CN116091368A - 一种色散补偿方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种色散补偿方法、装置、电子设备及存储介质，涉及图像数据处理技术领域，其技术方案要点是：包括：获取所述FD‑OCT系统的色散特征；根据所述FD‑OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数；根据所述色散补偿重采样索引函数计算重采样索引；根据所述重采样索引对所述FD‑OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样从而实现色散补偿。本申请提供的一种色散补偿方法、装置、电子设备及存储介质具有计算效率高的优点。
Description
技术领域
本申请涉及图像数据处理技术领域，具体而言，涉及一种色散补偿方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography，简称OCT)与已有的层析成像技术(X光CT、核磁共振CT和超声CT)比较，OCT具有不接触、无损伤、成像清晰等优点。
将OCT技术拓展到对生物组织进行成像时，其利用光学干涉原理进行成像；简单地说就是将光源发出的光线分成两束，一束发射到被测物体(例如眼底组织)，这段光束被称为样品臂，另一束发射到参照反光镜，称为参考臂，把从组织(样品臂)和从反光镜(参考臂)反射回来的两束光信号叠加，当样品臂和参考臂的光路长度一致时，就会发生干涉；通过光电传感器将光干涉信号转换为电信号，再将电信号采集成数据后处理，就可以生成被检测组织的层析图像。
目前OCT技术主要可分为时域OCT（Time-domain OCT，TD-OCT）和傅立叶域OCT(Fourier-domain OCT，FD-OCT)。由于技术特点决定了TD-OCT需要参考臂机械移动，造成其成像速度慢。而FD-OCT比较好的解决了这一个问题，FD-OCT不需要通过移动参考臂来获得深度信息，而是能够一次扫描直接获取深度信息，所以成像速度和灵敏度都大大提高。因止目前OCT技术发展主要围绕FD-OCT展开。
理论上FD-OCT获取到的干涉信号波形是一个以k为线性自变量的频率为2倍光程差（被检测的样品散射微粒光程与参考臂光程差）的傅立叶无穷级数的和，干涉信号波形傅立叶级数的每个正弦波分量的幅值与被检测的样品散射微粒散射强度正相关，所以对FD-OCT获取到的干涉信号波形进行傅立叶变换就可以求出被检测的样品散射微粒空间相对位置和散射强度信息；这里的k是指波数，它与光的波长λ关系为。实际的FD-OCT成像系统中由于光学系统相关部件的色散特性（例如光纤、光谱仪等），使其获取到的干涉信号波形是以k为非线性自变量的傅立叶无穷级数和，如果不对干涉信号波形做色散补偿，干涉信号波形傅立叶变换后获得的图像信息就会模糊失真。
现有的一些方法可用于解决FD-OCT色散问题引起成像模糊失真的问题，主要分为物理补偿和数值补偿；物理补偿主要是通过在光学系统中增加匹配系统的固有二阶、三阶色散系数光学硬件（例如色散补偿器），进而消除了样品臂和参考臂的色散失配，物理补偿通常仅考虑了一些固有不变的二阶三阶色散项，光纤和样品带来的色散通常都未被有效补偿，此外也增加了系统成本和复杂性；数值补偿是指获得了系统探测到的干涉信号后，对信号进行数据处理，利用算法求出系统的二阶、三阶色散系数。常用的方法有迭代补偿法、解卷积法、全深度补偿法等，这些算法性能上各有优势，但计算量较大，降低了系统的成像速度。
针对上述问题，需要进行改进。
发明内容
本申请的目的在于提供一种色散补偿方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，具有计算效率高的优点。
第一方面，本申请提供了一种色散补偿方法，用于对FD-OCT系统进行色散补偿，技术方案如下：
包括：
获取所述FD-OCT系统的色散特征；
根据所述FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数；
根据所述色散补偿重采样索引函数计算重采样索引；
根据所述重采样索引对所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样从而实现色散补偿。
通过根据FD-OCT系统的色散特征计算选择出特定的色散补偿重采样索引函数，根据色散补偿重采样索引函数计算重采样索引，根据重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样，可以使其傅立叶变换后色散造成的模糊失真得到补偿、并且幅值基本与理论结果相同而形状分布是理论结果的线性拉伸或压缩，从而完成色散的补偿，并且只需要对FD-OCT系统采集到的干涉波形数据进行重采样就可以实现FD-OCT图像的全深度色散补偿，无需任何光学硬件的增加或改动，具有计算效率高、成本低的有益效果。
进一步地，在本申请中，所述根据所述FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数的步骤包括：
根据所述FD-OCT系统的色散特征选择曲线函数；
根据所述曲线函数计算得到所述色散补偿重采样索引函数；
所述色散补偿重采样索引函数为所述曲线函数的反函数，所述曲线函数满足：
且且g(n)在中间位置泰勒展开的一阶系数等于1、二阶系数是其它高阶系数10倍以上；
其中，g(n)为所述曲线函数；为所述FD-OCT系统获取的干涉波形数据每次A扫描的采样点数；n为所述FD-OCT系统获取的干涉波形数据的每次A扫描的采样索引，范围为[0,N-1]。
进一步地，在本申请中，所述的公式为：
；
所述色散补偿重采样索引函数为，公式为：
；
其中，为所述FD-OCT系统获取的干涉波形数据每次A扫描的采样点数；n为所述FD-OCT系统获取的干涉波形数据的每次A扫描的采样索引，范围为[0, N-1]；为常数系数。
进一步地，在本申请中，所述常数系数a的计算公式为：
；
其中，为所述常数系数；为中间值偏差，设定为0.000001≤||≤0.1。
进一步地，在本申请中，所述根据所述色散补偿重采样索引函数计算重采样索引的步骤包括：
选用多个不同的所述常数系数对应计算得到多个不同的所述重采样索引；
根据多个不同的所述重采样索引对所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样得到多个重采样后的干涉波形；
对多个重采样后的干涉波形进行色散补偿结果评估，得到最佳色散补偿结果以及其对应的最佳所述常数系数；
根据最佳所述常数系数得到对应的最佳所述色散补偿重采样索引函数；
根据最佳所述色散补偿重采样索引函数计算所述重采样索引。
进一步地，在本申请中，所述根据多个不同的所述重采样索引对所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样得到多个重采样后的干涉波形的步骤包括：
从所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据中抽取部分所述干涉波形数据；
根据多个不同的所述重采样索引对部分所述干涉波形数据进行重采样得到多个重采样后的干涉波形。
进一步地，在本申请中，所述对多个重采样后的干涉波形进行色散补偿结果评估的公式为：
；
其中，为计算所述干涉波形数据的频谱幅值峰度，表示所述色散补偿结果的评估值； 是所述干涉波形数据的频谱索引，范围为[1, N/2]；N为所述干涉波形数据每次A扫描的采样点数；是频谱索引对应的频率幅值；是所述干涉波形数据的频谱幅值平均值，是所述干涉波形数据的频谱幅值标准差。
第二方面，本申请还提供一种色散补偿装置，用于对FD-OCT系统进行色散补偿，包括：
获取模块，用于获取所述FD-OCT系统的色散特征；
第一计算模块，用于根据所述FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数；
第二计算模块，用于根据所述色散补偿重采样索引函数计算重采样索引；
第三计算模块，用于根据所述重采样索引对所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样从而实现色散补偿。
第三方面，本申请还提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行上述任一项所述方法中的步骤。
第四方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，运行如上任一项所述方法中的步骤。
由上可知，本申请提供的一种色散补偿方法、装置、电子设备及存储介质，通过根据FD-OCT系统的色散特征计算选择出特定的色散补偿重采样索引函数，根据色散补偿重采样索引函数计算重采样索引，根据重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样，可以使其傅立叶变换后色散造成的模糊失真得到补偿、并且幅值基本与理论结果相同而形状分布是理论结果的线性拉伸或压缩，从而完成色散的补偿，并且只需要对FD-OCT系统采集到的干涉波形数据进行重采样就可以实现FD-OCT图像的全深度色散补偿，无需任何光学硬件的增加或改动，具有计算效率高、成本低的有益效果。
附图说明
图1为本申请提供的一种色散补偿方法的流程图。
图2为本申请提供的一种色散补偿装置的结构示意图。
图3为本申请提供的一种电子设备的结构示意图。
图4为本申请提供的重采样索引形状示意图。
图5为本申请提供的色散补偿重采样前后波形示意图。
图6为没有使用本发明的色散补偿方法的干涉波形数据的示意图。
图7为使用本发明的色散补偿方法的干涉波形数据的示意图。
图中：210、获取模块；220、第一计算模块；230、第二计算模块；240、第三计算模块；310、处理器；320、存储器。
具体实施方式
下面将结合本申请中附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，本发明提供了一种色散补偿方法，用于对FD-OCT系统进行色散补偿，技术方案具体包括：
S110、获取FD-OCT系统的色散特征；
S120、根据FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数；
S130、根据色散补偿重采样索引函数计算重采样索引；
S140、根据重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样从而实现色散补偿。
本发明的上述方案，是基于FD-OCT色散特征理论，根据FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数，利用色散补偿重采样索引函数计算重采样索引进而重采样，进而实现色散补偿。
具体来说，可以假设FD-OCT系统光源波数从到，理论上，每次A扫描（A-line），即，点扫描的干涉波形数据的交流项可以表达为：
；
在上式中：
为干涉信号的强度；
为被检测样品总的散射微粒；
表示的是被检测样品中的第个散射微粒；
为被检测样品第r个散射微粒的后向散射光强度；
为参考臂反射光强度；
为FD-OCT系统光源光谱波数，与n成线性关系，它与光的波长λ的关系为：
；
为被检测样品第r个散射微粒的光程与参考臂光程差值；
为FD-OCT系统每次A-line干涉波形数据总共采样点数；
为FD-OCT系统每次A-line干涉波形数据的采样索引，范围为：[0, N-1]；
为n=0时的波数值；
为n=N-1时的波数值；由于实际光学系统元件和样品的特性，FD-OCT系统实际每次A扫描采样到的干涉波形数据的交流项可以表达为：
；
其中，为色散展宽后的非线性函数，并且，，其泰勒展开式为：
+...；
由于，，则上式中在[0, N-1]的范围内总会存在一个值使得，而由于FD-OCT系统引起色散的因素的特性，使得的值通常会接近于0.5N，上式中二阶项系数会比其它高阶系数大很多，大于三阶的系数会非常小。
因此，FD-OCT系统实际每次A扫描采样到的干涉波形数据的交流项可以表达为：
观察上式可知，不会对干涉波形数据的波形傅立叶变换结果的幅值和波形分布造成影响，而会对干涉波形数据造成非线性拉伸或压缩，是的非线性拉伸或压缩曲线函数。即，本发明的目的是设计选择一个曲线函数，是的非线性拉伸或压缩曲线函数，使且，同时在泰勒展开时的一阶系数等于1、二阶系数通常是其它高阶系数的10倍以上，使用的反函数计算出来的重采样索引对FD-OCT实际的干涉波形数据重采样，就可以使其在傅立叶变换后，让色散造成的模糊失真得到补偿、并且幅值基本与理论结果相同而形状分布是理论结果的线性拉伸或压缩。
即，可以反映出FD-OCT系统的色散特征，根据计算选择出，根据得到反函数，将作为色散补偿重采样索引函数计算重采样索引，进而对干涉波形数据进行重采样，就可以实现色散补偿。
通过根据FD-OCT系统的色散特征计算选择出特定的色散补偿重采样索引函数，根据色散补偿重采样索引函数计算重采样索引，根据重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样，可以使其傅立叶变换后色散造成的模糊失真得到补偿、并且幅值基本与理论结果相同而形状分布是理论结果的线性拉伸或压缩，从而完成色散的补偿，并且只需要对FD-OCT系统采集到的干涉波形数据进行重采样就可以实现FD-OCT图像的全深度色散补偿，无需任何光学硬件的增加或改动，具有计算效率高、成本低的有益效果。
具体的，根据FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数的步骤包括：
根据FD-OCT系统的色散特征选择曲线函数；
根据曲线函数计算得到色散补偿重采样索引函数；
色散补偿重采样索引函数为曲线函数的反函数，曲线函数满足：
且且g(n)在中间位置泰勒展开的一阶系数等于1、二阶系数大于其它高阶系数，通常是其它高阶系数的10倍以上；
二阶系数大于其它高阶系数，其中，其它高阶系数是指大于二阶的系数，例如是三阶系数、四阶系数等。
其中，g(n)为曲线函数；为FD-OCT系统获取的干涉波形数据每次A扫描的采样点数；n为FD-OCT系统获取的干涉波形数据的每次A扫描的采样索引，范围为[0, N-1]。
具体的，由于频域OCT（Spectral-domain OCT, SD-OCT，属于FD-OCT的一个子类）波数分布转换为波长分布的索引变换重采样函数与的非线性拉伸或压缩曲线函数的选取条件比较吻合，而且其反函数与其自身相似，使用的反函数作为色散补偿重采样索引函数既可以对SD-OCT进行波长分布转换为波数分布又可以进行色散补偿。
在一些优选的实施方式中，的公式为：
；
色散补偿重采样索引函数为，公式为：
；
其中，为FD-OCT系统获取的干涉波形数据每次A扫描的采样点数；n为FD-OCT系统获取的干涉波形数据的每次A扫描的采样索引，范围为[0, N-1]；为常数系数。
进一步地，在其中一些实施例中，常数系数a的计算公式为：
；
其中，为常数系数；为中间值偏差，设定为0.000001≤||≤0.1。
中间值偏差可以表达为：
；
在一些具体实施例中，与的中间值偏差的范围为[-0.1 * N , -0.000001 * N,] ∪ [0.000001 * N, 0.1 * N]，即，的常数系数的范围为[-3* N , -250001 * N,] ∪ [2 * N, 249999.5 * N]。
进一步地，在其中一些实施例中，根据色散补偿重采样索引函数计算重采样索引的步骤包括：
选用多个不同的常数系数对应计算得到多个不同的重采样索引；
根据多个不同的重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样得到多个重采样后的干涉波形；
对多个重采样后的干涉波形进行色散补偿结果评估，得到最佳色散补偿结果以及其对应的最佳常数系数；
根据最佳常数系数得到对应的最佳色散补偿重采样索引函数；
根据最佳色散补偿重采样索引函数计算重采样索引。
当选定好常数系数的范围以后，以一定的步距，在该范围内变更常数系数的取值，然后对应计算不同常数系数的重采样索引，即，以n=[0, N-1]作为输入，求出在不同常数系数下对应的输出。
根据计算出来的重采样索引对FD-OCT系统每次A扫描的干涉波形数据进行重采样，其中，重采样可以使用线性插值或非线性插值。
在进行重采样以后，对重采样得到的多组A-line干涉波形数据（每组干涉波形数据对应重采样索引不同的常数系数）进行纵深空间强度运算。作为具体的实施例，这里选择将每组重采样后的A-line干涉波形数据都进行汉宁开窗，然后进行FFT变换取正半频幅值。
接着对重采样后的每组A-line干涉波形数据进行色散补偿结果评估计算，具体的，可以在对每组A-line干涉波形数据纵深空间强度（频谱幅值）计算峰度值后，将峰度值按A-line干涉波形数据分组的组别（每组对应不同的色散补偿重采样索引函数的常数系数值）进行求和。
根据计算得到的多个色散补偿结果评估值（每个值对应色散补偿重采样索引函数的不同常数系数），选择色散补偿重采样索引函数的最佳常数系数。作为实施例，可以选择分组峰度值求和后的值中的最大值所对应的色散补偿重采样索引函数的常数系数。
根据得到的最佳常数系数，应用到中，就可以获得最佳的色散补偿重采样索引函数，在FD-OCT系统采样样品色散特性不变的情况下，利用最佳的色散补偿重采样索引函数对采集到的全部干涉波形数据进行连续的重采样，从而实现色散补偿。
进一步地，在其中一些实施例中，根据多个不同的重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样得到多个重采样后的干涉波形的步骤包括：
从FD-OCT系统采集的干涉波形数据中抽取部分干涉波形数据；
根据多个不同的重采样索引对部分干涉波形数据进行重采样得到多个重采样后的干涉波形。
通过抽取部分干涉波形数据来计算最佳的重采样索引，可以减小计算量，从而提高计算效率。
进一步地，在其中一些实施例中，对多个重采样后的干涉波形进行色散补偿结果评估的公式为：
；
其中，为计算干涉波形数据的频谱幅值峰度，表示色散补偿结果的评估值； 是干涉波形数据的频谱索引，范围为[1, N/2]；N为干涉波形数据每次A扫描的采样点数；是频谱索引对应的频率幅值；是干涉波形数据的频谱幅值平均值，是干涉波形数据的频谱幅值标准差。
采用峰度函数来评估色散补偿结果，此外，也可以采用其它评估函数。
如上所述，在FD-OCT系统中使用本发明专利方法，可达到如下的效果：
无需任何光学硬件的增加或改动，就可对FD-OCT系统进行色散补偿；
仅需要对FD-OCT系统采集到原始干涉波形数据进行重采样，就可实现二阶项系数随深度线性变化的色散补偿，重采样运算非常简单，相对于一些需要进行希尔伯特变换的数值补偿方法至少节省一次FFT或IFFT运算；选择合适的色散补偿重采样索引函数对于SD-OCT系统可以省去波长分布转换为波数分布操作，节省计算时间；
在FD-OCT系统采样样品色散特性变化的情况下，可在设定范围内，自适应色散补偿；自适应计算过程仅仅是在色散补偿重采样索引函数应用不同的常数系数进行相同的色散补偿运算，自适应计算简单快速，容易实现FD-OCT采集后实时处理。
具体的，在一些优选的实施方式中，本发明提供的方法在执行的时候，其过程如下：
获取FD-OCT系统采集到的一帧数据，其中，一帧数据中包含多行A-line干涉波形数据，可以假设每行A-line干涉波形数据点数为N个；
在得到一帧数据以后，可以从一帧数据中抽取一到多行A-line干涉波形数据，抽取少量中间行可节省运算时间，作为实施例，可以抽取R行A-line干涉波形数据为Waves，Waves是R行N列的二维数组；
根据选择好的色散补偿重采样索引函数和其常数系数调整范围计算出多行重采样索引。作为实施例，这里选择作为色散补偿重采样索引函数，其中，设定为0.000001≤||≤0.1，步距为G=200步，即改变200次常数系数的值，n为[0,N-1]，计算出多行重采样索引IResamples，IResamples是G行N列的二维数组，每行对应不同的，即，对应不同的常数系数，如图4所示，图4为IResamples中某些行数据的形状实例，其中，中间直线是无重样补偿参考直线，下弯曲线为Δ大于零的情况，上弯曲线为Δ小于零的情况；
将上述步骤中抽取的R行A-line干涉波形数据Waves每行的波形都按照上述的重采样索引IResamples进行重采样，Waves所有行都逐次使用IResamples的一行数据进行重采样，重采样后可以得到色散补偿后二维波形数据RWaves，RWaves为G*R行N列的二维数组，RWaves相邻R行可分类成同一组，可以使用同一行IResamples数据作为重采样索引，如图5所示，图5所示的两条曲线分别为重采样前的波形和重采样后的波形，其中，A曲线表示的是重采样前的波形，B曲线是重采样后的波形；
根据二维波形数据RWaves计算纵深反射强度和空间信息波形RMagnitudes，RMagnitudes为G*R行，列数相同的二维数组。作为实施例，这里先把RWaves每行数据进行汉宁开窗后进行FFT变换取正半频幅值得到RMagnitudes；
根据选择的色散补偿结果评估函数，把得到的RMagnitudes二维数组每行都应用色散补偿结果评估函数计算出色散补偿结果的评估值Evaluations，Evaluations是G*R行1列二维数组。作为实施例，这里选择每行数据计算峰度值得到Evaluations；
其中，色散补偿结果评估函数为，RMagnitudes作为输入，输入至该峰度函数计算补偿结果评估值，以RMagnitudes任意一行为例，对应第个值；是整行值的平均值，是整行值的标准差。
根据抽取的R行A-line干涉波形数据的行数R，对得到的Evaluations相邻R行分组求平均值得到MEvaluations，MEvaluations是G行1列二维数组，判断出MEvaluations中最大值位于第i行；
第i行MEvaluations有最优的色散补偿结果，从得到的IResamples抽取出第i行作为最终的重采样索引IResample，然后对一帧数据每行进行重采样，将重采样的结果发送给FD-OCT系统原有的处理步骤，其中，对于SD-OCT系统而言，可以忽略后续的波长分布转波数分布处理。
通过上述方法，使用重采样的方式进行色散补偿，仅需要对FD-OCT系统采集到的波形进行重采样就可以实现FD-OCT图像的全深度色散补偿，如图6和图7所示，图6是没有使用本发明的色散补偿方法的干涉波形数据的示意图，图7是使用了本发明的色散补偿方法的干涉波形数据的示意图。
第二方面，本申请还提供一种色散补偿装置，用于对FD-OCT系统进行色散补偿，包括：
获取模块210，用于获取FD-OCT系统的色散特征；
第一计算模块220，用于根据FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数；
第二计算模块230，用于根据色散补偿重采样索引函数计算重采样索引；
第三计算模块240，用于根据重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样从而实现色散补偿。
进一步地，在一些优选的实施方式中，本发明提供的一种色散补偿装置可以执行上述方法的任意一项步骤。
通过根据FD-OCT系统的色散特征计算选择出特定的色散补偿重采样索引函数，根据色散补偿重采样索引函数计算重采样索引，根据重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样，可以使其傅立叶变换后色散造成的模糊失真得到补偿、并且幅值基本与理论结果相同而形状分布是理论结果的线性拉伸或压缩，从而完成色散的补偿，并且只需要对FD-OCT系统采集到的干涉波形数据进行重采样就可以实现FD-OCT图像的全深度色散补偿，无需任何光学硬件的增加或改动，具有计算效率高、成本低的有益效果。
第三方面，参照图3，本申请还提供一种电子设备，包括处理器310以及存储器320，存储器320存储有计算机可读取指令，当计算机可读取指令由处理器310执行时，运行上述任一项方法中的步骤。
通过上述技术方案，处理器310和存储器320通过通信总线和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器320存储有处理器310可执行的计算机可读取指令，当电子设备运行时，处理器310执行该计算机可读取指令，以执行时执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法，以实现以下功能：获取FD-OCT系统的色散特征；根据FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数；根据色散补偿重采样索引函数计算重采样索引；根据重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样从而实现色散补偿。
第四方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，运行如上任一项方法中的步骤。
计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法，以实现以下功能：获取FD-OCT系统的色散特征；根据FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数；根据色散补偿重采样索引函数计算重采样索引；根据重采样索引对FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样从而实现色散补偿。
其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-OnlyMemory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种色散补偿方法，用于对FD-OCT系统进行色散补偿，其特征在于，包括：
获取所述FD-OCT系统的色散特征；
根据所述FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数；
根据所述色散补偿重采样索引函数计算重采样索引；
根据所述重采样索引对所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样从而实现色散补偿。
2.根据权利要求1所述的一种色散补偿方法，其特征在于，所述根据所述FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数的步骤包括：
根据所述FD-OCT系统的色散特征选择曲线函数；
根据所述曲线函数计算得到所述色散补偿重采样索引函数；
所述色散补偿重采样索引函数为所述曲线函数的反函数，所述曲线函数满足：
且且g(n)在中间位置泰勒展开的一阶系数等于1、二阶系数是其它高阶系数10倍以上；
其中，g(n)为所述曲线函数；为所述FD-OCT系统获取的干涉波形数据每次A扫描的采样点数；n为所述FD-OCT系统获取的干涉波形数据的每次A扫描的采样索引，范围为[0, N-1]。
3.根据权利要求2所述的一种色散补偿方法，其特征在于，所述的公式为：
；
所述色散补偿重采样索引函数为，公式为：
；
其中，为所述FD-OCT系统获取的干涉波形数据每次A扫描的采样点数；n为所述FD-OCT系统获取的干涉波形数据的每次A扫描的采样索引，范围为[0, N-1]；为常数系数。
4.根据权利要求3所述的一种色散补偿方法，其特征在于，所述常数系数a的计算公式为：
；
其中，为所述常数系数；为中间值偏差，设定为0.000001≤||≤0.1。
5.根据权利要求3所述的一种色散补偿方法，其特征在于，所述根据所述色散补偿重采样索引函数计算重采样索引的步骤包括：
选用多个不同的所述常数系数对应计算得到多个不同的所述重采样索引；
根据多个不同的所述重采样索引对所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样得到多个重采样后的干涉波形；
对多个重采样后的干涉波形进行色散补偿结果评估，得到最佳色散补偿结果以及其对应的最佳所述常数系数；
根据最佳所述常数系数得到对应的最佳所述色散补偿重采样索引函数；
根据最佳所述色散补偿重采样索引函数计算所述重采样索引。
6.根据权利要求5所述的一种色散补偿方法，其特征在于，所述根据多个不同的所述重采样索引对所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样得到多个重采样后的干涉波形的步骤包括：
从所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据中抽取部分所述干涉波形数据；
根据多个不同的所述重采样索引对部分所述干涉波形数据进行重采样得到多个重采样后的干涉波形。
7.根据权利要求5所述的一种色散补偿方法，其特征在于，所述对多个重采样后的干涉波形进行色散补偿结果评估的公式为：
；
其中，为计算所述干涉波形数据的频谱幅值峰度，表示所述色散补偿结果的评估值；是所述干涉波形数据的频谱索引，范围为[1, N/2]；N为所述干涉波形数据每次A扫描的采样点数；是频谱索引对应的频率幅值；是所述干涉波形数据的频谱幅值平均值，是所述干涉波形数据的频谱幅值标准差。
8.一种色散补偿装置，用于对FD-OCT系统进行色散补偿，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述FD-OCT系统的色散特征；
第一计算模块，用于根据所述FD-OCT系统的色散特征计算选择色散补偿重采样索引函数；
第二计算模块，用于根据所述色散补偿重采样索引函数计算重采样索引；
第三计算模块，用于根据所述重采样索引对所述FD-OCT系统采集的干涉波形数据进行重采样从而实现色散补偿。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如权利要求1-7任一项所述方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，运行如权利要求1-7任一项所述方法中的步骤。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116818717A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-29 | 泉州装备制造研究所 | 谱域光学相干层析成像中波长校准误差的补偿方法及系统 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070258094A1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-11-08 | Bioptigen, Inc. | Methods, systems and computer program products for optical coherence tomography (OCT) using automatic dispersion compensation |
| JP2014215056A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-11-17 | 日本電信電話株式会社 | データ処理装置およびリサンプリング方法 |
| JP2014228398A (ja) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | 日本電信電話株式会社 | データ処理装置およびリサンプリング方法 |
| JP2018031737A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 日本電信電話株式会社 | 信号処理装置およびリスケーリング方法 |
| 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 |
| 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 |
| US20220260360A1 (en) * | 2021-02-08 | 2022-08-18 | Lightlab Imaging, Inc. | Systems and Methods Improving Optical Coherence Tomography (OCT) Image Resolution Using K-Linearization (KL) and Dispersion Correction (DC) |
-
2023
- 2023-04-10 CN CN202310374551.3A patent/CN116091368B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070258094A1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-11-08 | Bioptigen, Inc. | Methods, systems and computer program products for optical coherence tomography (OCT) using automatic dispersion compensation |
| JP2014215056A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-11-17 | 日本電信電話株式会社 | データ処理装置およびリサンプリング方法 |
| JP2014228398A (ja) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | 日本電信電話株式会社 | データ処理装置およびリサンプリング方法 |
| JP2018031737A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 日本電信電話株式会社 | 信号処理装置およびリスケーリング方法 |
| 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 |
| US20220260360A1 (en) * | 2021-02-08 | 2022-08-18 | Lightlab Imaging, Inc. | Systems and Methods Improving Optical Coherence Tomography (OCT) Image Resolution Using K-Linearization (KL) and Dispersion Correction (DC) |
| 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 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| YUTAO FENG ET AL.: "Mitigation of spectral mis-registration effects in imaging spectrometers via cubic spline interpolation", 《OPTICS EXPRESS》, vol. 16, no. 20, pages 1 - 9 * |
| 倪龙 等: "基于频散补偿和分数阶微分的多模式兰姆波分离", 《物理学报》, vol. 67, no. 20, pages 406 - 415 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116818717A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-29 | 泉州装备制造研究所 | 谱域光学相干层析成像中波长校准误差的补偿方法及系统 |
| CN116818717B (zh) * | 2023-08-28 | 2023-11-07 | 泉州装备制造研究所 | 谱域光学相干层析成像中波长校准误差的补偿方法及系统 |
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