线聚焦光学相干层析术的研究

提出了一种高速光学相干层析(OCT)成像技术方案。利用柱面镜的成像特性将传统OCT的点聚焦成像模式改变为线聚焦成像模式,从而降低二维OCT图像的扫描维数,达到提高成像速度的目的。利用ZEMAX光学软件对系统进行光线追迹获得光束经过柱面镜后的聚焦情况。随后采用635nm的激光光源和柱面镜构建了实验系统,实验结果很好地验证了光线追迹仿真结果。     

光学相干层析术系统性能分析——时域和频域OCT

对时域和频域光学相干层析术(Optical coherence tomography,OCT)系统的性能通过理论计算,进行分析和比较,对时域和频域OCT系统的特性进行深入的研究,为OCT系统的性能分析和提升提供理论依据。     

用于OCT动态聚焦的液晶菲涅尔波带透镜研究

提出了利用液晶菲涅尔波带透镜实现光学相干层析成像(OCT)动态聚焦的方法.根据扭曲相液晶空间光调制器(TN-LCSLM)的光学特性,设计了适用于OCT动态聚焦的菲涅耳波带透镜.利用TN-LCSLM型菲涅耳波带透镜进行了变焦控制实验,焦距实测结果与设计值比较吻合.此外,本文讨论了采用TN-LCSLM型菲涅耳波带透镜实施动态聚焦涉及到的一些问题.     

全范围测量复谱频域OCT系统

为了提高复杂多层样品的测量范围,构建了复谱频域光学相干层析成像系统．通过重建图像的振幅和相位可以减小图像的噪声,提高图像的质量,并对样品进行了实验．实验结果表明,该系统可以消除谱频域OCT图像中的寄生项和镜像,改善和提高层析图像质量,有效测量范围提高了2倍,实现了全量程的有效探测．     

基于光纤OCT系统的传感器应用综合实例分析

传感器技术课程涉及到多个学科领域,理论性、实践性都很强。对于高职的学生来讲,应在拥有适度理论基础上,重点掌握相应的实训技能。为此,我们改变传统单一的理论验证性实验教学,开发了综合性传感器应用实验项目,如光学相干层析成像（OCT）。开创性的实验方法,开拓了学生眼界,提高了学生动手能力。     

复谱频域OCT系统高分辨率图像重建

为了提高复杂多层样品层析图像的分辨率,构建了复谱频域光学相干层析成像(CSOCT)系统.由于其在低亮度和高速成像方面相对于时域OCT具有更高的灵敏度,因此在光学相干层析成像系统中具有重要的作用.本文对测试样品二层盖波片进行成像实验,基于光学相干层析基本理论,采用五帧相移算法,最终获得测试样品的复谱频域OCT图像.实验结果表明,该系统可以消除谱频域OCT图像中的寄生项和镜像,改善和提高层析图像的分辨率.     

基于OCT成像的淡水无核珍珠内部缺陷自动检测方法

光学相干层析技术(OCT)作为一种高分辨率的无损光学检测手段,已被用于珍珠的内部质量检测。针对淡水无核珍珠质层内部缺陷检测的需求,提出一种通过光学相干层析图像实现淡水无核珍珠内部缺陷自动检测的方法。根据珠层灰度变化的特点,识别图像中缺陷区域的梯度特征和缺陷位置变化特征,并利用缺陷特征建立反向传播神经网络模型。实验中采集了内部无缺陷和内部有多种类型缺陷淡水无核珍珠的光学相干层析图像各20幅,对图像进行预处理并提取特征,利用K-means算法检测样本类型与所提取特征的匹配度,用特征与类型相匹配的样本特征训练反向传播神经网络模型,使用反向传播网络模型对淡水无核珍珠内部缺陷层进行分类识别。实验结果表明该方法提取特征的匹配度为92.5%,分类准确率达到100%,验证了该方法的可行性和有效性,提出的方法能够作为淡水无核珍珠内部缺陷识别和自动分类的有效手段。     

组织精细结构的光学高分辨数据获取与图像重建

光学弱相干层析成像(OCT)技术可以对生物组织高分辨率无损成像。依据获得的样品光学截面数据,再通过三维重建,可以得到生物组织精细结构的再现。在生物组织结构再现的研究中,对于目前常用的生物组织切削照相、X-ray、超声这些方法,OCT作为一种无损高分辨率的3D光学显微技术是一种很好的补充。     

基于频域合成孔径聚焦的输电线路钢管杆超声导波成像检测

输电线路钢管杆结构是一种带有拔梢斜度的大口径薄壁管,超声导波周向B扫描检测传感器激发的超声导波在钢管杆传播过程中存在波束扩散现象。为了解决钢管杆超声导波检测过程中波束扩散导致周向检测分辨率降低的问题,提出了一种钢管杆超声导波频域合成孔径聚焦方法(Synthetic Aperture Focusing Technique, SAFT)。采用文中构建的超声导波合成孔径成像检测装置对直径为608 mm 的钢管杆进行超声导波扫查,可获得周B扫描图像和频域合成孔径聚焦图像。对比钢管杆周向B扫描图像和频域合成孔径聚焦图像,频域合成孔径聚焦图像中散射体和通孔的周向检测分辨率明显优于B扫描图像,文章提出的钢管杆超声导波频域合成孔径聚焦方法能够显著改善超声导波周向检测分辨率。     

引入双编码器模型的OCT视网膜图像分割

OCT视网膜图像中存在着噪声和散斑,单一的提取空间特征往往容易遗漏一些重要信息,导致不能准确地分割目标区域。而OCT图像本身存在光谱频域特征,针对OCT图像的频域特征,本文基于U-Net和快速傅立叶卷积提出一种新的双编码器模型以提高对OCT图像视网膜层、液体的分割性能,提出的频域编码器可以提取图像频域信息并通过快速傅里叶卷积转换为空间信息,将很好地弥补单一空间编码器遗漏特征信息的不足。经过与其他经典模型的对比和消融实验,结果表明,随着频域编码器的添加,该模型能有效提升对视网膜层和液体的分割性能,平均Dice系数和mIoU相较于U-Net均提高2%,相较于ReLayNet分别提高8%和4%,其中对液体的分割提升尤为明显,相较于U-Net 模型Dice系数提高了10%。

     

Wide-Field Three-Dimensional Depth-Invariant Cellular-Resolution Imaging of the Human Retina

Three-dimensional (3D) cellular-resolution imaging of the living human retina over a large field of view will bring a great impact in clinical ophthalmology, potentially finding new biomarkers for early diagnosis and improving the pathophysiological understanding of ocular diseases. While hardware-based and computational adaptive optics (AO) optical coherence tomography (OCT) have been developed to achieve cellular-resolution retinal imaging, these approaches support limited 3D imaging fields, and their high cost and intrinsic hardware complexity limit their practical utility. Here, this work demonstrates 3D depth-invariant cellular-resolution imaging of the living human retina over a 3 × 3 mm field of view using the first intrinsically phase-stable multi-MHz retinal swept-source OCT and novel computational defocus and aberration correction methods. Single-acquisition imaging of photoreceptor cells, retinal nerve fiber layer, and retinal capillaries is presented across unprecedented imaging fields. By providing wide-field 3D cellular-resolution imaging in the human retina using a standard point-scan architecture routinely used in the clinic, this platform proposes a strategy for expanded utilization of high-resolution retinal imaging in both research and clinical settings.     

基于波原子阈值算法的OCT图像降噪技术

为了消除或缓解光学相干断层成像方法中散斑等噪声对OCT图像像质退化的影响,提出了基于波原子阈值去噪算法。波原子变换是一种新型的二维多尺度变换,且满足曲线波的抛物比例尺度关系和各向异性征;波原子适用于模式的任意局部方向,能够对轴方向的各向异性模式稀疏展开。本文利用波原子阈值去噪算法,对人眼眼底组织和手指指尖皮肤的OCT图像进行降噪处理,并与传统的小波阈值算法和快速曲波算法对OCT样品图像去噪效果进行对比分析。结果表明,基于波原子阈值去噪方法能够有效地抑制OCT图像散斑噪声,并能保持图像边缘细节特征。     

Spectral degree of polarization uniformity for polarization-sensitive OCT

Depolarization of light can be measured by polarization-sensitive optical coherence tomography (PS-OCT) and has been used to improve tissue discrimination as well as segmentation of pigmented structures. Most approaches to depolarization assessment for PS-OCT – such as the degree of polarization uniformity (DOPU) – rely on measuring the uniformity of polarization states using spatial evaluation kernels. In this article, we present a different approach which exploits the spectral dimension. We introduce the spectral DOPU for the pixelwise analysis of polarization state variations between sub-bands of the broadband light source spectrum. Alongside a comparison with conventional spatial and temporal DOPU algorithms, we demonstrate imaging in the healthy human retina, and apply the technique for contrasting hard exudates in diabetic retinopathy and investigating the pigment epithelium of the rat iris.     

Controllable Fabrication of Au Nanocups by Confined‐Space Thermal Dewetting for OCT Imaging

Here, this study reports a novel confined‐space thermal dewetting strategy for the fabrication of Au nanocups with tunable diameter, height, and size of cup opening. The nanocup morphology is defined by the cup‐shaped void space created by a yolk–shell silica template that spontaneously takes an eccentric configuration during annealing. Thermal dewetting of Au, which is sandwiched between the yolk and shell, leads to the desired nanocup morphology. With strong scattering in near infrared, the Au nanocups exhibit superior efficiency as contrast agents for spectral‐domain optical coherence tomography imaging. This confined‐space thermal dewetting strategy is scalable and general, and can be potentially extended to the synthesis of novel anisotropic nanostructures of various compositions that are difficult to produce by conventional wet chemical or physical methods, thus opening up opportunities for many new applications.     

基于频域分析的水滴运动方向识别

通过对水滴运动模糊图像的物理本质进行分析,提出了一种基于频域的水滴运动方向识别方法。通过对运动模糊图像做二维傅立叶变换得到其频谱幅值图,然后利用频谱幅值图中高亮条纹的方向与运动方向相垂直的特性完成对水滴运动方向的识别,高亮条纹的方向采用RADON变换方法加以检测。仿真实验结果表明,该方法可以准确地识别水滴运动方向。     

基于字典算法的OCT图像散斑稀疏降噪

光学相干层析扫描(OCT)作为一种新型无创高分辨率扫描方式,在临床上得到广泛应用,但是OCT图像本身存在严重的散斑噪声,这大大影响了疾病的诊断。本文针对OCT图像中的乘性散斑噪声,改进了两种原始字典降噪算法。该算法首先对OCT图像进行对数变换,采用正交匹配追踪算法进行稀疏编码,以及K奇异值分解学习算法进行自适应字典的更新,最后通过加权平均以及指数变换回到空域。实验结果表明,本文改进的两种字典算法能有效降低OCT图像中的散斑噪声,获得良好的视觉效果。并通过均方误差(MSE)、峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)以及边缘保持指数(EPI)四个指标评价降噪效果,与两种原始字典降噪算法和传统滤波算法相比,两种改进字典算法降噪效果优于其他算法,其中自适应字典算法表现更好。