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眼底视网膜成像技术的前沿一致是定位于高分辨率地观察视网膜的最细微结构,随着自适应光学技术的引入极大地提高了成像分辨率,却又不得不受到视网膜抖动造成的帧内图像模糊的影响,以及抖动造成帧间图像区域偏离出视场的意外。为此,多种去除视网膜抖动的技术被国内外研究者提出并加以应用,虽然也取得了一些不错的效果,但是从根本上实时解决视网膜抖动的要求,并未实现,尤其是活体视网膜高频抖动根本无法用现有技术检测,就更不用提去除高频抖动了。
本论文正是在这样的背景下,提出了一种高速线扫描共焦眼底成像方法。在保证有效的成像分辨率的情况下,牺牲一小部分分辨率能够极大地提升成像速度,从而实现了对活体视网膜高频抖动的完整记录。在高速成像图像帧内无抖动的情况下,采用区域模板相关跟踪成功地实现了从帧间图像检测出视网膜高频抖动的研究工作,表明论文研制的高速线扫描共焦眼底成像系统在检测活体视网膜抖动——尤其是高频抖动——方面的有效性与优越性,为视网膜抖动的检测提供了一种新的优良方法,并且为下一步完全校正视网膜抖动的工作奠定了扎实的基础。具体的工作如下:
1、描述了人眼视网膜的组织结构特性和激光光谱特性;在对高分辨率眼底成像技术进行调研后,着重描述了视网膜抖动对高分辨率眼底成像带来的影响;详细的调研了现有的解决视网膜抖动的方法和技术,结合课题组自身高分辨率成像方面的优势,最终提出了一种高速线扫描共焦眼底成像技术用于检测视网膜抖动的方案。
2、以传递函数为工具,从薄透镜和柱面透镜的三维空间光衍射理论基本原理入手,利用部分相干成像理论解释了线扫描共焦眼底成像系统的物理意义,最终推导出线扫描成像系统的交叉传递函数,并分析了系统成像分辨率的影响因素。
3、根据人眼光学系统作为物镜的线扫描眼底成像技术,进行了整套系统的光学系统设计,在Zemax中对系统优化后,使得系统在免散瞳的情况下眼底10°视场内接近衍射极限。在需要扫描才能实现成像的系统,设计了系统扫描电控关系和时序控制,以及图像采集的软件系统,能够实现配置不同成像速度下的视网膜图像和视频采集。
4、完成上述设计工作后,搭建了整套高速线扫描共焦眼底成像实验系统。通过模拟人眼标定系统参数,整套系统的成像视场为10°,成像分辨率为10μm,图像分辨率可调的情况下,成像速度最高可达160Hz。在严格论证系统用于活体视网膜成像时人眼安全曝光的限制下,开展了志愿者的视网膜成像实验,获取了高速视网膜成像视频数据。
5、高速线扫描共焦眼底成像系统虽然牺牲了一部分分辨率,但是极高的时间带宽保证了对视网膜高频抖动的完整记录,并且在高速成像中图像帧内几乎没有抖动存在,使得直接可以从帧间图像提取高频视网膜抖动。为此,论文首先采用基于特征点匹配的SIFT算法检测视网膜抖动,由于论文系统成像分辨率限制导致了SIFT算法检测视网膜抖动效果并不理想。最后,采用区域模板相关跟踪算法用于视网膜高频抖动的检测,并成功地实现了两种高帧频成像速度下的抖动检测实验,通过对检测实验结果分析,验证了本论文研制的高速线扫描共焦眼底成像系统检测视网膜高频抖动的优越性。