POLA, T. Měření difuzně odrazných povrchů pomocí vírové topografické mikroskopie [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.

Posudek vedoucího

Bouchal, Petr

Diplomová práce se zabývá novou metodou topografického měření difuzně odrazných povrchů, které není možné studovat pomocí standardních interferometrických metod. Cílem diplomové práce bylo využít zázemí vírové topografické mikroskopie dříve vyvinuté ve spolupráci UFI a Univerzity Palackého v Olomouci, navrhnout její modifikaci vhodnou pro měření difuzně odrazných povrchů a návrh měření ověřit v experimentálních podmínkách. Vírová topografická mikroskopie je založena na rekonstrukci 3D informace z modifikované bodové rozptylové funkce měřícího systému. V úvodu diplomové práce je provedena rešerše standardně využívaných topografických metod. V následující části je proveden návrh měření difuzně odrazných povrchů pomocí modifikace vírové topografické mikroskopie a proveden teoretický popis zobrazení. Hlavní část práce je věnována numerickému zpracování obrazů bodových rozptylových funkcí a rekonstrukci 3D informace z jejich tvaru. V závěru práce jsou provedeny experimenty s planárními a kulovými difuzními povrchy. Experimenty umožňují vyhodnotit přesnost měření a demonstrují schopnost metody měřit difuzně odrazné povrchy. Všech cílů diplomové práce bylo dosaženo. Diplomant pracoval samostatně. Oceňuji zejména vývoj algoritmu pro zpracování bodových rozptylových funkcí a jeho využití k vyhodnocení přesnosti měření v závislosti na šumu a vzorkování bodové rozptylové funkce pixely digitální kamery. Tyto informace nebyly známé z předešlých publikací a spolu s experimentálním ověřením možnosti měření difuzních povrchů představují původní výsledky diplomové práce.

Posudek oponenta

Baránek,, Michal

Student Tomáš Pola se ve své diplomové práci zabývá teoretickým popisem a experimentální realizací měřící metody využívající rotující bodovou rozptylovou funkci. V uvažovaném optickém systému má obraz bodového předmětu dvoulaločnou strukturu, která rotuje v závislosti na rozostření. Pomocí vyhodnocení úhlové orientace takové difrakční stopy je pak možné určit podélnou pozici sledovaného předmětu. V práci je sledována možnost využití této metody při měření topografie difuzních povrchů. Vedle úvodu a závěru se práce skládá ze čtyř částí. První představuje přehled současných metod používaných pro měření topografie povrchů. Druhá část popisuje teoretický model systému. Třetí část se věnuje digitálnímu zpracování obrazu. Čtvrtá část se soustředí na experimentální realizaci studované metody. V úvodním přehledu jsou stručně popsány různé metody použitelné pro měření topografie povrchů. Jsou zde zmíněny problémy související s měřením difuzních povrchů a je nastíněn princip metody využívající rotující bodové rozptylové funkce, která představuje perspektivní nástroj pro měření topografie těchto typů povrchů. Kapitola vhodným způsobem zasazuje zkoumanou metodu do širšího kontextu. Pochválil bych především 75 odkazů na literaturu. Podle mého názoru mohla být tato část práce zpestřena několika ilustračními obrázky, ale tento drobný nedostatek je bohatě vynahrazen v následujících kapitolách. V teoretické části je pomocí výpočtu založeného na řešení Fresnelova difrakčního integrálu ukázáno, jakým způsobem lze díky speciálně navržené spirální fázové masce s dvouprstencovou aperturou získat difrakční obrazec rotující v závislosti na rozostření bodového předmětu. Popsaný matematický model systému vychází z teoretických návrhů vytvořených během nedávných let na Katedře optiky UP v Olomouci a na Ústavu fyzikálního inženýrství VUT v Brně. Práce z této oblasti jsou řádně ocitovány a celá kapitola čtenáři ukazuje fyzikální pozadí vyvíjené metody. Následující kapitolu věnující se digitální rekonstrukci obrazu osobně považuji za nejvíce zdařilou část celé práce. Na intenzitních stopách získaných pomocí numerických simulací zde jsou ukázány jednotlivé kroky vyhodnocení úhlové orientace bodové rozptylové funkce. Postupně jsou popsány procesy předzpracování obrazu, prahování, identifikace jednotlivých laloků, nalezení pozice těžišť a finálního určení úhlového natočení difrakční stopy. Kompletní rekonstrukční algoritmus je pak testován na dvojici bodových rozptylových funkcí. Pozornost je věnována především vlivu vzorkování obrazu a šumu. Na základě porovnání získaných hodnot s výsledky teoretického modelu jsou pak optimalizovány klíčové parametry experimentální sestavy jako jsou především poloměry dvouprstencové apertury filtrační masky a numerická apertura systému. Značná část odborných prací věnujících se rotující bodové rozptylové funkci se soustředí především na teoretické pozadí a prezentaci experimentálních výsledků. Numerické rekonstrukci není ve většině případů věnována velká pozornost. Proto přehledný popis dílčích algoritmů, které tvoří kompletní rekonstrukční proces, považuji za velice přínosný. Experimentální část ukazuje výsledky vlastního měření topografie povrchů. Úvod kapitoly je věnován výběru nanesených částic, které mají sloužit jako bodové předměty. Porovnány jsou vlastnosti zlatých nanočástic a fluorescenčních částic. Následuje pečlivý popis experimentální sestavy a realizace kalibračního měření. Na závěr jsou prezentovány výsledky měření planárních a kulových povrchů. Naměřené hodnoty ukazují, především u sférických povrchů, kde je značná odchylka od hodnot dodaných výrobcem, že experimentální metodu je ještě nutné optimalizovat, ale zároveň je jasně demonstrován její potenciál při měření topografie difuzních povrchů. K výsledné podobě práce bych měl pouze několik drobných výhrad. V obr. 3a) – 3d) na str. 13 jsou osy x více protažené než osy y, což vede k nesprávnému protažení znázorněných amplitudových a intenzitních stop. Ve schématu experimentální sestavy na obr. 24 na str. 36 neodpovídá poměr vzdáleností mezi mikroobjektivem MO, čočkou Č1, čočkou Č2 a spirální maskou SM uvedeným parametrům systému. Vzdálenost mezi Č1 a Č2 by měla být větší než vzdálenost mezi MO a Č1. Vyhnul bych se také zbytečně velkému počtu komentářů v závorkách, které se objevují především na str. 5. V závěru je zbytečně zaváděna zkratka DH PSF, která je v práci běžně používána. Uvedené nedostatky ovšem nemohou pokazit jinak velmi dobrý dojem z celé práce. Ta je psána přehledně a systematicky sleduje své cíle. Jednotlivé dílčí úkony jako výpočty v teoretickém modelu, algoritmy numerického zpracování obrazu a realizace měření jsou jasně a pečlivě popsány. Ocenil bych především skutečnost, že práce mapuje celý proces od teoretického návrhu využívajícího zajímavou fyziku optických vírů až po finální měřící metodu s velkým aplikačním potenciálem pro optický průmysl. Práce jednoznačně splňuje požadavky kladené na diplomovou práci.

eVSKP id 121672