JP7349025B2 - 補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法及び装置 - Google Patents

補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法及び装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7349025B2
JP7349025B2 JP2022531633A JP2022531633A JP7349025B2 JP 7349025 B2 JP7349025 B2 JP 7349025B2 JP 2022531633 A JP2022531633 A JP 2022531633A JP 2022531633 A JP2022531633 A JP 2022531633A JP 7349025 B2 JP7349025 B2 JP 7349025B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
imaging
line beam
sub
isoplanatic
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022531633A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023504125A (ja
Inventor
益 何
一巍 ▲陳▼
利娜 ▲刑▼
文 孔
国▲華▼ 史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Original Assignee
Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS filed Critical Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Publication of JP2023504125A publication Critical patent/JP2023504125A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7349025B2 publication Critical patent/JP7349025B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/0012Surgical microscopes
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/80Geometric correction
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/0016Operational features thereof
    • A61B3/0025Operational features thereof characterised by electronic signal processing, e.g. eye models
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/1015Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for wavefront analysis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052Optical details of the image generation
    • G02B21/0072Optical details of the image generation details concerning resolution or correction, including general design of CSOM objectives
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/105Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0031Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for scanning purposes
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4038Image mosaicing, e.g. composing plane images from plane sub-images
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/73Deblurring; Sharpening
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/10Segmentation; Edge detection
    • G06T7/11Region-based segmentation
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10Image acquisition modality
    • G06T2207/10056Microscopic image

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Geometry (AREA)

Description

本願は補償光学高解像度結像の分野に関し、特に補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法及び装置に関する。
眼底網膜をより明確に見えるために、補償光学技術は網膜光学結像分野に導入されており、補償光学を利用して眼光学系の収差を測定して補正することにより、眼底網膜に対する高解像度結像を実現することができ、マイクロメートルレベルの毛細血管、視細胞等の組織を明確に識別することができる。
ところが、補償光学技術の収差測定及び補正は視野中心近傍の1つの角度範囲内のみに有効であり、該角度範囲は補償光学補正範囲が制限される「アイソプラナティック領域」として定義され、アイソプラナティック領域内の収差は補償光学により完全に補正することができ、アイソプラナティック領域を超える非アイソプラナティック収差は補償光学により部分的に補正されるしかできない。補償光学が眼底網膜の結像に応用される場合、眼のアイソプラナティック領域は一般的に2°視角を超えないと見なされ、現在、ほとんどすべての補償光学網膜の高解像度結像系の結像視野はいずれも2°よりも小さく、これは網膜上の小さな領域のみに相当する。実際には、網膜の約100°範囲内にはいずれも視覚機能に密接に関連する様々な微細組織が分布しており、一層広い範囲又は全体網膜の高解像度結像を完了するために、現在では、複数回の結像を用いて画像を繋ぎ合わせることにより広視野画像を取得することは一般的であるが、被験者の注視能力に依存し、繋ぎ合わせ精度が低く、成功率が低く、効率も低い。
眼アイソプラナティック領域により制限される結像視野が狭いという難題を解決するために、多層共役補償光学技術(MCAO、Multi-Conjugate Adaptive Optics)は天文観測分野に応用されており、2009年に初めて網膜投光照明結像系に成功して用いられ、複数の波面センサ及び複数の波面補正器を用いて7°視野の収差の領域別測定及び領域別同時補正を実現する。しかしながら、MCAO技術はシステム構造が膨大であり、技術コストが高く、隣接するアイソプラナティック領域収差に相互接続が存在し、複数セットの収差補正閉ループ制御の複雑度が高く、結像速度がより遅い。より重要なのは、MCAO技術は非走査の投光照明結像系のみに適用され、今まで走査結像系に応用される報道はまだない。
本願は以上の背景に基づいて、ラインビーム走査結像系に対して広視野非アイソプラナティック収差の時間別、領域別補正方法及び装置を提供し、補償光学波面センサ及び波面補正器を追加することなく、ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック収差は時間別の収差測定及び閉ループ補正により追加補正を行い、ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差は領域別の画像処理により追加補正を行い、それにより広視野非アイソプラナティック収差の完全な補正を実現する。該出願に係る広視野非アイソプラナティック収差の時間別、領域別補正方法及び装置は、単一の波面センサ及び単一の波面補正器だけで広視野収差補正を完了することができ、いかなるシステム複雑性をほとんど増加せず、極めて高い実用性及び革新性を有する。
本願が用いる技術案は以下のとおりである。補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法を提供し、該方法は、補償光学ラインビーム走査結像系において、ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック領域収差に対して時間別補正を行い、ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差に対して領域別補正を行うことを含む。
好ましくは、ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック領域収差に対して時間別補正を行う方法は具体的に、
走査時間に基づいて、走査方向において非アイソプラナティック領域結像領域を順に複数のサブ結像領域、即ちサブ結像領域1、サブ結像領域2、…、サブ結像領域Nに分け、サブ結像領域の走査方向における視野の大きさが2°を超えないステップS1と、
各サブ結像領域の収差を順に波面センサにより測定し、且つ順に波面補正器をフィードバック制御し、順に各サブ結像領域の収差の閉ループ補正を完了するステップS2と、を含み、
各サブ結像領域において、ラインビーム方向における±1°内の中心領域は走査方向及びラインビーム方向においていずれもアイソプラナティック領域原則を満足し、該中心領域の収差が完全に補正される。
好ましくは、複数のサブ結像領域は均一な等分であってもよく、非均一な分割であってもよく、Nが正の整数である。
好ましくは、各サブ結像領域の走査方向における視野は2°である。
好ましくは、ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差に対して領域別補正を行う方法は具体的に、
各サブ結像領域をラインビーム方向に沿って前記中心領域の両側で2つの画像補正領域、即ち第1画像補正領域、第2画像補正領域に分け、
第1画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が-1°~-M°であり、第2画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が1°~M°であるステップT1と、
波面センサにより測定された各サブ結像領域の波面収差換算によって各サブ結像領域の点拡がり関数即ちPSFを取得し、各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域に対応する2つの画像補正領域のPSF初期値及び制約条件とし、次にウィーナフィルタリングによりそれぞれ2つの画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了するステップT2と、
すべての画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了した後、画像を繋ぎ合わせることにより、視野全体の非アイソプラナティック収差が完全に補正された後の結像画像を取得することができるステップT3と、を含む。
好ましくは、Mが正の整数であり、且つMが3を超えない。
好ましくは、前記ステップT2は具体的に、
波面センサにより測定された各サブ結像領域波面収差がWi,j(ξ,η),1≦i≦M,1≦j≦Nであり、各サブ結像領域の点拡がり関数PSF即ちhi,j(x,y),1≦i≦M,1≦j≦Nを計算し、このうち、
式中、Pi,j(ξ,η)が波面センサのサブレンズ瞳関数であり、fがサブレンズの焦点距離であり、kが波数定数であるT2-1と、
各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域結像画像のPSF初期値及び制約条件とし、次に下記増分ウィーナフィルタリング反復公式によりそれぞれ該サブ結像領域結像画像のデコンボリューション処理を完了し、各サブ結像領域結像画像の残留収差の追加補正を実現し、
ここで、*が複素共役演算子を示し、iとjが各サブ領域の番号を示し、Yi,j(u,v)が該サブ結像領域結像画像のフーリエ変換であり、

がそれぞれ該サブ結像領域結像画像の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、

がそれぞれ該サブ結像領域PSF推定の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、S(u,v)が精度項であり、

値の更新につれて、S(u,v)の値が直ちに更新され、γxとγhが反復ステップサイズを制御するパラメータであり、その値が大きいほど、反復ステップサイズが小さくなり、アルゴリズム収束速度が遅くなり、解がより精確になり、その値が減少すれば、反復ステップサイズが増加し、アルゴリズムがより速く非平滑な解に収束し、γxとγhの値がγh=0.2|H(0,0)|2、γx=0.2|X(0,0)|2として選択されるT2-2と、を含む。
好ましくは、前記ステップT2はオンラインで処理してもよく、オフラインで処理してもよい。
本願は更に補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置を提供し、補償光学ラインビーム走査結像装置、波面センサ、波面コントローラ、波面補正器及びコンピュータを備え、
前記波面コントローラは波面センサにより測定された波面収差を抽出し、且つ前記波面補正器をフィードバック制御し、前記コンピュータは以上に記載の方法に基づいて前記波面コントローラを制御して非アイソプラナティック領域収差の時間別の閉ループ補正を完了し、オンライン又はオフライン形式の非アイソプラナティック領域収差の領域別補正を実現する。
好ましくは、前記補償光学ラインビーム走査結像装置は結像光源、収集システム、第1分光器、ダイクロイック分光器、第2分光器、第1ビーム縮小拡大システム、第2ビーム縮小拡大システム、第3ビーム縮小拡大システム、走査鏡及びビーコン光源を備え、
前記結像光源から出射されたラインビームは前記第1分光器による反射、ダイクロイック分光器による透過、第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て前記波面補正器に到達し、前記波面補正器はラインビームを前記第2ビーム縮小拡大システムに反射してから前記走査鏡に伝播し、前記走査鏡は該ラインビームを第3ビーム縮小拡大システムに反射し、次に伝播して眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って前記第1分光器に戻し、前記第1分光器による透過を経てから前記収集システムに入り、前記収集システムはラインビームを光電変換し、前記コンピュータは走査鏡を制御してラインビーム走査を実現し、且つ前記収集システムを同期制御して網膜結像画像を取得し、
前記ビーコン光源から出射された平行ビームは前記第2分光器による反射を経てから前記ダイクロイック分光器による反射を経た後、前記第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て前記波面補正器に到達し、前記波面補正器はラインビームを前記第2ビーム縮小拡大システムに反射し、次に前記走査鏡に伝播し、前記走査鏡は該ラインビームを反射してから前記第3ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って前記第2分光器に戻し、前記第2分光器による透過を経て前記波面センサに入り、前記波面センサは波面収差を測定する。
本願の有益な効果は以下のとおりである。
(1)本願はアイソプラナティック領域の補償光学結像視野に対する制限を突破して、網膜広視野の収差補正及び高解像度結像を実現することができる。
(2)本願に係る広視野非アイソプラナティック収差の時間別、領域別補正方法及び装置は、単一の波面センサ及び単一の波面補正器だけで広視野収差補正を完了することができ、いかなるシステム複雑性をほとんど増加せず、極めて高い実用性を有する。
(3)本願に係るデコンボリューション画像補正は、コストが低く、波面収差情報の領域別デコンボリューションにより補償光学収差補正を最大限に補うことができ、補正効果が高く、オンラインで処理してもよく、事後に処理してもよく、柔軟で便利である。
本願の実施例1における補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法の原理模式図である。 本願の実施例2における補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置の原理模式図である。 実施例3における通常の単回の補償光学収差補正を用いる結果を示す図である。 実施例3における本願の方法を用いて取得した結果を示す図である。
以下、実施例によって本願を更に詳しく説明し、当業者が明細書の文字を参照して実施できるようにする。
理解されるように、本明細書に使用される「有する」、「備える」及び「含む」等の用語は1つ又は複数の他の素子又はそれらの組み合わせの存在又は追加を排除しない。
補償光学ラインビーム走査結像系において、ラインビーム走査方向における波面収差は波面センサにより時間別測定を行うことができ、ラインビーム方向における波面収差は非アイソプラナティック効果に起因して波面センサにより直接測定できず、ラインビーム方向における全視野の波面収差しか測定できない。従って、2つの方向における非アイソプラナティック領域収差に対して異なる補正方法を提供する必要がある。本願は補償光学ラインビーム走査結像の広視野非アイソプラナティック収差の時間別、領域別補正方法及び装置を提供する。
実施例1
図1に示すように、補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法であって、該方法は、補償光学ラインビーム走査結像系において、ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック領域収差に対して時間別補正を行い、ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差に対して領域別補正を行うことを含み、具体的には以下のとおりである。
一、ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック領域収差に対して時間別補正を行う
ステップS1、走査時間に基づいて、走査方向において非アイソプラナティック領域結像領域を順に複数のサブ結像領域、即ちサブ結像領域1、サブ結像領域2、…、サブ結像領域Nに分け、サブ結像領域の走査方向における視野の大きさが2°を超えず、複数のサブ結像領域は均一な等分であってもよく、非均一な分割であってもよく、Nは正の整数であって、いずれもアイソプラナティック領域原則を満足する。本実施例では、各サブ結像領域の走査方向における視野が2°である場合、走査方向における非アイソプラナティック領域結像領域視野は(2N)°である。
ステップS2、各サブ結像領域の収差を順に波面センサにより測定し、且つ順に波面補正器をフィードバック制御し、順に各サブ結像領域の収差の閉ループ補正を完了する。
上記ステップによって、各サブ結像領域において、ラインビーム方向における±1°内の中心領域はアイソプラナティック領域原則も満足し、該中心領域の収差が完全に補正され、即ち2°(ラインビーム方向)×(2N)°(走査方向)非アイソプラナティック領域収差が既に完全に補正された。
二、ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差に対して領域別補正を行う
ステップT1、各サブ結像領域をラインビーム方向に沿って中心領域の両側で2つの画像補正領域、即ち第1画像補正領域、第2画像補正領域に分け、図に示すように、サブ結像領域Nの両側が2つの画像補正領域N1及びN2に対応し、
第1画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が-1°~-M°であり、第2画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が1°~M°であり、Mが正の整数であり、且つMが3を超えない。
ステップT2、波面センサにより測定された各サブ結像領域の波面収差換算によって各サブ結像領域の点拡がり関数即ちPSFを取得し、各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域に対応する2つの画像補正領域のPSF初期値及び制約条件とし、次にウィーナフィルタリングによりそれぞれ2つの画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了し、具体的には、
波面センサにより測定された各サブ結像領域の波面収差がWi,j(ξ,η),1≦i≦M,1≦j≦Nであり、各サブ結像領域の点拡がり関数PSF即ちhi,j(x,y),1≦i≦M,1≦j≦Nを計算し、このうち、
式中、Pi,j(ξ,η)が波面センサのサブレンズ瞳関数であり、fがサブレンズの焦点距離であり、kが波数定数であるT2-1と、
各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域結像画像のPSF初期値及び制約条件とし、次に下記増分ウィーナフィルタリング反復公式によりそれぞれ該サブ結像領域結像画像のデコンボリューション処理を完了し、各サブ結像領域結像画像の残留収差の追加補正を実現し、
ここで、*が複素共役演算子を示し、iとjが各サブ領域の番号を示し、Yi,j(u,v)が該サブ結像領域結像画像のフーリエ変換であり、

がそれぞれ該サブ結像領域結像画像の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、

がそれぞれ該サブ結像領域PSF推定の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、S(u,v)が精度項であり、

値の更新につれて、S(u,v)の値が直ちに更新され、γxとγhが反復ステップサイズを制御するパラメータであり、その値が大きいほど、反復ステップサイズが小さくなり、アルゴリズム収束速度が遅くなり、解がより精確になり、その値が減少すれば、反復ステップサイズが増加し、アルゴリズムがより速く非平滑な解に収束し、γxとγhの値がγh=0.2|H(0,0)|2、γx=0.2|X(0,0)|2として選択されるT2-2と、を含む。
ステップT3、すべての画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了した後、画像を繋ぎ合わせることにより、視野全体の非アイソプラナティック収差が完全に補正された後の結像画像を取得することができる。
ステップT2はオンラインで処理してもよく、オフラインで処理してもよい(結像後に処理する)。
実施例2
補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置を提供し、それは実施例1の方法を用いて非アイソプラナティック収差補正を行う。より具体的な実施例では、該装置は補償光学ラインビーム走査結像装置、波面センサ、波面コントローラ、波面補正器及びコンピュータを備え、
波面コントローラは波面センサにより測定された波面収差を抽出し、且つ波面補正器をフィードバック制御し、コンピュータは実施例1の方法に基づいて波面コントローラを制御して非アイソプラナティック領域収差の時間別の閉ループ補正を完了し、オンライン又はオフライン形式の非アイソプラナティック領域収差の領域別補正を実現する。
図2を参照して、1つの好適な実施例では、補償光学ラインビーム走査結像装置は結像光源、収集システム、第1分光器、ダイクロイック分光器、第2分光器、第1ビーム縮小拡大システム、第2ビーム縮小拡大システム、第3ビーム縮小拡大システム、走査鏡及びビーコン光源を備え、
結像光源から出射されたラインビームは第1分光器による反射、ダイクロイック分光器による透過、第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て波面補正器に到達し、波面補正器はラインビームを第2ビーム縮小拡大システムに反射してから走査鏡に伝播し、走査鏡は該ラインビームを第3ビーム縮小拡大システムに反射し、次に伝播して眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って第1分光器に戻し、第1分光器による透過を経てから収集システムに入り、収集システムはラインビームを光電変換し、コンピュータは走査鏡を制御してラインビーム走査を実現し、且つ収集システムを同期制御して網膜結像画像を取得し、
ビーコン光源から出射された平行ビームは第2分光器による反射を経てからダイクロイック分光器による反射を経た後、第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て波面補正器に到達し、波面補正器はラインビームを第2ビーム縮小拡大システムに反射し、次に走査鏡に伝播し、走査鏡は該ラインビームを反射してから第3ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って第2分光器に戻し、第2分光器による透過を経て波面センサに入り、波面センサは波面収差を測定する。
ビーム縮小拡大システムは反射型構造を用いてもよく、透過型構造を用いてもよく、更に反射屈折型構造を用いてもよく、ビーム縮小拡大比は関連する2つの瞳孔径の大きさによって決定される。
波面コントローラは波面センサにより測定された波面収差を抽出し、且つ波面補正器をフィードバック制御し、コンピュータは走査鏡の走査時間を同期し、波面コントローラを制御して時間別の収差閉ループ補正を完了する。次に、コンピュータはオンライン又はオフラインで非アイソプラナティック領域収差の領域別補正を行って、最終的に視野全体の非アイソプラナティック収差が完全に補正された後の結像画像を取得する。
実施例3 通常の補正方法と本願の方法との比較を行う
図3は通常の単回の補償光学収差補正の結果を示す図である。結像視野は2度(走査方向)*4度(ラインビーム方向)であり、結像視野全体に対して単回の収差補正を行った後、中心の2*2度のみはアイソプラナティック領域に属し、該視野収差は完全に補正されるが、両側の視野収差は完全に補正されず、よりぼけており、対応する2つのサブ領域波面収差データ(ハルトマン波面センサ測定)も見え、収差残差は回折限界の要件(λ/14、λ=795nm)を超える。
図4は本願の方法を用いて取得した結果を示す図である。両側の縁部視野の2つのサブ領域画像に対して画像デコンボリューション処理を行うことにより、残留収差を効果的に補正することができ、補正後の収差残差は回折限界の要件を満たすことができる。
図3及び図4において、X方向は走査方向であり、Y方向はラインビーム方向である。
本願の実施形態は以上のように開示されたが、明細書及び実施形態に列挙した応用に限らず、本願に適する様々な分野に完全に適用することもでき、当業者であれば、別の修正を容易に実現することができ、従って、特許請求の範囲及び同等範囲により限定される一般的な概念から逸脱することなく、本願は特定の細部に限定されるものではない。

Claims (8)

  1. 補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法であって、
    補償光学ラインビーム走査結像系において、ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック領域収差に対して時間別補正を行い、ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差に対して領域別補正を行うことを含み、
    ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック領域収差に対して時間別補正を行う方法は、
    走査時間に基づいて、走査方向において非アイソプラナティック領域結像領域を順に複数のサブ結像領域、即ちサブ結像領域1、サブ結像領域2、…、サブ結像領域Nに分け、サブ結像領域の走査方向における視野の大きさが2°を超えないステップS1と、
    各サブ結像領域の収差を順に波面センサにより測定し、且つ順に波面補正器をフィードバック制御し、順に各サブ結像領域の収差の閉ループ補正を完了するステップS2と、を含み、
    各サブ結像領域において、ラインビーム方向における±1°内の中心領域は走査方向及びラインビーム方向においていずれもアイソプラナティック領域原則を満足し、該中心領域の収差が完全に補正され、
    ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差に対して領域別補正を行う方法は、
    各サブ結像領域をラインビーム方向に沿って前記中心領域の両側で2つの画像補正領域、即ち第1画像補正領域、第2画像補正領域に分け、
    第1画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が-1°~-M°であり、第2画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が1°~M°であるステップT1と、
    波面センサにより測定された各サブ結像領域の波面収差換算によって各サブ結像領域の点拡がり関数即ちPSFを取得し、各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域に対応する2つの画像補正領域のPSF初期値及び制約条件とし、次にウィーナフィルタリングによりそれぞれ2つの画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了するステップT2と、
    すべての画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了した後、画像を繋ぎ合わせることにより、視野全体の非アイソプラナティック収差が完全に補正された後の結像画像を取得することができるステップT3と、を含むことを特徴とする補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
  2. 複数のサブ結像領域は均一な等分、又は、非均一な分割であり、Nが正の整数であることを特徴とする請求項に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
  3. 各サブ結像領域の走査方向における視野は2°であることを特徴とする請求項に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
  4. Mが正の整数であり、且つMが3を超えないことを特徴とする請求項に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
  5. 前記ステップT2は、
    波面センサにより測定された各サブ結像領域の波面収差がWi,j(ξ,η),1≦i≦M,1≦j≦Nであり、各サブ結像領域の点拡がり関数PSF即ちhi,j(x,y),1≦i≦M,1≦j≦Nを計算し、このうち、
    式中、Pi,j(ξ,η)が波面センサのサブレンズ瞳関数であり、fがサブレンズの焦点距離であり、kが波数定数であるT2-1と、
    各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域結像画像のPSF初期値及び制約条件とし、次に下記増分ウィーナフィルタリング反復公式によりそれぞれ該サブ結像領域結像画像のデコンボリューション処理を完了し、各サブ結像領域結像画像の残留収差の追加補正を実現し、
    ここで、*が複素共役演算子を示し、iとjが各サブ領域の番号を示し、Yi,j(u,v)が該サブ結像領域結像画像のフーリエ変換であり、

    がそれぞれ該サブ結像領域結像画像の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、

    がそれぞれ該サブ結像領域PSF推定の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、S(u,v)が精度項であり、

    値の更新につれて、S(u,v)の値が直ちに更新され、γxとγhが反復ステップサイズを制御するパラメータであり、その値が大きいほど、反復ステップサイズが小さくなり、アルゴリズム収束速度が遅くなり、解がより精確になり、その値が減少すれば、反復ステップサイズが増加し、アルゴリズムがより速く非平滑な解に収束し、γxとγhの値がγh=0.2|H(0,0)|2、γx=0.2|X(0,0)|2として選択されるT2-2と、を含むことを特徴とする請求項に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
  6. 前記ステップT2はオンライン、又はオフラインで処理することを特徴とする請求項に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
  7. 補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置であって、
    補償光学ラインビーム走査結像装置、波面センサ、波面コントローラ、波面補正器及びコンピュータを備え、
    前記波面コントローラは波面センサにより測定された波面収差を抽出し、且つ前記波面補正器をフィードバック制御し、前記コンピュータは請求項1~のいずれか1項に記載の方法に基づいて前記波面コントローラを制御して非アイソプラナティック領域収差の時間別の閉ループ補正を完了し、オンライン又はオフライン形式の非アイソプラナティック領域収差の領域別補正を実現することを特徴とする補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置。
  8. 前記補償光学ラインビーム走査結像装置は結像光源、収集システム、第1分光器、ダイクロイック分光器、第2分光器、第1ビーム縮小拡大システム、第2ビーム縮小拡大システム、第3ビーム縮小拡大システム、走査鏡及びビーコン光源を備え、
    前記結像光源から出射されたラインビームは前記第1分光器による反射、ダイクロイック分光器による透過、第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て前記波面補正器に到達し、前記波面補正器はラインビームを前記第2ビーム縮小拡大システムに反射してから前記走査鏡に伝播し、前記走査鏡は該ラインビームを第3ビーム縮小拡大システムに反射し、次に伝播して眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って前記第1分光器に戻し、前記第1分光器による透過を経てから前記収集システムに入り、前記収集システムはラインビームを光電変換し、前記コンピュータは走査鏡を制御してラインビーム走査を実現し、且つ前記収集システムを同期制御して網膜結像画像を取得し、
    前記ビーコン光源から出射された平行ビームは前記第2分光器による反射を経てから前記ダイクロイック分光器による反射を経た後、前記第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て前記波面補正器に到達し、前記波面補正器はラインビームを前記第2ビーム縮小拡大システムに反射し、次に前記走査鏡に伝播し、前記走査鏡は該ラインビームを反射してから前記第3ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って前記第2分光器に戻し、前記第2分光器による透過を経て前記波面センサに入り、前記波面センサは波面収差を測定することを特徴とする請求項に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置。
JP2022531633A 2020-06-16 2021-06-15 補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法及び装置 Active JP7349025B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010550799.7 2020-06-16
CN202010550799.7A CN111951174B (zh) 2020-06-16 2020-06-16 自适应光学线光束扫描成像的非等晕像差校正方法与装置
PCT/CN2021/100042 WO2021254309A1 (zh) 2020-06-16 2021-06-15 自适应光学线光束扫描成像的非等晕像差校正方法与装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023504125A JP2023504125A (ja) 2023-02-01
JP7349025B2 true JP7349025B2 (ja) 2023-09-21

Family

ID=73337018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022531633A Active JP7349025B2 (ja) 2020-06-16 2021-06-15 補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法及び装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230100817A1 (ja)
EP (1) EP4050556B1 (ja)
JP (1) JP7349025B2 (ja)
CN (1) CN111951174B (ja)
WO (1) WO2021254309A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111951174B (zh) * 2020-06-16 2023-09-29 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 自适应光学线光束扫描成像的非等晕像差校正方法与装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103054550A (zh) 2013-01-17 2013-04-24 中国科学院光电技术研究所 一种基于自适应光学的线扫描共焦检眼镜系统
JP2016158708A (ja) 2015-02-27 2016-09-05 株式会社トプコン 眼科装置
CN110794577A (zh) 2019-11-11 2020-02-14 中国科学院光电技术研究所 一种结合自适应光学和图像处理的高分辨力成像系统控制方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101869466B (zh) * 2010-07-13 2012-07-18 苏州微清医疗器械有限公司 基于自适应光学技术的共焦扫描与光学相干层析成像仪
JP2017502295A (ja) * 2013-12-23 2017-01-19 コーニング インコーポレイテッド 非イメージングコヒーレントラインスキャナシステムおよび光学検査方法
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
CN105300941B (zh) * 2015-10-20 2018-02-13 北京大学 一种荧光光片显微成像系统及方法
CN107361739B (zh) * 2017-05-31 2019-04-16 执鼎医疗科技(杭州)有限公司 一种基于线性扫描共焦的大视场瞳孔与眼底成像系统
CN110584593B (zh) * 2019-09-09 2021-06-22 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 共光束扫描的视网膜成像系统
CN110584592B (zh) * 2019-09-09 2021-06-18 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 共光路光束扫描的大视场自适应光学视网膜成像系统和方法
CN111951174B (zh) * 2020-06-16 2023-09-29 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 自适应光学线光束扫描成像的非等晕像差校正方法与装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103054550A (zh) 2013-01-17 2013-04-24 中国科学院光电技术研究所 一种基于自适应光学的线扫描共焦检眼镜系统
JP2016158708A (ja) 2015-02-27 2016-09-05 株式会社トプコン 眼科装置
CN110794577A (zh) 2019-11-11 2020-02-14 中国科学院光电技术研究所 一种结合自适应光学和图像处理的高分辨力成像系统控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111951174A (zh) 2020-11-17
EP4050556A4 (en) 2023-06-28
US20230100817A1 (en) 2023-03-30
CN111951174B (zh) 2023-09-29
JP2023504125A (ja) 2023-02-01
EP4050556A1 (en) 2022-08-31
EP4050556B1 (en) 2024-02-14
WO2021254309A1 (zh) 2021-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014048083A1 (zh) 一种共焦扫描成像系统及其像差控制方法
US9402540B2 (en) Optical systems for whole eye imaging and biometry
KR101453327B1 (ko) 안저 촬상방법, 안저 촬상장치, 및 기억매체
CN111920376B (zh) 自适应光学双轴扫描成像的非等晕像差校正方法与装置
AU1339101A (en) Rapid, automatic measurement of the eye's wave aberration
CN110794577B (zh) 一种结合自适应光学和图像处理的高分辨力成像系统控制方法
JP5997450B2 (ja) 収差補正方法、および収差補正装置
EP2419001A2 (en) Optical image acquisition apparatus having adaptive optics and control method for the same
JP2012525184A (ja) 走査検眼鏡の改善又は走査検眼鏡に関する改善
JP5574670B2 (ja) 補償光学装置、撮像装置および補償光学方法
JP7349025B2 (ja) 補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法及び装置
CN103565401A (zh) 一种全眼球光学相干层析自适应成像系统及方法
US6648473B2 (en) High-resolution retina imaging and eye aberration diagnostics using stochastic parallel perturbation gradient descent optimization adaptive optics
CN109008942A (zh) 一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置及成像方法
US9335603B2 (en) Reference calibration for an adaptive optics system
CN106361266A (zh) 一种基于光瞳滤波器和暗场技术的超分辨共焦检眼镜
US8248684B2 (en) Control of adaptive optics based on post-processing metrics
JP2014108212A (ja) 撮像装置
US6771422B1 (en) Real time optical information processing system
JP3627014B2 (ja) 補償光学装置付き眼底カメラ
JP6572560B2 (ja) 波面補償付眼底撮影装置
Goel et al. Sensorless Wavefront Sensing: Techniques, Applications, and Challenges
WO2020232309A1 (en) Method and apparatus to track binocular eye motion
JPH05269085A (ja) 眼科撮影装置
Tuohy et al. Correcting ocular aberrations with a high stroke deformable mirror

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220527

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230307

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230607

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230905

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230908

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7349025

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150