CN113917683A - 一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即时仿真测量矫正人眼高階像差的方法及系统,涉及光学领域,所述方法包括步骤1:通过自适应光学仿真器实时收集双眼的高阶像差信息;步骤2:通过硅基液晶空间相位调制器对高阶相差信息进行实时像差相位矫正;步骤3:通过从傅里叶色谱获得的基于编码孔径的像差相位进行像差建模,计算像差相位补偿;步骤4:通过傅里叶色谱基于像差相位补偿进行像差相位恢复;步骤5:将像差相位恢复图像导入嵌入式检索运算,还原生成高分辨率、大视场相位图像,完成像差补偿矫正。本发明基于双眼的高阶像差信息实现对视网膜图像进行像差补偿矫正。

Description

一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法及系统
技术领域
本发明涉及光学领域,特别是涉及一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法及系统。
背景技术
人眼是一种坚固且简单的光学仪器。仅由两个正透镜组成,即角膜和晶状体,通过角膜和晶状体将图像投射到视网膜中,从而启动视觉过程。与由许多透镜组成的人工光学系统相比,人工光学系统只能在一定角度和波长范围内工作时,提高图像质量。相比之下,眼睛要简单得多,可以很好地适应视觉系统的要求,眼睛使用透明的生物组织代替玻璃,以不同距离放置的物体形成大视野的高分辨率图像。
将聚焦在远处的物体精确成像到视网膜中,这种理想情况称为正视眼。但是大多数眼睛既没有足够的光学性能,也没有足够的尺寸来实现完美对焦。眼睛受到光学屈光不正的影响,在视网膜中形成的图像会模糊,通常会对视觉感知施加较低的限制。当将远处物体的图像聚焦在视网膜前时为近视;当将远处物体聚焦在视网膜后时为远视;另外每个眼睛并不是如此旋转对称的,常见体现是散光的存在:点源散光的视网膜图像由两条焦距不同的垂直线组成。眼睛实际上是属于一种非平面消像差光学系统(能同时校正球面像差和彗差的光学系统被视为非平面消像差光学系统)。尽管眼睛的光学质量相对较低,但实际上它已经过优化,并且两个光学组件(角膜和晶状体)具有可提供改进系统的功能。但在眼睛没有任何屈光不正,没有散焦和像散的情况下,它们也不会产生完美的图像,请参阅图1。
人眼产生像差的原因包括各屈光面固有的成像缺陷、调节时的动态变化以及各屈光面间的相互影响等多方面,具体包含以下因素:
1、角膜前表面不是理想的球面,而是非球面,然而中央4毫米区域却近似球形,所以产生球差。角膜顶点处较陡,边缘部较扁平。但顶点并不总在角膜的几何中心,往往偏下,不规则角膜的顶点偏离几何中心可达2mm以上。角膜各部分的厚度和曲率半径在各测量点上并不一致,这些就是角膜的不对称性和表面不规则性。
2、晶状体前表面较平坦,可抵消80%的角膜球差,但晶状体前表面也不平滑。随年龄增加,晶状体增厚,核发生硬化,各部位屈光指数不一致。晶状体的调节变化,除晶状体屈光力发生改变外,还可有X、Y、Z轴的变化,晶状体亦存在不对称性和表面不规则性。
3、其他玻璃体的变性、液化、混浊、后脱离等,泪膜的不均匀和不稳定,如干眼症或用药等影响。房水的改变。高度近视患者的视网膜形态变化等。
4、角膜和晶状体的光学中心不一致,与入瞳中心不一致。
5、光轴和视轴本身的偏差。
6、瞳孔除随光线的强弱发生改变,人群中存在相当大的生理差异,瞳孔增大,像差明显增加。入瞳中心并不在角膜的几何中心的对应点上。
在以上人眼正常像差的范围内,目前至少有二种可能的情况可以解释像差的大小与视敏度之间的关系。1、最低的眼睛像差,最佳的视觉性能。结果衍射受限的眼睛将产生最高的视敏度。2、特定类型和数量的像差(不同于零)将产生最佳性能。但可以确定的是能够掌握结合人眼修正控制像差,进而设计及制成光学透镜器材,将能大幅改进人眼视觉异常矫正质量。
在过去的700年中,人们一直在研究人眼的光学系统进行高低像差的校正或补偿。长期以来,众所周知正常的人眼会受到许多单色像差的影响,这些像差会降低视网膜图像质量,尽管可能是从13世纪就已经开始使用眼镜来校正散焦,而从19世纪就已经使用眼镜开始校正散光,但是目前的光学镜片仍留下了未校正的额外像差,例如球面像差等。未校正的像差因人而异,光学质量也不同,通常在直径约3mm的小瞳孔下,因为衍射现象眼睛可获得最佳的光学性能。但即使使用最好的眼镜或隐形眼镜矫正,当瞳孔较大时正常的人眼仍会遭受单色像差的困扰,它们会造成视力的模糊。点源的视网膜图像往往不是另一个点,而是由于高阶光学像差导致的光的扩展分布。眼睛与大多数人工光学系统不同,不是中心光学系统,因为眼表面的形状不是球形,而且各项组织排列不一定在一条直线上。提供最高分辨率的视网膜中央凹区域有时会偏离中心(平均约5度),并且晶状体也可能相对于角膜倾斜和/或偏离中心。
请参阅图2,近年使用自适应光学器件(AO)可以成功测量校正这些像差,从而为普通眼睛提供了高分辨率的视网膜图像。眼睛的像差限制了视网膜的图像分辨率,当观察者通过自适应光学系统(AO)观察物体时,对精细空间模式的对比度敏感度增加了,可以相对提供精确,快速的矫正。例如构建配备自适应光学器件的眼底照相机,该照相机提供了前所未有的分辨率,可以对人眼视网膜中单个细胞大小的微观结构进行成像,其中,自适应光学器件(AO)在许多高科技的应用方面都发挥了重要作用。
但是人类视觉涉及许多不同的机制,角膜和晶状体将图像投射到视网膜中,从在视网膜上图像的形成,再通过神经系统的传导和运输到对视觉场景的最终心理感知。其中,光学像差表征了作为光学仪器的人眼的视觉质量。近年来在测量和理解像差方面进行了大量的研究活动。目前自适应光学器件技术仍有许多不足与限制,需要更实时有效而且仿真的技术来测量校正人眼像差,从而提供更高分辨率的视网膜图像及视觉功能。
现实中不存在完美的无像差光学透镜,由有限数量的光学表面构成的所有光学成像系统将经历某种程度的像差问题。光学成像系统设计可以定义为复杂的过程,通过该过程可以选择特殊的光学组件及其空间关系以使像差最小化,并在所需视场(FOV)上提供可接受的图像分辨率。设计人员可用的光学表面越多,可以将像差最小化的程度就越大。但是这种用于最小化像差的物理系统改进方法已经达到了减少现代光学器件收益的点。近年来具有15个光学组件的显微镜物镜已经在市场上可以买到,但是很难想象在可预见的将来将更多数量级的光学表面塞入物镜是可行的。而且永远不可能期望这种用于最小化像差的策略来完成将像差完全清零的任务。换句话说,可以预期任何光学系统的空间带宽乘积(按FOV与逆分辨率的乘积缩放)仍然是由系统中的剩余像差所决定的设计界限。
毫无疑问,在具有较少光学表面的较简单光学系统中,像差的问题更加明显。眼睛是这种光学系统的一个很好的例子。虽然它可以很好地将外部场景传达到我们的视网膜层上,但其光学质量实际上很差。往往当临床医生出于诊断目的获取视网膜层的高分辨率时,必须以某种方式校正或补偿人眼晶状体和角膜像差。
当前最普遍的方法是使用自适应光学器件(AO)。实际上,这是一种物理校正像差的复杂方式,使用复杂的物理光学组件来补偿晶状体和角膜的像差。尽管自适应光学器件(AO)可以快速准确地实现,但其性能仅限于镜头所需视场(FOV)内像差补偿点周围的小区域。由于镜头的像差在空间上是变化的,因此需要对自适应光学器件(AO)进行光栅扫描,以在镜头所需视场(FOV)上获得无像差的图像。另外,自适应光学器件(AO)系统需要一个有源反馈回路,该有源回路需要一个波前测量装置和一个补偿装置,这会使光学系统变得非常复杂。
由于传统的自适应光学器件(AO)系统是独立的,因此使用在自适应光学系统中实现的校正设备很难真正评估性能的实际极限。传统采用夏克哈特曼波(HS)Hartmann-Shack波前传感器来寻找光学波前寻址液晶相位调制器中Zernike多项式的产生范围。然后通过独立于自适应光学器件系统的附加光继电器记录相关的点扩展函数,从而验证生成的波前的估计。对于超出生成范围的像差值,在点扩展图像中发现了近轴焦点处的强度峰值。该伪影的起源在于衍射效应。随着两个相位包裹之间的距离趋于调制器像素大小,相位调制器开始表现为衍射光栅。实际上,近轴峰表示衍射波前的零阶。夏克哈特曼波(HS)波前估计倾向于将这种影响降到最低。当在相位调制器中对大的,可能是中等的像差进行编程时,近轴峰的存在可能会影响用于高分辨率成像目的的自适应光学,在这种情况下像差校正将不太有效。
另外单眼视觉仅能提供部分信息,因为正常视觉是双眼的。双眼特征功能为视觉场景带来重要的好处和特殊功能。并且,由于眼睛的波像差和相应的点扩展函数不是静态的,而是随时间波动的,眼睛的焦点表现出在稳态适应过程中其平均水平附近的波动,幅度大约为0.03-0.5屈亮度(D),并且随时间频率升高。因此,对于可实时校正像差的系统,这些动态特性的表征尤为重要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法及系统,基于双眼的高阶像差信息实现对视网膜图像进行像差补偿矫正。
本发明提供一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1:通过自适应光学仿真器实时收集双眼的高阶像差信息;
步骤2:通过硅基液晶空间相位调制器对高阶相差信息进行实时像差相位矫正;
步骤3:通过从傅里叶色谱获得的基于编码孔径的像差相位进行像差建模,计算像差相位补偿;
步骤4:通过傅里叶色谱基于像差相位补偿进行像差相位恢复;
步骤5:将像差相位恢复图像导入嵌入式检索运算,还原生成分辨率大视场相位图像,完成像差补偿校正。
于本发明的一实施例中,所述步骤3通过传递函数进行像差建模,包括以下步骤:
步骤3.1:在相干传递函数CTF中引入像差相位:
CTF(kx,ky)=circ(NA.ko)·ei·W(kx,ky) (1)
其中,圆函数circ生成为半径为NA的圆形屏蔽ko,W(kx,ky)为波前像差;
步骤3.2:将波前像差W(kx,ky)分解为Zernike模式Z(m,n)的总和:
W(kx,ky)=∑a(m,n) Z(m,n) (2)
其中,a(m,n)表示Zernike模式Z(m,n)。
于本发明的一实施例中,所述步骤3通过在MATLAB File Exchange光学软件中导入方程式(1)和方程式(2),进行像差建模。
本发明提供一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的系统,所述系统包括自适应光学仿真器、硅基液晶空间相位调制器、傅里叶色谱以及编码孔径;
所述自适应光学仿真器实时收集双眼的高阶像差信息;
所述硅基液晶空间相位调制器对高阶相差信息进行实时像差相位矫正;
所述编码孔径传递出基于像差相位的像差建模,通过像差建模算出像差相位补偿;
所述傅里叶色谱基于像差相位补偿进行像差相位恢复。
于本发明的一实施例中,所述像差建模是在MATLAB File Exchange光学软件中导入相干传递函数CTF的方程式和Zernike模式Z(m,n)的方程式实现的。
如上所述,本发明的一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法及系统,具有以下有益效果:
1.本发明通过双眼自适应光学仿真器(AO)能够同时对双眼进行测量,可以在动态时间下获取双眼的高阶像差信息,具有将光学质量和高阶像差对双眼视觉的可能影响联系起来的能力,具有高保真度和易用性。当前的大多数验光实验很大程度上是基于对传统单眼空间视敏度的测量,因此需要对双眼视觉特征最大化的高阶像差进行校正,使得系统具备辨别双眼相对距离的能力,辨别在视网膜上形成的图像之间因双眼视差导致的分离,提供包含距离信息的双眼线索特定特征的双眼视觉,可以自然地将空间敏锐度和立体视效果融合在一起,从而产生更有效除散焦和散光以外的其他像差的光学校正。
2.本发明通过硅基液晶空间相位调制器(LCOS-SLM)对高阶相差信息进行实时像差相位矫正,硅基液晶空间相位调制器(LCOS-SLM)的液晶分子的排列以及局部折射率由直接置于液晶层下方的互补金属氧化物半导体片(CMOS)控制,与现有技术的根本区别在于设备响应速度的提高,现在可以以高达60Hz的速率驱动扭曲向列液晶。由于在眼科应用的特定情况下,人眼表现出的时间动态特性通常在5Hz到10Hz之间,现有先前的液晶装置几乎不允许时间速率在该范围内,因此限制了对像差的实时矫正。
3.本发明通过傅里叶色谱(FP)经过编码孔径(AC)测量计算光波的概念,使用编程孔径(AC)在傅里叶色谱(FP)空间中扫描光波源来实现相同空间带带宽积,然后倒入嵌入式相位检索算法,还原生成高分辨率、大视场相位图像,完成像差补偿校正。
附图说明
图1显示为现有技术中公开的人眼像差图像。
图2显示为现有技术中公开的自适应光学仿真器(AO)的结构示意图。
图3显示为本发明实施例中公开的傅立叶色谱(FP)进行高质量完全像差恢复的示意图。
图4显示为本发明实施例中公开的即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法流程图。。
图5显示为本发明实施例中公开的即时仿真测量矫正人眼高阶像差的系统框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图4,本发明提供一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1:通过自适应光学仿真器(AO)实时收集双眼的高阶像差信息;
其中,通过双眼自适应光学仿真器(AO)能够同时对双眼进行测量,可以在动态时间下获取双眼的高阶像差信息,具有将光学质量和高阶像差对双眼视觉的可能影响联系起来的能力,具有高保真度和易用性。当前的大多数验光实验很大程度上是基于对传统单眼空间视敏度的测量,因此需要对双眼视觉特征最大化的高阶像差进行校正,具备辨别双眼相对距离的能力,辨别在视网膜上形成的图像之间因双眼视差导致的分离,提供包含距离信息的双眼线索特定特征的双眼视觉,可以自然地将空间敏锐度和立体视效果融合在一起,从而产生更有效除散焦和散光以外的其他像差的光学校正。
步骤2:通过硅基液晶空间相位调制器对高阶相差信息进行实时像差相位矫正;
其中,通过硅基液晶空间相位调制器(LCOS-SLM)对高阶相差信息进行实时像差相位矫正,硅基液晶空间相位调制器(LCOS-SLM)的液晶分子的排列以及局部折射率由直接置于液晶层下方的互补金属氧化物半导体片(CMOS)控制,与现有技术的根本区别在于设备响应速度的提高,现在可以以高达60Hz的速率驱动扭曲向列液晶。由于在眼科应用的特定情况下,人眼表现出的时间动态特性通常在5Hz到10Hz之间,现有的液晶装置几乎不允许时间速率在该范围内,因此限制了对像差的实时矫正;硅基液晶空间相位调制器(LCOS-SLM)固有的高保真度也允许其在开环下运行,而无需反馈来实现预期的最终波前。但是对于任何校正设备而言,特别是如果打算在开环中使用的情况下,必须成像系统中的光学像差建模表征,假设成像系统不包含任何光学像差,这种系统称为衍射极限系统,其中可实现的分辨率仅由NA确定,但是如果考虑光学像差的影响,则对分辨率性能就施加了限制。
步骤3:通过从傅里叶色谱获得的基于编码孔径的像差相位进行像差建模,计算像差相位补偿;
其中,通过傅里叶色谱不同于传统采用夏克哈特曼波(HS)前探测器进行波前探测,因此使用传递函数进行像差建模,包括以下步骤:
步骤3.1:在相干传递函数CTF中引入像差相位:
CTF(kx,ky)=circ(NA.ko)·ei·W(kx,ky) (1)
其中,圆函数circ生成为半径为NA的圆形屏蔽ko,W(kx,ky)为波前像差;
步骤3.2:将波前像差W(kx,ky)分解为Zernike模式Z(m,n)的总和:
W(kx,ky)=∑a(m,n) Z(m,n) (2)
其中,a(m,n)表示Zernike模式Z(m,n)。
例如,二阶散焦像差W(kx,ky)=a(2,0)Z(2,0),其中a(2,0)代表散焦像差的量,依次类推,a(2,2)和a(2,-2)表示沿两个方向的二阶散光像差的量;a(3,1)和a(3,-1)表示沿两个方向的三阶彗差像差的量,a(4.0)表示四阶球差像差的量。
简而言之,方程式(1)和(2)提供了一种对成像过程中不同像差进行像差建模的方法,在仿真代码中,通过在MATLAB File Exchange光学软件中添加以下几行即可在相干传递函数中对其进行像差建模:
第1行:将波前像差W(kx,ky)建模为二阶散焦和四阶球差的总和,并且使用“gzn”函数生成不同的Zernike模式(类似可以在MATLAB File Exchange网站上找到的Zernike函数),从左到右输入四个参数:输入图像的宽度、瞳孔直径以及Zernike模式的两个索引。特别地,在仿真代码中,a(2,0)=2和a(4,0)=4。
第二行:使用公式(1)对相干传递函数建模;
本发明一旦获得具有像差的相干传递函数,就可以使用相干成像程序来获得输出复振幅。为了在非相干成像系统中对像差建模,需要将相干传递函数转换为非相干传递函数。然后在滤波过程中应用非相干传递函数,以生成输出强度图像。像差在成像平台的设计中起着至关重要的作用,因此可以访问傅立叶色谱平面获取波前像差,该傅立叶色谱平面可以使用硅基液晶空间相位调制器(LCOS-SLM)以二进制模式进行任意调制。
步骤4:通过傅里叶色谱基于像差相位补偿进行像差相位恢复,请参阅图3;即通过入射相位波照射样品(人眼),然后通过编码孔径输出像差相位Kinc,并且通过透镜和感应器对像差相位Kinc进行收集,通过原始相位Kscat-像差相位Kinc,既可以得到像差恢复图像。
步骤5:将像差相位恢复图像导入嵌入式检索运算,还原生成分辨率大视场相位图像,完成像差补偿矫正。
请参阅图5,本发明提供一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的系统,所述系统包括自适应光学仿真器(AO)、硅基液晶空间相位调制器(LCOS-SLM)、傅里叶色谱(FP)以及编码孔径(CA);
所述自适应光学仿真器(AO)实时收集双眼的高阶像差信息;
所述硅基液晶空间相位调制器(LCOS-SLM)对高阶相差信息进行实时像差相位矫正;
所述编码孔径(CA)传递出基于像差相位的像差建模,通过像差建模算出像差相位补偿;
所述傅里叶色谱(FP)基于像差相位补偿进行像差相位恢复。
其中,所述像差建模是在MATLAB File Exchange光学软件中导入相干传递函数CTF的方程式和Zernike模式Z(m,n)的方程式实现的。
本发明通过将像差校正的问题重铸为可以在获取图像数据之后解决的计算问题,傅里叶色谱(FP)通过获取了一组受控的像差图像,通过计算动态确定像差特性,并重构高质量的像差校正后的图像。通过低数值孔径(NA)物镜收集目标的图像,并用一系列角度变化的平面或准平面照明对目标进行照明。在空间频域中观察,每个图像代表信息光盘,其信息与原点的偏移量由照明角度确定。与合成孔径合成一样,然后在频域中缝合来自收集序列的数据。与合成孔径成像不同,没有直接了解每个图像数据之间的相位关系。在傅里叶色谱(FP)中,采用相位检索,并且部分图像信息之间的重迭部分会在拼接过程中收敛于正确的相位关系。在该过程结束时,可以对空间频域中的构成信息进行傅立叶变换,以生成保留目标设定的原始FOV的目标的高分辨率图像。事实证明,可以将子例程编织到主要的傅里叶色谱(FP)算法中,该算法将动态确定成像系统的像差光瞳功能。实际上,大多数现有的傅里叶色谱(FP)算法都结合了此像差确定功能的某些版本,以从处理后的图像中找到并随后进行像差矫正。傅里叶色谱(FP)这一特定子学科已经发展到可以甚至使用非常粗糙的镜头来获得通常与复杂成像系统相关联的高质量图像的水平,这带动了以下事实:通过计算校正像差是物理校正的可行替代方案。傅立叶色谱(FP)克服了通过受控图像集空间物理校正像差的挑战。
综上所述,本发明能够实时仿真,结合双眼同时掌握人眼修正控制像差,进而设计及制成光学透镜器材,将能大幅改进未来人眼视觉异常矫正质量,帮助了解像差在人眼发育中扮演的角色机制,例如临床上控制近视发展、预防治愈不同眼疾与视觉相关问题等。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1:通过自适应光学仿真器实时收集双眼的高阶像差信息;
步骤2:通过硅基液晶空间相位调制器对高阶相差信息进行实时像差相位矫正;
步骤3:通过从傅里叶色谱获得的基于编码孔径的像差相位进行像差建模,计算像差相位补偿;
步骤4:通过傅里叶色谱基于像差相位补偿进行像差相位恢复;
步骤5:将像差相位恢复图像导入嵌入式检索运算,还原生成高分辨率、大视场相位图像,完成像差补偿校正。
2.根据权利要求1所述的一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法,其特征在于:所述步骤3通过传递函数进行像差建模,包括以下步骤:
步骤3.1:在相干传递函数CTF中引入像差相位:
CTF(kx , ky)= circ(NA.ko)·ei·W(kx , ky) (1)
其中,圆函数circ生成半径为NA的圆形屏蔽ko,W(kx,ky)为波前像差;
步骤3.2:将波前像差W(kx,ky)分解为Zernike模式Z(m,n)的总和:
W(kx , ky)= ∑a(m,n) Z (m,n) (2)
其中,a(m,n)表示Zernike模式Z(m,n)。
3.根据权利要求2所述的一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的方法,其特征在于:所述步骤3通过在MATLAB File Exchange光学软件中导入方程式(1)和方程式(2),进行像差建模。
4.一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的系统,其特征在于:所述系统包括自适应光学仿真器、硅基液晶空间相位调制器、傅里叶色谱以及编码孔径;
所述自适应光学仿真器实时收集双眼的高阶像差信息;
所述硅基液晶空间相位调制器对高阶相差信息进行实时像差相位矫正;
所述编码孔径传递出基于像差相位的像差建模,通过像差建模算出像差相位补偿;
所述傅里叶色谱基于像差相位补偿进行像差相位恢复。
5.根据权利要求4所述的一种即时仿真测量矫正人眼高阶像差的系统,其特征在于:所述像差建模是在MATLAB File Exchange光学软件中导入相干传递函数CTF的方程式和Zernike模式Z(m,n)的方程式实现的。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102753085A (zh) * 2010-02-12 2012-10-24 庄臣及庄臣视力保护公司 获得临床眼科高阶光学像差的装置和方法
CN103385691A (zh) * 2013-08-02 2013-11-13 中国科学院光电技术研究所 双眼自适应光学视觉仿真器和仿真方法
CN104783755A (zh) * 2015-04-29 2015-07-22 中国科学院光电技术研究所 自适应光学视网膜成像装置和方法
US20160266366A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-15 California Institute Of Technology Correcting for aberrations in incoherent imaging systems using fourier ptychographic techniques
CN106803892A (zh) * 2017-03-13 2017-06-06 中国科学院光电技术研究所 一种基于光场测量的光场高清晰成像方法
US20180088309A1 (en) * 2012-10-30 2018-03-29 California Institute Of Technology Embedded pupil function recovery for fourier ptychographic imaging devices
CN110942423A (zh) * 2019-10-08 2020-03-31 杭州电子科技大学 一种基于傅里叶叠层成像的远场超分辨率重建方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102753085A (zh) * 2010-02-12 2012-10-24 庄臣及庄臣视力保护公司 获得临床眼科高阶光学像差的装置和方法
US20180088309A1 (en) * 2012-10-30 2018-03-29 California Institute Of Technology Embedded pupil function recovery for fourier ptychographic imaging devices
CN103385691A (zh) * 2013-08-02 2013-11-13 中国科学院光电技术研究所 双眼自适应光学视觉仿真器和仿真方法
US20160266366A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-15 California Institute Of Technology Correcting for aberrations in incoherent imaging systems using fourier ptychographic techniques
CN104783755A (zh) * 2015-04-29 2015-07-22 中国科学院光电技术研究所 自适应光学视网膜成像装置和方法
US20160317030A1 (en) * 2015-04-29 2016-11-03 The Institute Of Optics And Electronics, The Chinese Academy Of Sciences Adaptive optical retina imaging device and method
CN106803892A (zh) * 2017-03-13 2017-06-06 中国科学院光电技术研究所 一种基于光场测量的光场高清晰成像方法
CN110942423A (zh) * 2019-10-08 2020-03-31 杭州电子科技大学 一种基于傅里叶叠层成像的远场超分辨率重建方法

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