CN111568374A - 一种傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法,在计算机后处理频谱图像过程中,增加一个测量并优化色散的迭代算法,实现对成像系统硬件产生色散的自动数值补偿,从而产生与理想物理色散匹配相近似甚至更好的图像分辨率,最终实现高分辨率成像。
Description
技术领域
本发明涉及光学相干断层扫描技术领域,尤其是一种傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法。
背景技术
光学相干断层扫描是一种新兴的成像技术,可以实现对生物组织和材料的高分辨率横截面的扫描成像,取得三维立体结构分布图。利用百纳米宽带光源实现的超高分辨率光学相干层析成像技术可使轴向分辨率达到几微米及亚微米精度。与时域光学相干层析成像相不同,傅里叶域光学相干层析成像中后向散射或后向反射光的强度和延迟时间则是通过干涉所得的光谱来测量的,样品中所有深度位置反射的信号同时被数千个光电探测器一次探测完成,而在传统的时域光学相干层析成像探测技术中需要对样品进行逐点的深度扫描,先后探测样品各个深度位置处的信息,相比较,傅里叶域光学相干层析成像显著提高了灵敏度和成像速度。在傅立叶域光学相干层析成像中,傅立叶域光学相干层析成像检测可以通过两种方式实现:使用线阵光谱仪实现的光谱域光学相干层析成像或使用快速可调激光源的扫频光学相干层析成像。傅立叶域光学相干层析成像提供对光谱条纹图案的直接采集,成本较低,成像效果较好,从而实现了广泛的新颖应用。光谱域光学相干层析成像可用于分析不同组织的吸收强度测量,多普勒技术可以用于血管成像,以及复杂的傅立叶域信号处理可以测量分析轴向血液流速等信息。
色散是由于材料对不同频率的光传播特性不同所产生的,超高分辨率光学相干层析成像需要百纳米以上的光谱宽带,大带宽的波段在系统中将引入较大的色散,从而使得图像变得模糊不清,分辨率大大降低,因此只有参考臂和样品臂之间的色散失配得到完美补偿才能获得最高的图像分辨率。现有的色散补偿方法通常是通过匹配两个干涉仪臂中的光学材料和路径长度来进行的,也就是通过硬件实现的。基于光栅的相位延迟扫描器可用于同时提供色散补偿组和相位延迟扫描。如果样品臂中的色散固定,则这些方法效果很好,但是如果样品之间的色散不同,则需要重新调整。但是光学相干层析成像的应用主要针对的是动物体和人体组织,比如人眼的视网膜、大脑皮层等,组织结构复杂,样品间的色散并不相同,因此传统物理色散补偿方法对于光学相干层析成像系统的应用并不实用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法,使光学相干层析成像系统获得的成像质量符合实际医疗检测的需要,实现超高分辨率三维立体成像。
为解决上述技术问题,本发明提供一种傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法,包括如下步骤:
(1)从光谱仪采集到的干涉频谱强度Sout(λ)=|ER(λ)|2+2Re{ER(λ)*ΕS(λ)}+|ES(λ)|2减去仅来自参考臂的参考频谱强度,进而得到纯干涉频谱强度Sint(λ)=2Re{ER(λ)*ΕS(λ)},其中ER(λ)是参考光的光谱振幅,ΕS(λ)为信号光的光谱复振幅,λ表示光的波长;
(2)对纯干涉频谱强度Sint(λ)=2Re{ER(λ)*ΕS(λ)}进行缩放,将自变量从波长转换成频率,并重新采样得到纯干涉光谱强度Sint(ω)=2Re{ER(ω)*ΕS(ω)},其中ω表示光的角频率;
(4)Φ(ω)展开为-a2(ω-ω0)2-a3(ω–ω0)3的表达方式,首先调整系数-a2来消除群速度色散不平衡,然后调整系数-a3以消除三阶色散的影响,其中ω0是光谱的中心角频率,a2是二阶角频率展开系数,a3是三阶展开系数;
(5)对色散补偿后的信号进行快速傅里叶变换,获得轴向深度的图像强度分布;
(6)利用得到的图像信息构建清晰度指标函数M(a2,a3),表示当图像越锐利,该函数值越大,采用该指标函数来判断所得到图像的锐利程度;
(7)对步骤(4)-步骤(7)进行迭代,直到清晰度指标函数M(a2,a3)取得最大值,自动数值色散补偿完成。
优选的,图像清晰度指标函数M(a2,a3),定义为单个扫描轴向反射强度图像中大于预先设置好的强度阈值的亮点的总数;该函数值最大,则认为,图像最锐利和最清晰,表示色散补偿效果最好,在自动数值色散补偿方法中,作为迭代算法完成与否的判定准则。
优选的,清晰度指标函数M(a2,a3)表征图像质量,重复迭代修正相位因子Φ(ω)使得获取最大的M值,从而得到最为锐利的图像结果,最大程度的得到高清晰图像结果。
优选的,描述轴向反射强度分布的锐利程度的表征函数M(a2,a3),在设计搭建完成的光路系统中使用反射镜为标准样品,所得到的图像为脉冲形状,对没有色散补偿的干涉频谱进行恢复,得到的图像中,图像是一个较宽的波形分布,无法表征单个深度位置的反射强度。
优选的,描述轴向反射强度分布的锐利程度的表征函数M(a2,a3),在设计搭建完成的光路系统中使用反射镜为标准样品,所得到的图像为脉冲形状,当色散补偿趋近完全补偿时,脉冲的宽度为最窄,表征图像最为锐利,并可获取各阶的色散补偿系数。
本发明的有益效果为:本发明实现了光学相干层析成像系统的色散补偿的自动化,效率高,效果好;针对傅里叶域光学相干层析成像不同的应用对象,可以根据实际情况,设置一个或多个需要进行色散补偿阶数的系数,在实际应用中,本发明能在最大程度上进行色散补偿,实现傅里叶域光学相干层析成像系统的超高分辨率成像。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的一种傅里叶域光学相干层析成像的轴向点传递函数示意图。
图3为本发明的一种傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法优化示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法,包括如下步骤:
(1)从光谱仪采集到的干涉频谱Sout(λ)=|ER(λ)|2+2Re{ER(λ)*ΕS(λ)}+|ES(λ)|2减去仅来自参考臂的参考频谱强度,进而得到纯干涉频谱Sint(λ)=2Re{ER(λ)*ΕS(λ)};
(2)对纯干涉频谱Sint(λ)=2Re{ER(λ)*ΕS(λ)}进行缩放,将自变量从波长转换成频率,并重新采样得到Sint(ω)=2Re{ER(ω)*ΕS(ω)};
(4)Φ(ω)展开为-a2(ω-ω0)2-a3(ω–ω0)3的表达方式,首先调整系数-a2来消除群速度色散不平衡,然后调整系数-a3以消除三阶色散的影响;
(5)对色散补偿后的信号进行快速傅里叶变换,获得轴向深度的图像强度分布;
(6)利用得到的图像信息构建清晰度指标函数M(a2,a3),表示当图像越锐利,该函数值越大,采用该指标函数来判断所得到图像的锐利程度;
(7)对步骤(4)-步骤(7)进行迭代,直到清晰度指标函数M(a2,a3)取得最大值,自动数值色散补偿完成。
清晰度指标函数M(a2,a3)表征图像质量,重复迭代修正相位因子Φ(ω)使得获取最大的M值,从而得到最为锐利的图像结果,最大程度的得到高清晰图像结果。
图像清晰度的指标函数M(a2,a3),定义为单个扫描轴向反射强度图像中大于预先设置好的强度阈值的亮点的总数;该函数值最大,则认为,图像最锐利和最清晰,表示色散补偿效果最好,在自动数值色散补偿方法中,作为迭代算法完成与否的判定准则。
描述轴向反射强度分布的锐利程度的表征函数M(a2,a3),在设计搭建完成的光路系统中使用反射镜为标准样品,所得到的图像为脉冲形状,对没有色散补偿的干涉频谱进行恢复,得到的图像中,图像是一个较宽的波形分布,无法表征单个深度位置的反射强度。
描述轴向反射强度分布的锐利程度的表征函数M(a2,a3),在设计搭建完成的光路系统中使用反射镜为标准样品,所得到的图像为脉冲形状,当色散补偿趋近完全补偿时,脉冲的宽度为最窄,表征图像最为锐利,并可获取各阶的色散补偿系数。
图2为本发明的一种傅里叶域光学相干层析成像的轴向点传递函数,在色散的影响下,点传递函数被展宽,这将很大得影响轴向的成像质量。由于二阶和三阶色散效应的影响导致在深度20微米处的点传递函数被展宽,从而将影响系统的深度分辨率和成像质量。
图3为本发明的一种傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法实现了对轴向点传递函数的有效优化,通过色散补偿的优化,系统的点传递函数得到很好的优化,半高全宽变为最窄,从而提高了图像的轴向成像质量。本发明对展宽的点传递函数进行校正后,得到的理想的点传递函数,宽度变极窄,将有效提升深度的成像质量。
Claims (5)
1.一种傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)从光谱仪采集到的干涉频谱强度Sout(λ)=|ER(λ)|2+2Re{ER(λ)*ΕS(λ)}+|ES(λ)|2减去仅来自参考臂的参考频谱强度,进而得到纯干涉频谱强度Sint(λ)=2Re{ER(λ)*ΕS(λ)},其中ER(λ)是参考光的光谱振幅,ΕS(λ)为信号光的光谱复振幅,λ表示光的波长;
(2)对纯干涉频谱强度Sint(λ)=2Re{ER(λ)*ΕS(λ)}进行缩放,将自变量从波长转换成频率,并重新采样得到纯干涉光谱强度Sint(ω)=2Re{ER(ω)*ΕS(ω)},其中ω表示光的角频率;
(4)Φ(ω)展开为-a2(ω-ω0)2-a3(ω–ω0)3的表达方式,首先调整系数-a2来消除群速度色散不平衡,然后调整系数-a3以消除三阶色散的影响,其中ω0是光谱的中心角频率,a2是二阶角频率展开系数,a3是三阶展开系数;
(5)对色散补偿后的信号进行快速傅里叶变换,获得轴向深度的图像强度分布;
(6)利用得到的图像信息构建清晰度指标函数M(a2,a3),表示当图像越锐利,该函数值越大,采用该指标函数来判断所得到图像的锐利程度;
(7)对步骤(4)-步骤(7)进行迭代,直到清晰度指标函数M(a2,a3)取得最大值,自动数值色散补偿完成。
2.如权利要求1所述的傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法,其特征在于,图像清晰度指标函数M(a2,a3),定义为单个扫描轴向反射强度图像中大于预先设置好的强度阈值的亮点的总数;该函数值最大,则认为,图像最锐利和最清晰,表示色散补偿效果最好,在自动数值色散补偿方法中,作为迭代算法完成与否的判定准则。
3.如权利要求1所述的傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法,其特征在于,清晰度指标函数M(a2,a3)表征图像质量,重复迭代修正相位因子Φ(ω)使得获取最大的M值,从而得到最为锐利的图像结果,最大程度的得到高清晰图像结果。
4.如权利要求1所述的傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法,其特征在于,描述轴向反射强度分布的锐利程度的表征函数M(a2,a3),在设计搭建完成的光路系统中使用反射镜为标准样品,所得到的图像为脉冲形状,对没有色散补偿的干涉频谱进行恢复,得到的图像中,图像是一个较宽的波形分布,无法表征单个深度位置的反射强度。
5.如权利要求1所述的傅里叶域光学相干层析成像的自动数值色散补偿方法,其特征在于,描述轴向反射强度分布的锐利程度的表征函数M(a2,a3),在设计搭建完成的光路系统中使用反射镜为标准样品,所得到的图像为脉冲形状,当色散补偿趋近完全补偿时,脉冲的宽度为最窄,表征图像最为锐利,并可获取各阶的色散补偿系数。
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---|---|
CN (1) | CN111568374A (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112595679A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-04-02 | 季华实验室 | 一种谱域光学相干层析测量系统及测量方法 |
CN112597947A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-02 | 电子科技大学 | 一种基于傅里叶域光学相干层析成像技术的色散补偿方法 |
CN113588595A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-02 | 清华大学 | 一种溶液吸收谱线测量方法 |
CN113624720A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-09 | 清华大学 | 基于傅里叶域光学相干层析成像的色散补偿方法 |
CN115941915A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-04-07 | 北京心联光电科技有限公司 | 一种oct图像色散校正的方法、装置、介质及设备 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101181153A (zh) * | 2007-12-12 | 2008-05-21 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 高分辨率光学相干层析成像方法 |
CN101692628A (zh) * | 2009-09-10 | 2010-04-07 | 复旦大学 | 基于单边带调制的单载波频域均衡技术的光纤通信系统 |
CN106361279A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-01 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光学相干层析成像系统全探测深度色散补偿方法 |
CN107661089A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-02-06 | 北京工业大学 | 一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法和系统 |
-
2020
- 2020-04-20 CN CN202010309728.8A patent/CN111568374A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101181153A (zh) * | 2007-12-12 | 2008-05-21 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 高分辨率光学相干层析成像方法 |
CN101692628A (zh) * | 2009-09-10 | 2010-04-07 | 复旦大学 | 基于单边带调制的单载波频域均衡技术的光纤通信系统 |
CN106361279A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-01 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光学相干层析成像系统全探测深度色散补偿方法 |
CN107661089A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-02-06 | 北京工业大学 | 一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法和系统 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112597947A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-02 | 电子科技大学 | 一种基于傅里叶域光学相干层析成像技术的色散补偿方法 |
CN112597947B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-03-08 | 电子科技大学 | 一种基于傅里叶域光学相干层析成像技术的色散补偿方法 |
CN112595679A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-04-02 | 季华实验室 | 一种谱域光学相干层析测量系统及测量方法 |
CN113588595A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-02 | 清华大学 | 一种溶液吸收谱线测量方法 |
CN113624720A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-09 | 清华大学 | 基于傅里叶域光学相干层析成像的色散补偿方法 |
CN113588595B (zh) * | 2021-07-28 | 2022-12-02 | 清华大学 | 一种溶液吸收谱线测量方法 |
CN115941915A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-04-07 | 北京心联光电科技有限公司 | 一种oct图像色散校正的方法、装置、介质及设备 |
CN115941915B (zh) * | 2023-03-14 | 2023-05-12 | 北京心联光电科技有限公司 | 一种oct图像色散校正的方法、装置、介质及设备 |
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