三维彩色宽场光学相干断层成像系统的建立与性能研究

摘要

光学相干断层成像（OCT）技术是一种可对生物组织、各种材料进行非侵入检测的新型光学诊断检测三维成像技术。宽场光学相干断层成像（WFOCT）技术是传统OCT技术的扩展，无论传统OCT还是WFOCT技术往往都忽略样品的自然色，只能通过后期图像处理得到样品的伪彩色图像。而一幅真彩色的样品图像所包含的信息比伪彩色图像更丰富，得到的图像更逼真，可为专业的医学诊断以及其它光学检测提供了更加有用的信息。 基于WFOCT技术，提出了一种彩色成像方法，搭建了三维彩色WFOCT系统。系统通过红、绿、蓝滤波片滤出宽场白光的三原色光作为光源，分别在三色光下得到样品的三色图像，通过图像处理，将样品三色光图像合成彩色图像。设计了相关的系统控制软件，实现了滤波片选择的自动控制、三原色光图像的采集和系统纵向扫描；完成了样品图像重构、三原色光图像合成彩色图像和样品的三维图像重建等系统的图像处理过程。利用该成像方法研究了彩色成像机理，模拟了白光成像，为以后直接在白光下获得彩色图像打下了基础。 以载波片上表面和下表面、塑料表面和硬币表面作为样品，利用三维彩色WFOCT系统进行了相关实验，获得了相应的单色和彩色图像。实验结果表明该系统可以对一些透明介质及反射系数较高的彩色样品成像。 最后对系统性能进行了研究和测试，分析了系统的横向分辨率、纵向分辨率以及系统的成像速率的影响因素，初步得到了系统性能的理论值和测量值。着重分析了实验平台振动等外界因素对系统成像造成的影响，并利用ZEMAX光学设计软件对单色宽场光学系统的干涉效果进行了模拟，根据实验与模拟结果，给出获得较为清晰、分辨率较高的样品图像的实验条件。

目录

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第一章绪论

1.1 OCT技术的发展历史及现状

1.2宽场光学相干断层成像技术

1.3课题研究意义与主要研究内容

1.3.1课题研究意义

1.3.2主要研究内容

第二章三维彩色WFOCT系统成像原理

2.1三维彩色WFOCT系统基本原理

2.1.1传统OCT系统的基本原理

2.1.2彩色WFOCT的基本原理

2.2层析图像重构算法

2.2.1移相干涉法测量原理

2.2.2常见的移相算法

2.3三原色合成彩色图像基本原理

2.3.1色彩混合原理

2.3.2彩色图像处理

2.4三维图像重建基本原理

第三章三维彩色WFOCT系统的设计和建立

3.1三维彩色WFOCT系统硬件的设计

3.1.1系统光源

3.1.2分光器及波片

3.1.3 CCD照相机和图像采集卡

3.1.4滤波片转轮系统

3.1.5平移台及其控制系统

3.1.6系统硬件的实现

3.2三维彩色WFOCT系统的软件设计

3.2.1系统微动台与宏动台控制程序设计

3.2.2 CCD图像采集程序设计

3.2.3滤片控制系统程序设计

3.2.4系统软件的实现

第四章三维彩色WFOCT系统的图像处理

4.1单色图像重构

4.1.1图像重构程序设计

4.1.2实验和单色图像处理结果

4.2彩色图像重构

4.2.1三原色合成彩色图像程序设计

4.2.2实验及三色合成结果

4.3三维图像重建

4.3.1三维图像重建程序设计

4.3.2实验和三维图像重建结果

第五章三维彩色WFOCT系统的性能研究

5.1系统性能参数的影响因素分析及性能测试

5.1.1系统的横向分辨率

5.1.2系统的纵向分辨率

5.1.3系统的成像速率

5.2系统状态对系统性能的影响

5.2.1不同系统状态下实验结果

5.2.2实验模拟及结果

第六章总结与展望

6.1主要工作的总结

6.2未来工作的展望

参考文献

致 谢

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