Moteado dinámico

En física , el moteado dinámico es el resultado de la evolución temporal de un patrón de moteado donde las variaciones en los elementos de dispersión responsables de la formación del patrón de interferencia en la situación estática producen los cambios que se ven en el patrón de moteado, donde sus granos cambian su intensidad (nivel de gris) así como su forma a lo largo del tiempo. Un ejemplo fácil de observar es la leche: coloque un poco de leche en una cucharilla y observe la superficie bajo la luz solar directa. Habrá un patrón visible de puntos de colores "bailando". Donde la leche se seca en la cuchara en el borde, el moteado se ve estático. Esto es evidencia directa del movimiento térmico de los átomos, que causa el movimiento browniano de las partículas coloidales en la leche, que a su vez da como resultado el moteado dinámico visible a simple vista.

Secuencia de imágenes láser Biospeckle de una semilla de maíz.

Contenido de la información

Historia temporal de los patrones de moteado de galletas con actividad molecular alta (izquierda) y baja (derecha).

El patrón dinámico muestra entonces los cambios que, si se analizan a lo largo del tiempo, representan la actividad del material iluminado. El efecto visual es el de un líquido hirviendo o la imagen de un televisor lejos de sintonizar.

Se puede analizar mediante diversas herramientas matemáticas y estadísticas y proporcionar información numérica o visual sobre su magnitud, la idea de actividad no está bien definida. Debido a que el número de centros de dispersión es muy alto, el fenómeno colectivo es difícil de interpretar y sus contribuciones individuales al resultado final no se pueden inferir. Las mediciones que se obtienen mediante las herramientas de análisis presentan el nivel de actividad como una suma de las contribuciones de los fenómenos debidos al efecto Doppler de la luz dispersada, así como otros fenómenos eventualmente presentes (variaciones temporales del índice de refracción de la muestra, etc.). La luz dispersada con pequeños desplazamientos Doppler en su frecuencia golpea el detector (eventualmente el ojo) dando lugar a las variaciones lentas de intensidad que constituyen la dinámica del patrón de moteado.

Una muestra biológica, por ejemplo, que es un material que contiene una gran cantidad de centros móviles de dispersión, presenta variaciones del índice de refracción de los materiales que la componen con cambios de potencia, así como muchos otros efectos que aumentan la complejidad en la identificación y aislamiento de estos fenómenos. Por lo tanto, la interpretación completa de la actividad de una muestra, mediante speckle dinámico, presenta grandes desafíos. ^[1]

La Figura 1 muestra una secuencia de patrones de moteado en una semilla de maíz al inicio de su proceso de germinación, donde el efecto dinámico es mayor en las áreas donde se espera que los centros de dispersión sean más activos, como es el caso del embrión y en una ruptura en la región del endospermo de la semilla. El embrión se encuentra en el lado inferior izquierdo y la ruptura es una región tipo río en el centro. En la grieta, la actividad se debe a la intensa evaporación interna de agua, mientras que en el embrión la actividad es mayor debido al metabolismo del tejido vivo junto con la actividad causada por la evaporación de agua. En el endospermo, la región superior derecha de la imagen representa que la actividad relativamente baja se debe solo a la evaporación de agua.

Aplicaciones

El tejido biológico es uno de los más complejos que se pueden encontrar en la naturaleza. Además, este problema se ve agravado por la variabilidad intrínseca presente entre una muestra y otra. Estos hechos hacen aún más difícil la comparación de resultados entre diferentes muestras incluso en presencia del mismo estímulo. En este contexto, los patrones speckle se han aplicado al estudio de bacterias ^{[2] [3],} parásitos, semillas y plantas. ^[4]

Otros campos de aplicación son el análisis del secado de pinturas, ^[5] control en geles, ^[6] espumas , corrosión , eflorescencias , etc.

Análisis

Diferencias generalizadas de una semilla de maíz con pseudocolores que representan el nivel de actividades, con alta actividad representada por rojo y baja actividad representada por azul.

Se han propuesto varias herramientas matemáticas y estadísticas para la caracterización de la actividad de un patrón de moteado dinámico. Algunas de ellas son:

Momento de inercia de la matriz de coocurrencia (MOC) ^[7]

${\displaystyle MI=\sum {MOC(i,j)*(i-j)^{2}}\,\!}$

Fuji ^[8]

${\displaystyle Fujii(x,y)=\sum _{k=1}^{N}{\frac {I_{k}(x,y)-I_{k+1}(x,y)}{I_{k}(x,y)+I_{k+1}(x,y)}}\,\!}$

Diferencias generalizadas ^[9]

${\displaystyle DG(x,y)=\sum _{k}\sum _{l}{|I_{k}(x,y)-I_{k+l}(x,y)|}\,\!}$

Diferencia temporal ^[10]

${\displaystyle D(k)=\sum _{m=1}^{M}\sum _{n=1}^{N}{E(m,n,k+1)-E(m,n,k)}\,\!}$

Estos y otros métodos están reunidos en la biblioteca de herramientas láser Biospeckle .

Véase también

• Imágenes de moteado
• Ruido moteado

Referencias

1. Rabal, HJ; Braga, RA (2008). Moteado láser dinámico y aplicaciones . CRC Press . ISBN 978-1-4200-6015-7.
2. Murialdo, S; et al . "Análisis de la respuesta quimiotáctica bacteriana mediante speckle dinámico de láser". J. Biomed. Opt. 14(6) (2009) 064015.
3. Ramírez-Miquet, EE; et al . "Caracterización de la actividad de Escherichia coli mediante la técnica de speckle dinámico láser". Rev. Cub. Fis. 28(1E) (2011) pp. 1E13-1E17.
4. Zhao, Y (1997). "Medidas puntuales y de campo completo de fluctuación de intensidad de moteado láser aplicadas a especímenes botánicos". Óptica y láseres en ingeniería . 28 (6): 443–456. Bibcode :1997OptLE..28..443Z. doi :10.1016/S0143-8166(97)00056-0.
5. Faccia, PA; et al. (2009). "Diferenciación del tiempo de secado de pinturas mediante interferometría de moteado dinámico". Progress in Organic Coatings . 64 (4): 350–355. doi :10.1016/j.porgcoat.2008.07.016.
6. Cabelo, CI; et al . Estudio del carácter hidrófilo del gel de sílice mediante un método de moteado dinámico por láser. Rev. Cub. Fis. 25(2A) (2008) págs. 67-69
7. Arizaga, R (1999). "Caracterización de la evolución temporal del speckle mediante el análisis de la matriz de coocurrencia". Óptica y tecnología láser . 31 (2): 163–169. Código Bibliográfico :1999OptLT..31..163A. doi :10.1016/S0030-3992(99)00033-X.
8. Briers, J (1995). "Versión digital en tiempo casi real de la fotografía de moteado de exposición única para el monitoreo de campo completo de campos de velocidad o flujo". Optics Communications . 116 (1–3): 36–42. Bibcode :1995OptCo.116...36B. doi :10.1016/0030-4018(95)00042-7.
9. Arizaga, R.; et al. (2002). "Visualización de la actividad local mediante patrones de moteado dinámicos". Ingeniería óptica . 41 (2): 287. Bibcode :2002OptEn..41..287A. doi :10.1117/1.1428739.
10. Martí-López, L.; et al. (2010). "Método de diferencia temporal para procesar patrones de moteado dinámicos". Optics Communications . 283 (24): 4972–4977. Bibcode :2010OptCo.283.4972M. doi :10.1016/j.optcom.2010.07.073.

^[1]

1. Patente http://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=AR5324365&recNum=1&docAn=P060104012&queryString=055432&maxRec=1, http://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=AR5324365