measurements. In this paper, we present several applications in which a reference pattern can be defined on the target for a priori knowledge of image features and further optimization by software. Selecting pseudoperiodic patterns leads to high resolution in absolute phase measurements. This method is adapted to position encoding of live cell culture boxes. Our goal is to capture each biological image along with its absolute highly accurate position regarding the culture box itself. Thus, it becomes straightforward to find again an already observed region of interest when a culture box is brought back to the microscope stage from the cell incubator where it was temporarily placed for cell culture. In order to evaluate the performance of this method, we tested it during a wound healing assay of human liver tumor-derived cells. In this case, the procedure enabled more accurate measurements of the wound healing rate than the usual method. It was also applied to the characterization of the in-plane vibration amplitude from a tapered probe of a shear force microscope. The amplitude was interpolated by a quartz tuning fork with an attached pseudo-periodic pattern. Nanometer vibration amplitude resolution is achieved by processing the pattern images. Such pictures were recorded by using a common 20x magnification lens.en-US
dc.descriptionLa 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
dc.publisherInstituto Tecnológico Metropolitano (ITM)en-US
dc.relation/*ref*/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. [2] 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. [3] 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. [4] 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. [5] 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. [6] 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. [7] S. J. T.  ; D. M. Freeman, “Multi-image gradient-based algorithms for motion estimation,” Opt. Eng., vol. 40, no. 9, p. 2003, Sep. 2001. [8] 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. [9] 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. [10] 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. [11] 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. [13] M. J. Yao, “Method of printing location markings on surfaces for microscopic research,” US 20140255274A1, 2013. [14] M. Wrenn and D. Soenksen, “Systems and methods for tracking a slide using a composite barcode label,” WO 2014018114 A1, 2016. [15] 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. [17] 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. [18] 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. [19] 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. [20] 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. [21] 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.
dc.sourceTecnoLógicas; Vol. 20 No. 39 (2017); 127-140en-US
dc.sourceTecnoLógicas; Vol. 20 Núm. 39 (2017); 127-140es-ES
dc.subjectFourier transform phase processingen-US
dc.subjectvisual in-plane position measurementen-US
dc.subjectvibration amplitudeen-US
dc.subjectshear force microscopyen-US
dc.subjectpostion referenced microscopyen-US
dc.subjectprocesamiento en fase con transformada de Fourieres-ES
dc.subjectmedidas de posición en el plano por visiónes-ES
dc.subjectamplitud de vibraciónes-ES
dc.subjectmicroscopio de fuerza atómicaes-ES
dc.subjectmicroscopía referenciada en posiciónes-ES
dc.titleVisual in-plane positioning of a Labeled target with subpixel Resolution: basics and applicationen-US
dc.titlePosicionamiento visual con resolución subpixel de objetos marcados que se desplazan en un plano: conceptos básicos y aplicacioneses-ES
dc.typeResearch Papersen-US
dc.typeArtículos de investigaciónes-ES

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