CN107661089A - 一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法和系统，采用宽带超辐射激光器(SLD)作为记录光源，采用三步相移得到的复干涉强度谱，获得干涉谱强度复函数的相位值，利用迭代法获得若干深度层位置的二阶色散系数值，拟合得到二阶色散系数随深度层位置的变化曲线，据此直接得到各深度层的二阶色散系数值并实现层析图深度方向上的连续色散补偿，具有利用三步相移提取相位分布并由拟合曲线直接获得各层二阶色散系数值来实现连续分层色散矫正的特点。该光学系统采用光纤和光纤耦合器分束及合束，光路结构简单并易于实用化，结合连续色散补偿方法可以获得高质量的频域OCT成像结果。

Description

一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法和系统

技术领域

本发明属于光学相干层析成像色散矫正方法，特别是涉及一种频域光学相干层析成像的消色散连续补偿方法和系统。

背景技术

光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography，简称OCT)利用干涉原理实现对样品的深度信息的层析采集，是一种非接触、无损伤的光学成像技术，在生物医学成像领域有广泛应用。OCT技术根据其是否进行深度方向上扫描，可以分为时域OCT和频域OCT。时域OCT系统是基于逐点扫描探测方式，通过改变参考臂和物品臂的光程差，探测获得样品不同深度的信息。由于时域OCT每点测量都需要移动参考臂来改变参考臂和物品臂的光程差，其探测耗费时间长。频域OCT层析成像系统则是在光路中加入光栅，利用光栅的分光性能，使得光栅与CCD图像采集器组成一个光谱仪，直接记录下来自参考臂的参考光与来自样品臂的信号光产生的干涉条纹，即干涉谱强度分布。由于样品深度方向上的结构信息就包含在干涉条纹中，因此，不需要改变光程差，一次成像记录即可得到一个横向位置的一定深度内的样品信息。通常，还需要通过横向移动样品(称为横向扫描或B扫描)，逐次记录所有横向位置的干涉谱强度。对这些干涉谱强度进行傅里叶逆变换处理后，就可以得到样品的二维层析图。频域OCT层析图上含有镜像，复频域OCT技术可以通过相移法去除镜像，使得频域OCT层析成像的最大探测范围扩大一倍。由于频域OCT使用的宽带光源，宽带光源导致群速度色散效应的产生，降低了层析图的轴向分辨率。

现有的频域光学相干层析成像技术主要包括以下两个步骤：

1.图像采集过程：基于迈克尔逊干涉仪为核心结构的频域光学相干层析扫描系统，调整参考臂和样品臂的光程差满足干涉条件，通过图像采集器记录干涉图。

2.图像处理过程：可以对得到干涉图像进行相移去干扰项(直流项、寄生项、镜像)处理，并对去镜像处理后的干涉图做傅里叶逆变换，得到所需要的样品层析信息。

3.去色散过程：采用标定光源，对干涉光谱进行物理标定，然后进行去色散处理。

现有频域OCT去色散成像方法存在的缺陷是：

其一，需要采用标定光源，对所记录的干涉谱强度图的光谱进行物理标定，标定的准确性对去色散的效果有影响。

其二，难以实现整个深度方向不同位置(不同深度层)的色散补偿，会出现有些深度层色散过补偿和有些深度层色散欠补偿的问题。由于样品内部不同深度位置处的色散系数不同，在频域OCT层析成像中使用统一的二阶色散系数值对整个深度方向位置(各深度层)进行补偿，其色散补偿效果在不同深度层差异很大。当减掉的二阶色散相位大于所在深度的二阶色散相位的时候，会导致过补偿现象的产生，当减掉的二阶色散相位小于所在深度的二阶色散相位的时候，会导致欠补偿现象的产生。

为了使每一个深度位置都实现有效二阶色散补偿(去色散)，提出深度方向上连续色散补偿的方法，确定每一个深度层对应的二阶色散系数，用以实现深度方向上的连续分层色散补偿，提高频域OCT层析图的成像质量。

发明内容

本发明目的在于提供一种频域OCT连续色散补偿成像方法和系统，用以实现频域OCT或复频域OCT的连续消色散层析成像。

本发明的连续色散补偿层析成像方法，是指在深度方向上连续进行分层色散补偿的消色散方法，通过对所记录干涉谱强度中表征深度方向色散的相位参量沿着深度增加方向逐层进行色散补偿，实现连续消色散层析成像的目的。

一种频域OCT连续色散补偿成像系统，其特征在于包括：超辐射激光器SLD 1、第一光纤2、第二光纤3、第三光纤4、第四光纤5、2×2光纤耦合器6、第一扩束准直器7、反射镜8、压电平移台9、第二扩束准直器10、振镜11、第一透镜12、样品13、载物平移台14、第三扩束准直器15、反射型光栅16、第二透镜17，图像采集器CCD18，计算机19。超辐射激光器SLD 1是宽带光源；2×2光纤耦合器6的四个端口分别与第一光纤2、第二光纤3、第三光纤4、第四光纤5连接。所述激光器SLD 1与第一光纤2的一端连接，第一光纤2的另一端接入2×2光纤耦合器6第一端(输入端)；第二光纤3一端接入2×2光纤耦合器第二端，第二光纤3另一端与第一扩束准直器7连接，反射镜8安装于压电平移台9上，所述第二光纤3、第一扩束准直器7以及安装于压电平移台9上的反射镜8组成参考臂；第三光纤4一端接入2×2光纤耦合器第三端，第三光纤4另一端与第二扩束准直器10连接，第三光纤4、第二扩束准直器10、振镜11、第一透镜12以及样品13组成样品臂，样品13放置在载物平移台14上；第四光纤5一端接入2×2光纤耦合器第四端，第四光纤5另一端与第三扩束准直器15连接，并且，第四光纤5、第三扩束准直器15、反射型光栅16、第二透镜17，图像采集器18组成干涉臂；所述图像采集器18采集干涉光谱图后，将数据传送到计算机19进行数据处理。

所述超辐射激光器SLD 1发出的光，通过第一光纤2进入光纤耦合器后分成两束光；第一光束进入频域相干层析成像系统的参考臂，依次通过第二光纤3和第一扩束准直器7后，入射到参考臂末端的反射镜8上并被其反射，反射光原路返回重新耦合进入第四光纤5中，作为参考光；第二光束进入样品臂，依次通过第三光纤4、第二扩束准直器10、振镜11、第一透镜12后，入射到样品13上并被其反射，该样品反射光通过样品臂光路返回并耦合进入第四光纤5中，作为信号光；所述参考光和信号光共路通过第四光纤5、第三扩束准直器15、反射型光栅16和第二透镜17，入射到图像采集器18上形成干涉谱强度图；所述图像采集器18将接收到的干涉谱强度图传送到计算机19，进行成像重构和连续色散补偿处理，得到所测样品的频域OCT层析图。

所述样品臂中振镜11与透镜12组成扫描振镜组件，用于实现对样品的横向扫描。所述样品臂中，第二光束入射到样品13上，在样品内部不同层(折射率发生变化的位置)发射反射，从样品不同层反射回来的光由透镜12收集后作为信号光。所述信号光通过光纤耦合器6耦合进入第四光纤5中，并与从参考臂耦合进入的参考光在干涉臂光路中共路传输，并产生干涉。

所述反射型光栅16、第二透镜17和图像采集器18构成了所述频域相干层析成像系统的光谱仪组件。光谱仪组件中反射型光栅16，用于将具有宽带光谱的干涉光束按照其不同光谱进行衍射，即将不同波长的干涉光束衍射到不同方向，形成谱干涉分布；第二透镜17是会聚透镜，用于将衍射到各方向上不同波长的干涉光束会聚到图像采集器18的感光面上，形成频域OCT的干涉谱强度图。

一种频域OCT连续色散补偿层析成像方法包括：

首先，采用本发明的频域光学相干层析成像系统，确定参考臂与样品臂的零光程差位置，即参考臂末端反射镜8在样品臂的虚像位置，然后移动压电平移台9相对于零光程差位置依次移动到相移为π/2的第一位置、相移为π的第二位置和相移为3π/2的第三位置，对应于所述的相移π/2、相移π和相移3π/2三个位置，由图像采集器CDD 18依次记录样品的三幅干涉谱强度图，此三幅干涉谱图之间相位差π/2。

然后，将所述三幅干涉谱强度图传送到计算机中，对该干涉谱强度图进行成像重构和连续色散补偿处理，成像重构和连续色散补偿包括步骤：

第一步，构造复干涉谱强度并对之进行傅里叶逆变换，得到所述样品的二维层析图。使用上述的相移差为π/2的三幅干涉谱强度图构造复干涉谱强度，对所述复干涉谱强度进行傅里叶逆变换，得到去干扰项(直流项、寄生项、镜像)后的层析图，具体是：利用三步相移，使用所采集的相位依次相差π/2的三个干涉谱强度构造一个包含相位的干涉谱复函数，包括：构造复函数的实部，将第一个相移π/2干涉谱强度与第二个相移π的干涉谱强度相加后再与第三个相移3π/2的干涉谱强度的2倍相减，得到干涉谱复函数的实部；构造复函数的虚部，将第一个相移π/2干涉谱强度与第三个相移3π/2的干涉谱强度相减，得到干涉谱复函数的虚部；由所述的实部和虚部组合得到干涉谱复函数。然后，对所述的干涉谱复函数进行傅里叶逆变换，可以得到消除包括直流项、寄生项以及镜像的干扰项后的样品真实层析结构图像。由于去除了干扰项，可以提高层析图深度信息提取的准确性。

复干涉光谱强度函数为：

其中，是相位，a"是二阶色散系数，k是光源的波数，k₀是中心波数。相位的泰勒展开式中包含二阶色散相位二阶色散相位是频域OCT层析图色散展宽的主要因素。|s(k)|²是光源光谱的强度，l_p是对应于样品深度位置p点处的样品臂与参考臂之间的光程差，R_s(l_p)是样品深度位置p点处的背向散射系数，i是虚数单位。

第二步，采用窗函数提取所述层析图深度方向上一个深度层的层析结构并作傅里叶变换，得到该深度层对应的干涉谱强度，然后使用此方法，依次对n个不同深度层分别加窗提取并作傅里叶变换，得到对应n个深度层的干涉谱强度。选取所述层析图上若干深度层进行加窗截取并作傅里叶变换，得到若干不同深度层的干涉谱强度图，具体包括：沿着所得到的频域OCT层析图的深度方向(轴向)，采用窗函数(例如，矩形窗函数)在所述的层析图n个不同深度层依次截取层析结构，得到n个截取的层析结构；对所述的n个截取的层析结构分别进行傅里叶变换，得到所述n个不同深度层的n个干涉谱强度图，所述n个干涉谱强度分布表示为其中，l_n是第n个深度层位置对应的样品臂与参考臂之间的光程差。

第三步，逐一对所述各深度层的轴向信号迭代进行色散补偿，评价确定所述各深度层的二阶色散相位值，并计算得到对应的二阶色散系数值，具体包括：

首先，根据n个深度层干涉谱强度将复函数I_n(k)的虚部I_ni(k)比上实部I_nr(k)并求反正切，从所述n个干涉谱强度中提取对应于各深度层的相位公式如下

然后，从所得到相位中迭代减掉二阶色散相位得到色散补偿后的相位即再将替换I_n(k)中的得到二阶色散补偿后的干涉谱强度 对色散补偿后的干涉谱强度进行傅里叶逆变换F^-1[I'_n(k)]，得到色散补偿后的层析图，并且测定该层析图n个深度层的轴向信号强度。对所述n个不同深度层的色散补偿，可以通过对各深度层分别重复上述迭代色散补偿过程完成，例如，对第1个深度层，使用迭代法不断更新减掉的二阶色散相位值，当判定层析图第1深度层的轴向信号强度分布半高宽最小时，其迭代过程结束，第1深度层的色散补偿完成并得到该层的最终二阶色散相位值对第2深度层重复该迭代色散评价补偿过程，以此类推，直至对第n深度层重复该迭代色散评价补偿过程，所有n个深度层的色散补偿完成并得到所有n个深度层最终的二阶色散相位值

根据所得到的n个深度层的二阶色散相位值分别计算该n个深度层的二阶色散系数a"(l_n)，公式如下：

第四步，使用所得到的所述n个深度层的色散系数值a"(l_n)对深度层位置参量l_p(所述层析图深度方向的像素数)进行拟合，得到二阶色散系数随深度层位置(像素数)的变化曲线；从所述二阶色散系数随深度层位置变化的拟合曲线直接得到连续变化的各深度层(例如，以像素为单位变化的)对应的二阶色散系数值，从而获取层析图深度方向上连续分层(例如，以像素单位)变化的色散系数值。

第五步，在层析图深度方向上分层(例如，逐个像元)进行连续色散补偿，包括：采用所述各分层的色散系数a"(l_p)，利用公式(3)计算出各分层的二阶色散补偿相位采用第三步中减掉二阶色散相位的色散补偿方法，计算各分层补偿后的相位值对深度方向上的各分层(例如，逐个像元)轴向信号进行色散补偿，得到连续色散补偿后的干涉谱强度

第六步，对连续色散补偿后的干涉谱强度进行傅里叶逆变换，得到消除了色散展宽效应(色散补偿后)的层析图。

综上，本发明的一种频域OCT色散连续补偿成像方法的特点是，采用相移差为π/2的三幅干涉谱强度图构造复干涉谱强度，对所述复干涉谱强度进行傅里叶逆变换并得到去除干扰项(直流项、寄生项、镜像)的层析图，逐一对层析图深度方向若干不同深度层的轴向信号迭代进行色散补偿，评价确定所述各深度层的二阶色散相位值，并计算得到对应的二阶色散系数值；利用已得到的若干不同深度层的二阶色散系数，拟合得到二阶色散系数随深度层位置的变化曲线，并依据该拟合曲线直接获取层析图整个深度方向上以像素单位变化的各分层的二阶色散系数值；在深度方向上进行连续分层色散补偿的色散矫正，通过对所记录的干涉强度谱沿着深度增加方向逐层进行色散补偿，实现频域OCT及复频域OCT的连续消色散层析成像的目的。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的一种频域OCT色散连续补偿成像方法和系统的有益效果是，采用宽带超辐射激光器(SLD)作为记录光源，采用三步相移得到的复干涉强度谱，获得干涉谱强度复函数的相位值，利用迭代法获得若干深度层位置的二阶色散系数值，拟合得到二阶色散系数随深度层位置的变化曲线，据此直接得到各深度层的二阶色散系数值并实现层析图深度方向上的连续色散补偿，具有利用三步相移提取相位分布并由拟合曲线直接获得各层二阶色散系数值来实现连续分层色散矫正的特点。该光学系统采用光纤和光纤耦合器分束及合束，光路结构简单并易于实用化，结合连续色散补偿方法可以获得高质量的频域OCT成像结果，有利于开展更深层次的研究工作，具有较强的推广及应用价值。

附图说明

图1为本发明的频域光学相干层析连续色散补偿成像系统的示意图。

图2为本发明的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法的流程图。

图3为本发明的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法的迭代补偿过程的流程图。

图4为本发明的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法实施例的二阶色散系数拟合曲线。

图5为本发明的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法实施例的结果对比图。

图中：1、超辐射激光器SLD，2、第一光纤，3、第二光纤，4、第三光纤，5、第四光纤，6、2×2光纤耦合器，7、第一扩束准直器，8、反射镜，9、压电平移台，10、第二扩束准直器，11、振镜，12、第一透镜，13、样品，14、载物平移台，15、第三扩束准直器，16、反射型光栅，17、第二透镜，18、图像采集器，19、计算机。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的典型实施例及其特征。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的频域OCT色散连续补偿成像系统组成如图1所示，由分光比为75:25的2×2光纤耦合器连接发射光路、参考臂光路、信号臂光路以及干涉光路四部分组成，包括；由超辐射激光器SLD 1、第一光纤2组成的发射光路；由第二光纤3、第一扩束准直器7、反射镜8、压电平移台9组成的参考臂光路；由第三光纤4、第二扩束准直器10、振镜11、第一透镜12、以及安置于载物平移台14上的样品13组成的样品臂光路；由第四光纤5、第三扩束准直器15、反射型光栅16、第二透镜17，图像采集器18，组成的干涉臂光路；以及，光学连接四部分光路并实现分束或合束的光纤耦合器6，及用于处理图像采集器18所采集的干涉谱强度数据的计算机19。超辐射激光器SLD 1是中心波长840nm、谱宽60nm的宽带光源；2×2光纤耦合器6的四个端口分别与第一光纤2、第二光纤3、第三光纤4、第四光纤5连接。激光器SLD 1与第一光纤2的一端连接，第一光纤2的另一端接入2×2光纤耦合器6第一端(输入端)；第二光纤3一端接入2×2光纤耦合器第二端，第二光纤3另一端与第一扩束准直器7连接，反射镜8安装于压电平移台9上；第三光纤4一端接入2×2光纤耦合器第三端，第三光纤4另一端与第二扩束准直器10连接，样品13安置于载物平移台14上；第四光纤5一端接入2×2光纤耦合器第四端，第四光纤5另一端与第三扩束准直器15连接，反射型光栅16、第二透镜17和图像采集器18组成光谱仪系统；所述图像采集器18采集干涉光谱图后，将数据传送到计算机19进行成像重构和色散补偿。

所述反射型光栅16分辨率为每毫米1200线对；所述CCD图像采集器18的感光面尺寸为2448×2048像素，像元尺寸3.45μm×3.45μm；样品13为8层堆叠的盖玻片，每层盖片具有简单的前后表面结构，其折射率约为1.5，样品13安置于可微动平移的载物台14上，所述载物平移台14在电动控制下可微动平移，用以对样品进行横向扫描(B扫描)。

所述超辐射激光器SLD 1发出的光，通过第一光纤2进入光纤耦合器6后分成两束光；第一光束进入频域相干层析成像系统的参考臂，依次通过第二光纤3和第一扩束准直器7后，入射到参考臂末端的反射镜8上并被其反射，反射光原路返回重新耦合进入第四光纤5中，作为参考光；第二光束进入样品臂，依次通过第三光纤4、第二扩束准直器10、振镜11、第一透镜12后，入射到样品13上并被其反射，该样品反射光通过样品臂光路返回并耦合进入第四光纤5中，作为信号光；所述参考光和信号光共路通过第四光纤5、第三扩束准直器15、反射型光栅16和第二透镜17，入射到图像采集器18上形成干涉光谱图，所述图像采集器18记录干涉光谱图并传送到计算机19中，就得到所测样品的一个横向位置的干涉光谱图。通常，一幅完整的二维层析图是由多个横向扫描点的轴向强度信号拼接而成，因此需要对样品进行横向扫描并采集相应横向位置的干涉光谱图。对样品的横向扫描可以采用所述样品臂中振镜11与透镜12予以实现。

本发明的频域OCT连续色散补偿成像方法，按照如图2所示流程，完成以下步骤：

(1)采集8层堆叠盖玻片样品的三幅相移差为π/2的频域OCT干涉光谱图。首先，选择样品的某一个横向位置(例如，以样品左端为起点位置)为成像探测点，采用本发明的频域OCT色散连续补偿成像系统，移动压电平移台9，定位参考臂与样品臂的零光程差位置，即确定参考臂末端反射镜8在样品臂的虚像位置为零光程差位置；然后，移动压电平移台9相对于零光程差位置依次移动到相移为π/2的第一位置、相移为π的第二位置和相移为3π/2的第三位置，对应于所述的相移π/2、相移π和相移3π/2三个位置，由CDD图像采集器18依次记录样品的三幅干涉谱强度图，这三幅干涉谱强度图之间相位差π/2；将所述三幅干涉谱强度图传送到计算机中进行图像重构和连续色散补偿处理。

(2)构造复干涉谱强度并对之进行傅里叶逆变换，得到所述样品的二维层析图。首先，使用上述的相移差为π/2的三幅干涉光谱强度图构造复干涉谱强度，包括：构造复干涉谱强度函数的实部，将第一个相移π/2干涉光谱强度与第二个相移π的干涉光谱强度相加后再与第三个相移3π/2的干涉光谱强度的2倍相减，得到干涉光谱复函数的实部；以及，构造复函数的虚部，将第一个相移π/2干涉光谱强度与第三个相移3π/2的干涉光谱强度相减，得到干涉光谱复函数的虚部；再之，由该实部和虚部组合得到复干涉谱强度函数。然后，对该复干涉谱强度进行傅里叶逆变换，得到去干扰项(直流项、寄生项、镜像)后的层析图。所得到的该层析图包含二阶色散相位产生的色散展宽。

(3)选取所述层析图上7个深度位置进行加窗截取并作傅里叶变换，得到此7个深度位置的干涉谱强度图。使用矩形窗函数，对盖玻片层析图1010像素点深度位置上(第二层盖玻片的下表面和第三层盖玻片上表面的交界处)的轴向信号进行截取。对层析图其它深度位置进行补零操作，在提取1010像素点深度位置上的轴向信号后，对轴向信号作傅里叶变换，得到干涉谱分布，此时的干涉谱只包含1010像素点深度位置上的结构信息。依此方法，沿着该层析图整个深度方向(轴向)，采用矩形窗函数分别截取8层堆叠盖玻片层析图上7个交界层的层析结构，对此7个截取的层析结构分别作傅里叶变换，得到与此7个深度对应的7个干涉谱强度图，其干涉谱强度为

(4)使用如图3所示迭代补偿流程，逐一对7个深度位置处的轴向信号迭代进行色散补偿，评价确定所述各深度位置的二阶色散相位值，并计算得到对应的二阶色散系数值。包括：

首先，依次根据7个深度位置的干涉谱强度按照公式(2)，分别将虚部I_ni(k)比上实部I_nr(k)并求反正切，提取出7个深度位置干涉谱强度中的相位

然后，从所得到7个位置的相位中迭代减掉二阶色散相位得到色散补偿后的相位即再将替换I_n(k)中的得到二阶色散补偿后的干涉谱强度对色散补偿后的干涉谱强度进行傅里叶逆变换，得到色散补偿后的层析图，并且测定该层析图n个深度位置的轴向信号强度。对7个不同深度位置的色散补偿，可以按照所述迭代法分别重复上述色散补偿过程，例如，对第1个深度位置，使用迭代法不断更新减掉的二阶色散相位值，当判定第1位置的层析图轴向信号强度分布半高宽最小时，其迭代过程结束，第1位置的色散补偿完成并得到该位置的最终二阶色散相位值对第2位置重复该迭代法色散评价补偿过程，以此类推，直至第7位置重复该迭代法色散评价补偿过程，所有7个位置的色散补偿完成并得到所有7个位置的最终二阶色散相位值

根据公式(3)，由所得到的7个位置的二阶色散相位值分别计算其对应的7个深度层的二阶色散系数a"(l_n)，n＝1,…7。

第四步，用所得到的7个对应深度位置的色散系数值a"(l_n)对深度层位置(像素数)l_p进行拟合，得到二阶色散系数随深度层位置(像素数)的变化曲线，如图4所示；进一步，由所述的拟合曲线直接得到连续变化的各分层(例如，以一个像素为单位变化的)对应的二阶色散系数值。

第五步，在层析图整个深度方向上逐层(逐个像素)进行连续色散补偿：根据得到的各分层色散系数a"(l_p)，利用公式(3)计算出各分层的二阶色散补偿相位采用第四步中的减去二阶色散相位的色散补偿过程，在整个深度方向上逐层完成色散补偿，得到连续分层色散补偿后的复干涉谱强度。

第六步，对连续色散补偿后的复干涉谱强度作傅里叶逆变换，得到消除色散展宽效应(完成色散补偿后)的层析图，如图5(b)所示。

由例如图4的拟合曲线数据可见，层析图在深度方向上每增加一个像素的深度，二阶色散系数相应地增加3.5×10^-7rad·nm^-2。根据这条线性曲线，对盖玻片深度方向上的所有像素点都进行色散补偿，如图5对比结果所示，实现了层析图在深度方向上的连续分层色散补偿，有效解决了频域OCT层析成像的色散补偿过程中出现的欠补偿和过补偿的问题。

在实施例中，使用了波长840nm的超辐射半导体激光器(SLD)，但不限定于使用此类激光器，任何宽带激光器和扫频激光器皆可用作本发明所述系统的光源，属于本发明范围。实施例中，连续分层色散补偿是利用拟合得到的二阶色散系数在层析图深度方向上逐个像元分层进行色散补偿的，但不限于此逐个像元分层方式，其他基于样品光学结构所采用任意多像元为单位的分层方式进行连续色散补偿，也属于本发明范围。

本发明提供一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法和系统，超辐射激光器SLD发出的光，通过第一光纤进入光纤耦合器后分成两束光；第一光束入射到参考臂末端的反射镜上原路返回重新耦合进入干涉臂，作为参考光；第二光束进入样品臂，入射到样品上并返回耦合进入干涉臂，作为信号光；所述参考光和信号光在干涉臂共路通过并干涉，入射到图像采集器上形成干涉谱强度图；所述图像采集器将接收到的干涉谱强度图传送到计算机，重构成像并进行连续色散补偿，得到分层色散矫正的频域OCT层析图。连续色散补偿包括，采集相移差为π/2的三幅干涉谱强度图，在所述层析图深度方向上采用窗函数提取一个深度层的层析结构并作傅里叶变换，迭代进行若干层色散补偿，拟合二阶色散系数随深度分层变化的曲线，对连续色散补偿后的干涉谱强度进行傅里叶逆变换，得到消除色散展宽的层析图。

尽管参考特定优选实施例详细描述了本发明，在此描述的本发明实施例没有打算是详尽的或者局限于所公开的具体形式。相反，所选的用于说明问题的实施例是为了使本技术领域内的技术人员实施本发明而选择的。尽管本公开是采用压电陶瓷平移台进行三步相移提取相位信息结合迭代色散补偿方法来描述的，但是应当明白，可以采用其他类型装置进行相移及其他方法提取相位信息结合迭代色散补偿方法消除色散展宽。在不脱离下面的权利要求所描述和限定的本发明的实质范围的情况下，存在变型例和修改例。

Claims (10)

1.一种频域光学相干层析连续色散补偿成像系统，其特征在于，包括：超辐射激光器SLD、第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、2×2光纤耦合器、第一扩束准直器、反射镜、压电平移台、第二扩束准直器、振镜、第一透镜、样品、载物平移台、第三扩束准直器、反射型光栅、第二透镜、图像采集器以及计算机，其中2×2光纤耦合器的四个端口分别与第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤连接；激光器SLD与第一光纤的一端连接，第一光纤的另一端接入2×2光纤耦合器第一端(输入端)；第二光纤一端接入2×2光纤耦合器第二端，第二光纤另一端与第一扩束准直器连接，反射镜安装于压电平移台上，所述第二光纤、第一扩束准直器以及安装于压电平移台上的反射镜组成参考臂；第三光纤一端接入2×2光纤耦合器第三端，第三光纤另一端与第二扩束准直器连接，第三光纤、第二扩束准直器、振镜、第一透镜以及样品组成样品臂，样品放置在载物平移台上；第四光纤一端接入2×2光纤耦合器第四端，第四光纤另一端与第三扩束准直器连接，并且，第四光纤、第三扩束准直器、反射型光栅、第二透镜，图像采集器组成干涉臂；所述图像采集器采集干涉谱图后，将数据传送到计算机进行处理。

所述超辐射激光器SLD发出的光，通过第一光纤进入光纤耦合器后分成两束光；第一光束进入频域相干层析成像系统的参考臂，依次通过第二光纤和第一扩束准直器后，入射到参考臂末端的反射镜上并被其反射，反射光原路返回重新耦合进入第四光纤中，作为参考光；第二光束进入样品臂，依次通过第三光纤、第二扩束准直器、振镜、第一透镜后，入射到样品上并被其反射，该样品反射光通过样品臂光路返回并耦合进入第四光纤中，作为信号光；所述参考光和信号光共路通过第四光纤、第三扩束准直器、反射型光栅和第二透镜，入射到图像采集器上形成干涉谱强度图；所述图像采集器将接收到的干涉谱强度图传送到计算机，进行成像重构和连续色散补偿。

2.根据权利要求1所述频域光学相干层析连续色散补偿成像系统，其特征在于，振镜与所述第一透镜组成扫描振镜组件，用于实现对样品的横向扫描。

3.根据权利要求1所述的频域光学相干层析连续色散补偿成像系统，其特征在于，反射型光栅、第二透镜和图像采集器构成了所述频域相干层析成像系统的光谱仪组件。

4.一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采集相移差为π/2的三幅干涉谱强度图，使用所述相移差为π/2的三幅干涉谱强度图构造一个包含相位的复干涉谱强度函数，对所述复干涉谱强度进行傅里叶逆变换，得到去干扰项后的层析图。

步骤2、在所述层析图的深度方向上采用窗函数提取一个深度层的层析结构并作傅里叶变换，得到该深度层的干涉谱强度；以此方法，依次对n个不同深度层分别加窗提取并作傅里叶变换，得到所述n个深度层的干涉谱强度

步骤3、逐一对所述n个各深度层的轴向信号迭代进行色散补偿，评价确定所述各深度层的二阶色散相位值，并计算得到对应的二阶色散系数值，包括：

步骤4、使用所述n个深度层的色散系数值a"(l_n)对深度层位置参量l_p进行拟合，得到二阶色散系数随深度层位置(像素数)的变化曲线；从所述二阶色散系数随深度层位置变化的拟合曲线直接得到连续分层的各深度层的二阶色散系数值。

步骤5、层析图深度方向上分层进行连续色散补偿，其特征在于包括由所述各分层的色散系数a"(l_p)，计算出各分层的二阶色散补偿相位采用减去二阶色散补偿相位的色散补偿方法，计算各分层色散补偿后的相位值对所述各分层轴向信号进行色散补偿，得到连续分层色散补偿后的干涉谱强度

步骤6、对连续色散补偿后的干涉谱强度进行傅里叶逆变换，得到消除了色散展宽效应的层析图。

5.根据权利要求4所述的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法，其特征在于，步骤3具体为：首先，根据n个深度层干涉谱强度提取所述各深度层的相位

然后，从所得到相位中迭代减掉二阶色散相位得到色散补偿后的相位即再将替换I_n(k)中的得到二阶色散补偿后的干涉谱强度 对色散补偿后的干涉谱强度进行傅里叶逆变换F^-1[I'_n(k)]，得到色散补偿后的层析图，并且测定该层析图n个深度层的轴向信号强度，判定迭代色散补偿完成。对所述n个不同深度层的色散补偿，通过对各深度层分别重复上述迭代色散补偿过程完成，得到所述n个深度层最终的二阶色散相位值并计算得到二阶色散系数。

6.根据权利要求4所述的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法，其特征在于，步骤1中构造一个包含相位的复干涉谱强度函数，包括：构造复函数的实部，将第一个相移π/2干涉谱强度与第二个相移π的干涉谱强度相加后再与第三个相移3π/2的干涉谱强度的2倍相减，得到干涉谱复函数的实部；构造复函数的虚部，将第一个相移π/2干涉谱强度与第三个相移3π/2的干涉谱强度相减，得到干涉谱复函数的虚部；由所述的实部和虚部组合得到干涉谱复函数。

7.根据权利要求4所述的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法，其特征在于，所述的加窗截取为采用窗函数在所述层析图上n个不同深度层依次截取层析结构。

8.根据权利要求4所述的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法，所述的提取各深度层的相位为：将复函数I_n(k)的虚部I_ni(k)比上实部I_nr(k)并求反正切，从所述n个干涉谱强度中提取对应于各深度层的相位公式如下

。

9.根据权利要求4所述的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法，所述的判定迭代色散补偿为：对所述深度层使用迭代法不断替换要减去的二阶色散相位值，当判定该深度层的轴向信号强度分布半高宽的最小时，该深度层的迭代色散补偿过程结束，以此方法，依次完成所述各深度层的迭代色散补偿。

10.根据权利要求4所述的频域光学相干层析连续色散补偿成像方法，其特征在于，所述的二阶色散系数由所述的n个深度层的二阶色散相位值分别计算所述n个深度层的二阶色散系数a"(l_n)，公式如下：