CN105796054A - 一种oct图像的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种OCT图像的处理方法及装置，属于计算机信息处理领域；方法包括：OCT系统扫描人眼，采集到包含人眼信息的光谱信号；在所述OCT系统中的控制系统中内置单调递增倒数函数的计算程序,对经过快速傅里叶变化后的所述光谱信号数据进行处理；用处理后的数据减去背景噪声均值列，经归一化处理后转化成OCT图像。当a,b的取值和N的取值相对应时，函数和函数在坐标系的图形大致重合，本发明申请正是利用了这一特点，在计算机编程时将函数替换成函数代入计算机CPU计算中，在OCT图像采集过程中，降低了计算机计算复杂度，提高了计算机处理数据的速度，同时提高了图像处理的效果。

Description

一种OCT图像的处理方法及装置

技术领域

本发明属于计算机信息处理领域，具体涉及到一种OCT图像的处理方法及装置。

背景技术

目前，在利用OCT(光学相干层析成像技术)对人眼扫描后，需要将采集到的眼睛的光谱信号处理成OCT信号，最后得到OCT图像。专利CN102934986公布了计算机如何将光谱信号处理成OCT信号的详细过程，该过程可以概括如下：1)、CCD采集数据，该数据有2048个点，每个点间距是按照扫描光的波长等间距排列；2)、对采集数据去除背景光谱；3)、插值：即将按波长排列的2048个点，换成按频率间隔排列的2048个点；例如：波长排列点的顺序是1,2,3，…，2048；而按频率排列，第一个点波长排列中的第1个，第二个点是波长排列中的第2.5个，第三个是波长排列中的第4.3个，这就需要将波长排列的相应位置的值插值出来；4)、色散补偿；5)、快速傅里叶变换(FFT)；6)、对FFT变换后结果取绝对值，再以10为底取对数；7)、将图像数据减去背景噪声均值列：取500次背景光谱，然后对500次背景光谱(见步骤2)取平均，得到平均背景光谱(2048)。用500次背景光谱分别减掉平均背景光谱后，经过插值、乘以色散补偿因子、FFT，取绝对值和取对数后，得到噪声图(500,1024)，平均得到噪声线(1024)；然后归一化，转换为OCT图像。在步骤6)中，“FFT变换后结果取绝对值后再以10为底取对数”，主要是基于对数函数在其定义域内是单调递增函数，取对数后不会改变数据的性质和相对关系，其结果缩小了数据的绝对数值，压缩了数据的尺度，使得数据更加平稳。然而，取对数运算的计算复杂度接近超过普通除法运算计算复杂度的一个数量级，增大了计算机CPU的计算复杂度。

发明内容

本发明提供了一种OCT图像的处理方法及装置，其目的在于解决计算机在处理OCT信号过程中，因计算复杂度比较高而导致的数据处理缓慢的问题。

本发明公布了一种OCT图像的处理方法，包括如下步骤：

S11：OCT系统扫描人眼，采集到包含人眼信息的光谱信号数据；

S12：在所述OCT系统中的控制系统中内置单调递增倒数函数(a>0)的计算程序,对经过快速傅里叶变化后的所述光谱信号数据进行处理；

S13：用经过处理后的所述光谱信号数据减去背景噪声均值列，经归一化处理后转化成OCT图像；

其中，所述倒数函数的图形和对数函数的图形在同一坐标系上大致重合。

进一步地，在步骤S11和步骤S12之间，还包括如下步骤：

S21：用内置于OCT系统的CCD相机采集所述光谱信号数据，所述光谱信号数据包含若干个点，所述若干个点按每相邻两个点的间距等于所述光谱信号的波长横向排列；

S22：对所述横向排列的若干个点去除背景光谱；

S23：插值计算，将所述去除背景光谱后的若干个点，转换成按频率间隔排列的若干个点；

S24：对按所述频率间隔排列的若干个点进行色散补偿。

进一步地：所述对数函数为y＝lg^x。

进一步地：所述OCT系统包括：光源、分光模块、参考臂模块、样品臂模块、探测模块及所述控制系统；所述光源发出的光被所述分光模块分成参考光和探测光，所述参考光传递给所述参考臂模块；所述探测光经过所述样品臂后扫描人眼，经人眼散射后，探测光携带人眼信息由所述样品臂返回至所述分光模块，并与从所述参考臂模块返回的参考光在所述分光模块处发生干涉形成干涉光，所述干涉光被传递至所述探测模块，经所述控制系统处理后得到所述干涉光的光谱信号。

本发明还公布了一种OCT图像的处理装置，包括OCT系统，其特征在于：所述OCT系统包括控制系统，所述控制系统中内置有单调递增倒数函数 $y=1-\frac{1}{a*x+b}(a>0)$ 的计算程序，所述函数 $y=1-\frac{1}{a*x+b}(a>0)$ 用于对经所述OCT系统采集人眼得到的光谱信号数据经过快速傅里叶变化后进行处理；

其中，所述倒数函数的图形和对数函数的图形在同一坐标系上大致重合。

进一步地：所述OCT系统包括：光源、分光模块、参考臂模块、样品臂模块、探测模块和所述控制系统；所述光源发出的光被所述分光模块分成参考光和探测光，所述参考光传递给所述参考臂模块，所述探测光经过所述样品臂后扫描人眼；所述探测光经人眼散射后，携带人眼信息由所述样品臂返回至所述分光模块，并与从所述参考臂返回的参考光在所述分光模块处发生干涉，所述干涉光被传递至所述探测模块，得到所述干涉光的光谱信号。

进一步地：所述对数函数为y＝lg^x。

进一步地：所述控制系统还包括：数据采集单元、背景光谱去除单元、插值计算单元、色散补偿单元、快速傅立叶计算单元和归一化处理单元；

所述数据采集单元采集所述光谱信号的数据，所述数据有若干个点，所述若干个点按每相邻两个点间距等于所述光谱信号的波长横向排列；

所述背景光谱去除单元用于对所述数据去除背景光谱；

所述插值计算单元用于：将所述按波长等距排列的若干个点，转换成按频率间隔排列的若干个点；

所述色散补偿单元用于对已转化成按频率间隔排列的若干个点进行色散补偿；

所述归一化函数单元用于对经过所述倒数函数处理后的数据减去背景噪声均值列，处理成所述OCT图像。

本发明所公布的方法和装置的有益技术效果：当倒数函数(a>0)中a,b的取值和对数函数的取值相对应时，两个函数在同一坐标系上的位置和形状大致重合，a,b的取值随N的取值不同而变化。在OCT系统将扫描人眼得到的光谱信号处理成OCT图像时，正是利用上述两个函数在同一坐标系上的位置和图形形状大致一致的特点，在OCT系统的控制系统中的运行程序中将对数函数替换成倒数函数由于倒数函数在定义域内是单调递增函数，计算后不会改变数据的性质和相对关系，因此和对数函数相比，在更大程度上缩小了OCT系统采集人眼得到的光谱信号数据的尺度，使得数据更加平稳。相比计算机CPU取对数运算而言，替换(N>1)运算，更能降低计算机CPU计算复杂度，提高数据处理速度。此外，在OCT系统中用替换后，经OCT系统处理后得到的人眼OCT图像的效果更好。

附图说明

图1为OCT系统的光路图；

图2为本方法的流程图；

图3为底数不同的对数的象限图；

图4为函数的象限图；

图5为函数的象限图；

图6为控制系统700所包含的子模块图。

图7为计算机处理模块编程中采用其中一个对数函数处理扫描数据后得到的OCT图像；

图8为计算机处理模块编程中采用另一个对数函数处理扫描数据后得到的OCT图像；

图9为计算机处理模块编程中采用倒数函数处理扫描数据后得到的OCT图像。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，在本技术方案中，OCT系统包括：光源100、分光模块200、参考臂模块300、样品臂模块500、探测模块600及控制系统700。OCT系统的工作原理如下：光源100发出的光传递至分光模块200，分光模块200将接收到的光分成参考光和探测光，其中参考光传递给参考臂模块300，探测光传递给样品臂模块500。参考臂模块300将接收到的参考光经反射后传回到分光模块200；探测光经过准直镜400准直，经样品臂模块500扫描眼睛800；探测光经眼睛800内的组织散射后形成信号光，再经样品臂模块500和准直镜400，返回分光模块200，信号光与参考光在分光模块200处干涉后形成干涉光。探测模块600将该干涉光传输至控制系统700，控制系统700处理该干涉光，得到眼底的OCT信号，然后经过控制系统700(计算机)的显示装置(如显示屏)显示出被扫描眼底的OCT断层图和眼底预览图。其中，参考臂模块300内置有参考镜301，分光模块200分光得到的参考光经参考镜301反射后返回到分光模块200内。需要说明的是，在通常情况下，准直镜400应属于样品臂模块500的一部分，只不过在本技术方案中，将准直镜400独立于样品臂模块500，但这并不影响OCT系统的工作原理。

上述OCT系统在工作过程中，控制系统700将扫描人眼得到的干涉信号处理成眼底OCT信号的过程，就是将干涉光的光谱信号经过系统700处理，并由其显示界面显示出OCT图像的过程。具体过程请参考图2。

图2描述了一种OCT图像的处理方法，包括如下步骤：

S11：OCT系统扫描人眼，采集到包含人眼信息的光谱信号；

S12：在所述OCT系统中的控制系统中内置单调递增倒数函数(a>0)的计算程序,对经过快速傅里叶变化后的所述光谱信号数据进行处理；

S13：用经过处理后的所述光谱信号数据减去背景噪声均值列，经归一化处理后转化成OCT图像；

其中，倒数函数的图形和对数函数的图形在同一坐标系上大致重合。

下面具体对各个步骤进行说明。

在步骤S11中，包含人眼信息的光谱信号的获得是利用如图1所示的OCT系统扫描人眼得到的，具体工作过程见前面所说的OCT系统工作原理：光源100发出的光传递至分光模块200，分光模块200将接收到的光分成参考光和探测光，其中参考光传递给参考臂模块300，探测光传递给样品臂模块500。参考臂模块300将接收到的参考光经反射后传回到分光模块200；探测光经过准直镜400准直，经样品臂模块500扫描眼睛800；探测光经眼睛800内的组织散射后形成信号光，再经样品臂模块500和准直镜400，返回分光模块200，信号光与参考光在分光模块200处干涉后形成干涉光。干涉光的光谱信号即为步骤S11中人眼信息的光谱信号。

下面具体阐述在步骤S12中，OCT系统将人眼信息的光谱信号处理成OCT信号时为什么要用单调递增倒数函数替换对数函数(N>1)。

参考图3，从图3可以看出，对于底数不同的对数函数(其中N大于1，限定N的取值范围是为了保证该对数函数为单调递增函数)，底数N越大，对于同样的x值，则y的值越小，即数据压缩的尺度越好。例如：以10为底的对数函数比以2为底的对数函数能够将数据压缩到更小的范围。

参考图4，可以发现倒数函数的图像形态特征与图3中的对数函数y＝lgx的图像形态特征非常相近，只是单调性相反，即y＝lgx为增函数，为减函数。参考图5，将倒数函数关于x轴的轴对称，得到函数为其形态特征与对数函y＝lgx的非常相近，而且单调性相同(即两者均为单调递增函数)。

参考图3和图5，倒数函数和对数函数y＝lgx在坐标系所表现出的位置相差较大，因此，需要对倒数函数做坐标系变换，使其在同一坐标系上的图形和对数函数y＝lgx图形大致重合。

具体地，函数的坐标系变换过程如下：从函数出发，构造出函数来近似替代对数函数y＝lgx。其中，参数a和b可根据实际经验选取，但是为了保证函数的单调递增性，则需要保证a>0。当a和b为某一确定的具体值时，函数和函数y＝lgx在同一坐标系上的图形大致重合。正是利用函数和函数y＝lgx在同一坐标系上的图形大致重合的这一特性，用函数替代对数函数y＝lgx，用于计算机的CPU(即相当于OCT系统的控制系统700)将干涉光的光谱信号处理成OCT信号时，对数据进行压缩。由于函数在定义域内是单调递增函数，计算后不会改变数据的性质和相对关系，该函数相对于对数函数y＝lgx，在更大程度上缩小了数据的绝对值，压缩了数据的尺度，使得数据更加平稳。同时将替代函数y＝lgx运用在计算机编程中，使得计算机在采集OCT图像时，显著降低CPU计算复杂度,即相当于降低OCT系统的控制系统的计算复杂程度)。

另外，将倒数函数替代对数函数用在计算机编程中，计算机在处理OCT装置扫描人眼得到的扫描数据后，得到的OCT图像效果也有很大提高。具体请参考图7到图9。图7为计算机采用其中的一个对数函数(N为大于1的某一个数值)后处理扫描数据得到的OCT图像，从图7可以看出，整个OCT图像较暗，暗部11A的细节不够清晰；图8为计算机采用其中的一个对数函数(N为大于1的另一个数值)后处理扫描数据得到的OCT图像，从图8可以看出，整个OCT图像较亮，暗部11A的细节清晰了但亮部12A又太饱和了；图9为计算机采用倒数函数后处理扫描数据得到的OCT图像，从图9可以看出，该OCT图像既保证了亮部12A不饱和，又保证了暗部11A的细节足够清晰。因此，用倒数函数(a>0)替代对数函数经计算机处理后得到的OCT图像的效果更好。

需要说明的是，虽然在本实施例中，对数函数只选取了y＝lgx，但是，对于底数N为其他数值，即底数N不为10的其他对数函数(N必须大于1，是为了保证该函数的单调递增性)，在计算机编程时一样可以用替代，只不过此时a(a>0)和b需要选取其他合适的数值，使和在同一坐标系上的图形大致重合。总之，当函数中的N取不同数值时，从函数总能找到合适的a(a>0)值和b值，使得两个函数在同一坐标系上的图形大致重合。

步骤S13：用处理后的数据减去背景噪声均值列，经归一化处理后转化成OCT图像。经过步骤S13，最终实现了将被扫描人眼的光谱信号处理成OCT信号，最后经计算机显示界面出被测人眼的OCT断层图和眼底预览图。

需要说明的是，在步骤S11和步骤S12之间，还包括如下步骤：

S21：用内置于OCT系统的CCD相机采集所述光谱信号数据，所述光谱信号数据包含若干个点，所述若干个点按每相邻两个点的间距等于所述光谱信号波长横向排列；

S22：对所述横向排列的数据去除背景光谱；

S23：插值计算，将所述去除背景光谱后的若干个点，转换成按频率间隔排列的若干个点；

S24：对按所述频率间隔排列的若干个点进行色散补偿。

步骤S21到步骤S24均为现有技术，在此不再展开描述。请参考专利CN102934986。本专利申请和专利CN102934986的相比，其改进点在于专利CN102934986的权利要求1中的以10为底取对数的函数被函数(a>0)替代，其余步骤相同或者相似。用函数替代以10为底取对数的函数所带来的技术效果在前面已经有详细的描述，在此不再累述。

参考图6，本发明还公布了一种OCT图像的处理装置，包括OCT系统，OCT系统包括控制系统，控制系统中内置有函数的计算程序，用于对经过快速傅里叶变化后的数据进行处理；

其中，倒数函数的图形和对数函数的图形在同一坐标系上大致重合。

具体地，参考图1，OCT系统包括：光源100、分光模块200、参考臂模块300、准直镜400、样品臂模块500和探测模块600。OCT系统的工作原理如下：光源100发出的光传递至分光模块200，分光模块200将接收到的光分成参考光和探测光，其中参考光传递给参考臂模块300，探测光传递给样品臂模块500。参考臂模块300将接收到的参考光经反射后返回到分光模块200；探测光经过准直镜400准直，经样品臂模块500扫描眼睛800；探测光经眼睛800内的组织散射后形成携带眼底信息的信号光，经样品臂模块500和准直镜400，返回到分光模块200，信号光与参考光在分光模块200处发生干涉后形成干涉光。探测模块600接收干涉光，经控制系统700处理得到被扫描人眼的光谱信号。需要说明的是，准直镜400通常也可以作为样品臂模块500的一部分，若是这样，则OCT系统就包括光源100、分光模块200、参考臂模块300、样品臂模块500、探测模块600和控制系统700。

参考图6，在控制系统700中，相对于专利申请文件CN102934986，其改进点在于函数单元。函数单元中内置有倒数函数编程程序，倒数函数表达式为用于替换专利CN102934986中的对数函数的表达式为了保证两个函数都为单调递增函数，需要满足：N大于1，a为正数。之所以将替代为是根据它们在同一坐标系上的形状和位置大致而来的。

参考图3，作为一个具体实施例，中的N取10，变为y＝lgx。y＝lgx的图像在坐标系上和图4中大致相同，只不过两者的单调性相反，即y＝lgx是增函数，是减函数。当将关于x轴对称时，变为(见图4)，此时，y＝lgx和的单调性相同。但是，y＝lgx和在坐标系的具体位置还是不同，因此需要将做坐标系变换，变为当a和b取某一特定值时，y＝lgx的图像和的图像在同一坐标系上大致重合。

N＝10只是对数函数的一个特例，如果中的N不取10，而是取大于1的其他数，则中的a(a>0)和b也相应换成其他值，同样可以做到让和在同一坐标系中的形状大致重合。

由于函数单元中的函数表达式由替换了专利CN102934986中的但两者的单调性不变，计算后不会改变数据的性质和相对关系。相比而言，函数能在更大程度上缩小数据的绝对数值，压缩了数据的尺度，使得数据更加平稳，在OCT图像采集过程中能显著降低计算机CPU的计算复杂度，提高OCT信号的数据处理速度，同时也提高了OCT图像的效果。

请继续参考图6，控制系统700包括数据采集单元、背景光谱去除单元、插值计算单元、色散补偿单元、快速傅立叶计算单元和归一化处理单元。数据采集单元采集所述光谱信号的数据，所述数据有若干个点，所述若干个点按每相邻两个点间距等于所述波长横向排列；背景光谱去除单元用于对所述数据去除背景光谱；插值计算单元用于：将所述按波长等距排列的若干个点，转换成按频率间隔排列的若干个点；色散补偿单元用于对已转化成按频率间隔排列的若干个点进行色散补偿；归一化处理单元用于对经过函数单元中的倒数函数处理后的数据减去背景噪声均值列，处理成所述OCT图像。这几个单元和专利CN102934986中的相关模块工作原理完全相同，在此不展开具体描述。

本发明所公布的OCT图像的处理方法及装置，由于在计算程序中，用倒数函数替换成了但两者的单调性不变，计算后不会改变数据的性质和相对关系。相比而言，函数能在更大程度上缩小数据的绝对数值，压缩了数据的尺度，使得数据更加平稳，在OCT图像采集过程中能显著降低计算机CPU的计算复杂度，从而提高计算机数据处理速度。经过实践证明，和对数函数相比，倒数函数能降低计算机复杂度的一个数量级；同时，将倒数函数替换成对数函数并运用于计算机处理程序中，得到的OCT图像的效果更好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种OCT图像的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S11：OCT系统扫描人眼，采集到包含人眼信息的光谱信号数据；

S12：在所述OCT系统中的控制系统中内置单调递增倒数函数的计算程序,对经过快速傅里叶变化后的所述光谱信号数据进行处理；

S13：用经过处理后的所述光谱信号数据减去背景噪声均值列，经归一化处理后转化成OCT图像；

其中，所述倒数函数的图形和对数函数的图形在同一坐标系上大致重合。

2.如权利要求1所述的OCT图像的处理方法，其特征在于，在步骤S11和步骤S12之间，还包括如下步骤：

S21：用内置于OCT系统的CCD相机采集所述光谱信号数据，所述光谱信号数据包含若干个点，所述若干个点按每相邻两个点的间距等于所述光谱信号的波长横向排列；

S22：对所述横向排列的若干个点去除背景光谱；

S23：插值计算，将所述去除背景光谱后的若干个点，转换成按频率间隔排列的若干个点；

S24：对按所述频率间隔排列的若干个点进行色散补偿。

3.如权利要求1或2所述的OCT图像的处理方法，其特征在于：所述对数函数为y＝lg^x。

4.如权利要求1或2所述的OCT图像的处理方法，其特征在于，所述OCT系统包括：光源、分光模块、参考臂模块、样品臂模块、探测模块及所述控制系统；所述光源发出的光被所述分光模块分成参考光和探测光，所述参考光传递给所述参考臂模块；所述探测光经过所述样品臂后扫描人眼，经人眼散射后，探测光携带人眼信息由所述样品臂返回至所述分光模块，并与从所述参考臂模块返回的参考光在所述分光模块处发生干涉形成干涉光，所述干涉光被传递至所述探测模块，经所述控制系统处理后得到所述干涉光的光谱信号。

5.一种OCT图像的处理装置，包括OCT系统，其特征在于：所述OCT系统包括控制系统，所述控制系统中内置有单调递增倒数函数的计算程序，所述函数用于对经所述OCT系统采集人眼得到的光谱信号数据经过快速傅里叶变化后进行处理；

其中，所述倒数函数的图形和对数函数的图形在同一坐标系上大致重合。

6.如权利要求5所述的OCT图像的处理装置，其特征在于：所述OCT系统包括：光源、分光模块、参考臂模块、样品臂模块、探测模块和所述控制系统；所述光源发出的光被所述分光模块分成参考光和探测光，所述参考光传递给所述参考臂模块，所述探测光经过所述样品臂后扫描人眼；所述探测光经人眼散射后，携带人眼信息由所述样品臂返回至所述分光模块，并与从所述参考臂返回的参考光在所述分光模块处发生干涉，所述干涉光被传递至所述探测模块，得到所述干涉光的光谱信号。

7.如权利要求5所述的OCT图像的处理装置，其特征在于：所述对数函数为y＝lg^x。

8.如权利要求5所述的OCT图像的处理装置，其特征在于：所述控制系统还包括：数据采集单元、背景光谱去除单元、插值计算单元、色散补偿单元、快速傅立叶计算单元和归一化处理单元；

所述数据采集单元采集所述光谱信号的数据，所述数据有若干个点，所述若干个点按每相邻两个点间距等于所述光谱信号的波长横向排列；

所述背景光谱去除单元用于对所述数据去除背景光谱；

所述插值计算单元用于：将所述按波长等距排列的若干个点，转换成按频率间隔排列的若干个点；

所述色散补偿单元用于对已转化成按频率间隔排列的若干个点进行色散补偿；

所述归一化函数单元用于对经过所述倒数函数处理后的数据减去背景噪声均值列，处理成所述OCT图像。