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谱域光学相干层析系统中基于解卷积方法的像质优化

王凯 曾焱 丁志华 孟婕 史国华 张雨东

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谱域光学相干层析系统中基于解卷积方法的像质优化

王凯, 曾焱, 丁志华, 孟婕, 史国华, 张雨东

Imaging quality enhancement by deconvolution in spectral domain optical coherence tomography

Wang Kai, Zeng Yan, Ding Zhi-Hua, Meng Jie, Shi Guo-Hua, Zhang Yu-Dong
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  • 谱域光学相干层析(spectral domain optical coherence tomography, 简记为SD-OCT)系统的轴向点扩散函数(point spread function, 简记为PSF)并不具备空不变特性,无法直接应用于解卷积运算.为实现SD-OCT系统成像质量基于解卷积算法的优化,本文采用数值校正后的轴向扫描信号和轴向有效PSF来实施基于Lucy-Richardson算法的解卷积运算,进而实现了SD-OCT系统中图像质量尤其是轴向分辨率的改善.本文理论分析了SD-OCT系统中导致轴向有效PSF随成像深度增大而下降和图像模糊的因素,阐述了利用解卷积算法实现图像质量优化的过程,基于建立的SD-OCT系统实施了不同成像深度位置处PSF的标定,并利用离散轴向位置处PSF的峰值拟合了轴向有效PSF的调制函数.利用调制函数对所有轴向扫描信号进行数值校正,然后根据轴向有效PSF进行解卷积算法.典型样品的解卷积图像重建结果表明,提出的解卷积方法能有效提高系统的轴向分辨率,同时有效抑制系统灵敏度随成像深度增大而下降的趋势.
    Deconvolution methods are not feasible in spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT) system due to the linear space variant property of its axial point spread function (PSF). In order to improve the axial resolution and enhance the imaging quality of the SD-OCT system, a Lucy-Richardson algorithm based deconvolution method is implemented with the numerically compensated A-scan signals and the effective axial PSF in this paper. The main factors decreasing the value of PSF along the axial direction and blurring the images, as well as the deconvolution process, are theoretical studied. With the developed SD-OCT system, the axial modulation function of the PSF is retrieved by curve fitting of the measured peak values of the PSF at different axial positions. After compensating the A-scan signal with the modulation function, deconvolution is performed with the measured effective axial PSF. In vivo imaging on typical samples is conducted and reconstruction is done based on the deconvolution method. The comparing results demonstrate that the proposed deconvolution method not only enhances the axial resolution but also improves the depth dependent sensitivity fall-off in SD-OCT system.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号:2006AA02Z4E0, 2008AA02Z422)和国家自然科学基金(批准号:60878057)资助的课题.
    [1]

    [1]Huang D, Swanson E A, Lin C P, Schuman J S, Stinson W G, Chang W, Hee M R, Flotte T, Gregory K, Puliafito C A, Fujimoto J G 1991 Science 254 1178

    [2]

    [2]Yu X F, Ding Z H, Chen Y H 2006 Acta Opt. Sin. 26 235 (in Chinese) [俞晓峰、 丁志华、 陈宇恒 2006光学学报 26 235]

    [3]

    [3]Liang Y M, Zhou D C, Meng F Y, Wang M W 2007 Acta Phys. Sin. 56 3246 (in Chinese) [梁艳梅、 周大川、 孟凡勇、 王明伟 2007 物理学报 56 3246]

    [4]

    [4]Jia Y Q, Liang Y M, Zhu X N 2007 Acta Phys. Sin. 56 3861 (in Chinese) [贾亚青、 梁艳梅、 朱晓农 2007 物理学报 56 3861]

    [5]

    [5]Yang Y L, Ding Z H, Wang K, Wu L, Wu L 2009 Acta Phys. Sin. 58 1773 (in Chinese) [杨亚良、 丁志华、 王凯、 吴凌、 吴兰 2009 物理学报 58 1773]

    [6]

    [6]Wang K, Ding Z H 2008 Chin. Opt. Lett. 6 902

    [7]

    [7]Yun S H, Tearney G J, Bouma B E, Park B H, de Boer J F 2003 Opt. Express 11 3598

    [8]

    [8]Morgner U, Drexler W, Kartner F X, Li X D, Pitris C, Ippen E P, Fujimoto J G 2000 Opt. Lett. 25 111

    [9]

    [9]Hartl I, Li X D, Chudoba C, Ghanta R K, Ko T H, Fujimoto J G, Ranka J K, Windeler R S 1999 Opt. Lett. 26 608

    [10]

    ]Schmitt J M, Xiang S H, Yung K M 1998 J. Opt. Soc. Am.A 15 2288

    [11]

    ]Sathyam U S, Colston B W, Da Silva L B, Everett M J 1999 Appl. Opt. 38 2097

    [12]

    ]Xiang J Y, Wu Z, Zeng S Q, Luo Q M, Zhang P, Huang D X 1999 Acta Phys. Sin. 48 1831 (in Chinese) [向际鹰、 吴震、 曾邵群、 骆清铭、 张平、 黄德修 1999 物理学报 48 1831]

    [13]

    ]Liu Y H, Liang Y M, Mu G G, Zhu X N 2009 J. Opt. Soc. Am. A 26 72

    [14]

    ]Paesl S, Ruy S Y, Choi J N E, Lee B H, Hong I K 2005 Opt. Quant. Electron. 37 1225

    [15]

    ]Bajraszewski T, Wojtkowski M, Szkulmowski M, Szkulmowska A, Huber R 2003 Opt. Express 16 4163

    [16]

    ]Ralston T S, Marks D L, Kamalabadi F, Boppart S A 2005 IEEE Trans. Image Process 14 1254

    [17]

    ]Hu Z L, Pan Y S, Rollins A M 2007 Appl. Opt. 46 8499

  • [1]

    [1]Huang D, Swanson E A, Lin C P, Schuman J S, Stinson W G, Chang W, Hee M R, Flotte T, Gregory K, Puliafito C A, Fujimoto J G 1991 Science 254 1178

    [2]

    [2]Yu X F, Ding Z H, Chen Y H 2006 Acta Opt. Sin. 26 235 (in Chinese) [俞晓峰、 丁志华、 陈宇恒 2006光学学报 26 235]

    [3]

    [3]Liang Y M, Zhou D C, Meng F Y, Wang M W 2007 Acta Phys. Sin. 56 3246 (in Chinese) [梁艳梅、 周大川、 孟凡勇、 王明伟 2007 物理学报 56 3246]

    [4]

    [4]Jia Y Q, Liang Y M, Zhu X N 2007 Acta Phys. Sin. 56 3861 (in Chinese) [贾亚青、 梁艳梅、 朱晓农 2007 物理学报 56 3861]

    [5]

    [5]Yang Y L, Ding Z H, Wang K, Wu L, Wu L 2009 Acta Phys. Sin. 58 1773 (in Chinese) [杨亚良、 丁志华、 王凯、 吴凌、 吴兰 2009 物理学报 58 1773]

    [6]

    [6]Wang K, Ding Z H 2008 Chin. Opt. Lett. 6 902

    [7]

    [7]Yun S H, Tearney G J, Bouma B E, Park B H, de Boer J F 2003 Opt. Express 11 3598

    [8]

    [8]Morgner U, Drexler W, Kartner F X, Li X D, Pitris C, Ippen E P, Fujimoto J G 2000 Opt. Lett. 25 111

    [9]

    [9]Hartl I, Li X D, Chudoba C, Ghanta R K, Ko T H, Fujimoto J G, Ranka J K, Windeler R S 1999 Opt. Lett. 26 608

    [10]

    ]Schmitt J M, Xiang S H, Yung K M 1998 J. Opt. Soc. Am.A 15 2288

    [11]

    ]Sathyam U S, Colston B W, Da Silva L B, Everett M J 1999 Appl. Opt. 38 2097

    [12]

    ]Xiang J Y, Wu Z, Zeng S Q, Luo Q M, Zhang P, Huang D X 1999 Acta Phys. Sin. 48 1831 (in Chinese) [向际鹰、 吴震、 曾邵群、 骆清铭、 张平、 黄德修 1999 物理学报 48 1831]

    [13]

    ]Liu Y H, Liang Y M, Mu G G, Zhu X N 2009 J. Opt. Soc. Am. A 26 72

    [14]

    ]Paesl S, Ruy S Y, Choi J N E, Lee B H, Hong I K 2005 Opt. Quant. Electron. 37 1225

    [15]

    ]Bajraszewski T, Wojtkowski M, Szkulmowski M, Szkulmowska A, Huber R 2003 Opt. Express 16 4163

    [16]

    ]Ralston T S, Marks D L, Kamalabadi F, Boppart S A 2005 IEEE Trans. Image Process 14 1254

    [17]

    ]Hu Z L, Pan Y S, Rollins A M 2007 Appl. Opt. 46 8499

  • [1] 焦宸, 简粤, 张爱霞, 薛具奎. 自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体激发谱及其有效调控. 物理学报, 2023, 72(6): 060302. doi: 10.7498/aps.72.20222306
    [2] 赵忠超, 杨旭锋, 许天旭, 何九如, 弓巧侠, 杜艳丽, 董林, 袁斌, 马凤英. 基于螺旋相位调制的非相干全息点扩散函数研究. 物理学报, 2018, 67(1): 014203. doi: 10.7498/aps.67.20171442
    [3] 胡喆皓, 上官紫微, 邱建榕, 杨珊珊, 鲍文, 沈毅, 李鹏, 丁志华. 基于受激辐射信号的谱域光学相干层析分子成像方法. 物理学报, 2018, 67(17): 174201. doi: 10.7498/aps.67.20171738
    [4] 吴彤, 孙帅帅, 王绪晖, 王吉明, 赫崇君, 顾晓蓉, 刘友文. 基于最优化线性波数光谱仪的谱域光学相干层析成像系统. 物理学报, 2018, 67(10): 104208. doi: 10.7498/aps.67.20172606
    [5] 王毅, 郭哲, 朱立达, 周红仙, 马振鹤. 基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像. 物理学报, 2017, 66(15): 154202. doi: 10.7498/aps.66.154202
    [6] 武小芳, 谢树果, 何云涛, 李丽, 李小路. 碳纳米管光学天线的有效波长和谐振特性. 物理学报, 2016, 65(9): 097801. doi: 10.7498/aps.65.097801
    [7] 赵晨, 陈志彦, 丁志华, 李鹏, 沈毅, 倪秧. 线照明并行谱域光学相干层析成像系统与缺陷检测应用研究. 物理学报, 2014, 63(19): 194201. doi: 10.7498/aps.63.194201
    [8] 杜金锦, 李文芳, 文瑞娟, 李刚, 张天才. 超高精细度微光学腔共振频率及有效腔长的精密测量. 物理学报, 2013, 62(19): 194203. doi: 10.7498/aps.62.194203
    [9] 郭友明, 马晓燠, 饶长辉. 自适应光学控制系统对Kolmogorov湍流补偿的修正有效带宽. 物理学报, 2013, 62(13): 134207. doi: 10.7498/aps.62.134207
    [10] 鲍文, 丁志华, 王川, 梅胜涛. 基于相位敏感谱域光学相干层析术的潜指纹获取方法. 物理学报, 2013, 62(11): 114202. doi: 10.7498/aps.62.114202
    [11] 黄永平, 赵光普, 肖希, 王藩侯. 部分空间相干光束在非Kolmogorov湍流大气中的有效曲率半径. 物理学报, 2012, 61(14): 144202. doi: 10.7498/aps.61.144202
    [12] 黄虎. 经典三阶驻波、短峰波的有效匹配解. 物理学报, 2009, 58(10): 6761-6763. doi: 10.7498/aps.58.6761
    [13] 孙贤明, 哈恒旭. 基于反射太阳光反演气溶胶光学厚度和有效半径. 物理学报, 2008, 57(9): 5565-5570. doi: 10.7498/aps.57.5565
    [14] 孔祥龙, 李玉同, 远晓辉, 于全芝, 郑志远, 梁文锡, 王兆华, 魏志义, 张 杰. Lucy-Richardson算法用于针孔图像的恢复. 物理学报, 2006, 55(5): 2364-2370. doi: 10.7498/aps.55.2364
    [15] 蔡长英, 任中洲, 鞠国兴. 指数型变化有效质量的三维Schr?dinger方程的解析解. 物理学报, 2005, 54(6): 2528-2533. doi: 10.7498/aps.54.2528
    [16] 方锦清, 高远, 翁甲强, 罗晓曙, 陈关荣. 小波函数反馈法实现对强流束晕混沌的有效控制. 物理学报, 2001, 50(3): 435-439. doi: 10.7498/aps.50.435
    [17] 麦振洪, 毛再先, 阳述林. 旋转圆盘下的流场解及熔硅中溶质有效分凝系数的计算. 物理学报, 1991, 40(6): 935-942. doi: 10.7498/aps.40.935
    [18] 翁征宇, 吴杭生. 归一有效声子谱谱形对超导临界温度Tc的影响. 物理学报, 1988, 37(2): 239-247. doi: 10.7498/aps.37.239
    [19] 董碧珍, 顾本源. 实现光学变换的单个全息透镜的有效设计. 物理学报, 1986, 35(2): 235-242. doi: 10.7498/aps.35.235
    [20] 李宏成. 有效声子谱对超导体临界温度的影响. 物理学报, 1979, 28(1): 104-116. doi: 10.7498/aps.28.104
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-07-06
  • 修回日期:  2009-07-27
  • 刊出日期:  2010-02-05

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