本論文是使用一般X光的光源做一系列提高影像解析度及增強相位對比之研究。影像解析度方面，透過改變孔洞材質及大小、幾何放大倍率和空間同調長度，來得到綜合放大倍率及解析度的最佳條件。並以此最佳實驗解析條件，用已進一步觀察在一般水質生長的斑馬魚骨骼和在咖啡因濃度17.5ppm、35ppm及50ppm水質生長的斑馬魚骨骼有何異同。從實驗結果可看出咖啡因會造成斑馬魚的骨節萎縮、消失或扭曲。
    在提高影像相位對比方面，利用Zernike之方法，分析所得之數據，並與F.Pfeiffer所使用之相位對比之成像系統相互比較。

This thesis bases on the common X-ray sources to capture and investigate  
a series of X-ray images and X-ray phase contrast images. In the part of images resolution , we could get the best condition of experiment through the changing material and size of pinhole, and also adjusting the magnification and the spatial coherence length. We applied the best condition of experiment to observe and compare the bones difference between normal zebra fish and experimental zebra fish which were growing up in 17.5ppm、35ppm and 50ppm caffeine water. From the result, we can find out caffeine will cause bones becoming atrophy, vanished or twist.
    For enhancing phase contrast images, we analyzed experimental data, and compare with F.Pffeier experiment by using Zernike’s phase contrast method.

目錄
第一章 緒論…………………………………………………………1
(一)、實驗背景 ………………………………………………………1
(二)、實驗動機 ………………………………………………………3
(三)、實驗進行的方向 ………………………………………………6
1、改進解析度……………………………………………………6
2、調整X光成像系統以利斑馬魚樣品的分析…………………6
3、培養各種不同咖啡因含量的斑馬魚…………………………7

第二章 光學理論原理 ………………………………………… 8
(一)、光學性質 ………………………………………………………8
1、光之同調性 ……………………………………………………8
2、幾何放大………………………………………………………11
3、光之解析原理…………………………………………………17
4、光之發光源……………………………………………………20
(二)、光學成像機制…………………………………………………21
1、針孔成像………………………………………………………21
2、Talbot自成像 ………………………………………………22
3、Talbot原理 …………………………………………………22
4、實驗上參考文獻之成像機制…………………………………27
5、相位對比方法…………………………………………………29

第三章 實驗儀器裝置………………………………………… 32
(一)、X-ray產生器…………………………………………………32
(二)、影像處理系統…………………………………………………33
(三)、金相顯微鏡……………………………………………………33
(四)、實驗用孔洞……………………………………………………34
(五)、實驗裝置………………………………………………………35

第四章 數據結果與分析………………………………………36
(一)、影像解析度之結果分析………………………………………36
1、X光源為點光源………………………………………………36
2、X光源為線光源………………………………………………44
(二)、相位對比影像結果分析………………………………………50
(三)、不同咖啡因之斑馬魚骨骼的影像分析………………………53

第五章 結論 ………………………………………………………66

圖表目錄
【圖1-1】電磁波譜………………………………………………………1
【圖1-2】咖啡因分子結構式……………………………………………3
【圖1-3】斑馬魚影像圖…………………………………………………5
【圖1-4】斑馬魚之中軸骨分佈圖………………………………………5
【圖2-1】光源尺寸對同調面積之影響圖………………………………9
【圖2-2】X 光影像的放大情形………………………………………12
【圖2-3】同一個平面上的同一個物體，雖然位置不同，但卻有一樣
的放大效果…………………………………………………12
【圖2-4】物體厚度和X 光影像失真的情形…………………………13
【圖2-5】物體厚度與偏離中心軸的失真情形………………………14
【圖2-6】物體傾斜導致的失真………………………………………15
【圖2-7】物體傾斜與偏離中心軸的失真……………………………15
【圖2-8】物體本身的不規則形狀與成像區域不是位於中心軸上所造
成的失真……………………………………………………16
【圖2-9】空間失真……………………………………………………16
【圖2-10】幾何學變數的幾何不清晰度(半影)影響…………………18
【圖2-11】圖像放大倍率與圖像不清晰度關係圖……………………19
【圖2-12】線光源及點光源示意圖……………………………………20
【圖2-13】針孔成像示意圖……………………………………………21
【圖2-14】Talbot 計算示意圖………………………………………26
【圖2-15】顯示圖像在光柵後面各種不同類型的位置………………26
【圖2-16】實驗擺設示意圖……………………………………………28
【圖2-17】顯微鏡拍攝小塊玻璃………………………………………31
【圖2-18】顯微鏡拍攝青蛙眼膜上皮部份……………………………31
【圖3-1】X-ray 產生示意圖…………………………………………32
【圖3-2】BAS-2500 系統 ……………………………………………33
【圖3-3】金相顯微鏡…………………………………………………34
【圖3-4】實驗用孔洞裝置……………………………………………34
【圖3-5】實驗裝置……………………………………………………35
【圖4-1】無孔洞裝置L1=2m，L2=3.5m的影像圖………………………36
【圖4-2】孔洞內徑100μmL1=2m，L2=3.5m的影像圖…………………36
【圖4-3 (a)】為鉛洞尺寸50μm 且L1=0.3m，L2=0.7m………………38
【圖4-3 (b)】為鉛洞尺寸50μm且L1=0.3m，L2=3.7m…………………38
【圖4-3 (c)】為鉛洞尺寸50μm 且L1=0.4m，L2=0.6m………………39
【圖4-3 (d)】為鉛洞尺寸50μm 且L1=0.4m，L2=3.6m………………39
【圖4-3 (e)】為鉛洞尺寸50μm 且L1=0.5m，L2=0.5m………………40
【圖4-3 (f)】為鉛洞尺寸50μm 且L1=0.5m，L2=3.5m………………40
【圖4-4】為鉛洞50μm，且L1=0.5m，L2=4.5m…………………………41
【圖4-5】同為50μm，不同材料之比較………………………………44
【圖4-6 (a)】為孔洞50μm，且L1=0.5m，L2=1.5m……………………45
【圖4-6 (b)】為孔洞50μm，且L1=0.15m，L2=1.85m…………………45
【圖4-6 (c)】為孔洞30μm，且L1=0.5m，L2=1.5m……………………46
【圖4-6 (d)】為孔洞30μm，且L1=0.15m，L2=1.85m…………………46
【圖4-6 (e)】為孔洞20μm，且L1=0.5m，L2=1.5m……………………46
【圖4-7 (a)】為孔洞30μm，且L1=0.36m，L2=1.64m…………………47
【圖4-7 (b)】為孔洞20μm，且L1=0.36m，L2=1.64m…………………48
【圖4-7 (c)】為孔洞10μm，且L1=0.36m，L2=1.64m…………………48
【圖4-8】為孔洞10μm，且L1=0.36m，L2=1.64m(但換一隻小魚)……48
【圖4-9 (a)】為孔洞100μm，且L1=0.56m，L2=1.44m…………………49
【圖4-9 (b)】為孔洞150μm，且L1=0.56m，L2=1.44m…………………49
【圖4-9 (c)】為孔洞200μm，且L1=0.56m，L2=1.44m…………………49
【圖4-10】繞射所產生的相位對比影像圖……………………………50
【圖4-11(a)】直接觀察魚的成像……………………………………51
【圖4-11(b)】X-ray 通過魚後繞射的影像…………………………51
【圖4-11(c)】觀察Fourier Transform 後的成像……………………52
【圖4-12】雙光柵機制最後成像………………………………………52
【圖4-13】在雙光柵機制中擺放金屬線………………………………53
【圖4-14 (a)】為孔洞50μm，且L1=1m，L2=5m…………………………54
【圖4-14 (b)】為孔洞50μm，且L1=1.25m，L2=4.75m…………………54
【圖4-14 (c)】為孔洞50μm，且L1=1.5m，L2=3.5m……………………55
【圖4-14 (d)】為孔洞50μm，且L1=2m，L2=4m…………………………55
【4-15 (a)】正常斑馬魚(WT) …………………………………………56
【4-15 (b)】泡在17.5ppm 的斑馬魚 …………………………………56
【4-15 (c)】泡在35ppm 的斑馬魚 ……………………………………57
【4-15 (d)】泡在50ppm 的斑馬魚 ……………………………………57
【圖4-16 (a)】正常斑馬魚……………………………………………58
【圖4-16 (b)】正常斑馬魚局部放大…………………………………58
【圖4-16 (c)】泡在17.5ppm 的斑馬魚………………………………59
【圖4-16 (d)】泡在17.5ppm 斑馬魚的局部放大……………………59
【圖4-16 (e)】泡在35ppm 的斑馬魚…………………………………60
【圖4-16 (f)】泡在35ppm 斑馬魚的局部放大………………………60
【圖4-16 (g)】泡在50ppm 的斑馬魚…………………………………61
【圖4-16 (h)】泡在50ppm 斑馬魚的局部放大………………………61
【圖4-17 (a)、(b)、(c)】為孔洞50μm，且L1=2m，L2=6m………………63
【圖4-18 (a)、(b)、(c)】為孔洞50μm，且L1=2m，L2=6m………………64
【圖4-19】不同濃度(WT、17.5ppm、35ppm 和50ppm)於室溫下飼養
一個月的曲線圖…………………………………………65
【圖5-1 (a)】為孔洞150μm，且L1=2.06m，L2=0.44m(乾魚)………67
【圖5-1 (b)】為孔洞150μm，且L1=2.06m，L2=0.44m(濕魚)………67

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