用于光学相干层析成像的眼前部对准算法的研究

作     者：陈葛 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭袁俊;胡建明

授予年度：2022年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：定位算法 对准算法 光学相干层析成像 

摘      要：光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种基于低相干光干涉原理的新型成像技术,具有无需侵入组织、在体三维成像、高分辨率实时成像等诸多优点,在生物医学领域有着广泛的应用。由于眼睛组织具有良好的光透过性,非常契合OCT的成像特点,因此眼科医学领域是OCT技术应用的理想领域。OCT对眼底成像时,其样品光需要穿过人眼瞳孔,经过晶状体,到达眼底获得质量较好的眼底成像。但是目前大部分的OCT设备是手动操作,同时一般在可见光照射下对准瞳孔,瞳孔受到可见光的照射会收缩变小,导致检查效率不高,也不利于OCT的成像。因此本文研究用于光学相干层析成像的眼前部对准算法,即通过眼前部对准算法使OCT的样品臂光轴自动对准人眼瞳孔中心,提高OCT设备的自动化程度,节约时间、人力成本,提高成像的效率。本文的研究内容主要有:1、基于目前主流的人眼检测技术,将积分投影函数方法应用于人眼检测中。在瞳孔中心检测中,采用近红外光作为光源,以及视场较小的工业面阵相机进行人眼图像的采集,使得在图像中瞳孔的灰度特征和形状较为突出,且只包含人眼及其周围皮肤。根据人眼图像的这些特征,首先将图像进行预处理,进一步消除噪声影响,突出瞳孔特征;然后分割瞳孔的感兴趣区域图像(Region Of Interest,ROI)图像,将霍夫变换检测和积分投影函数结合得到瞳孔中亮点的位置,再根据此亮点的圆心与二值化后的图像中的连通域轮廓点的关系分割出瞳孔的ROI;最后进行瞳孔的精确定位,利用大津法从瞳孔的ROI图像中分割出瞳孔区域,再结合瞳孔几何特征定位瞳孔中心在原始图像的位置。2、根据双目立体视觉三维测量思想,基于三角形几何原理,设计了眼前部对准算法,目的是从瞳孔中心的像点在一对二维图像中的坐标恢复出瞳孔中心的三维信息。首先介绍了算法模型,以及各个参数的意义,给出了对准的判定条件以及基本流程;然后基于三角形几何原理,推算了三维空间中的瞳孔中心的三个分量(x、y、z),对x和y分量进行了分类讨论,分析了瞳孔中心处于X或者Y坐标轴上时的判定条件,证明了瞳孔中心处于坐标轴上是其处于X-Y平面的象限中的特殊情况;最后搭建了简易的眼前部对准系统进行了可行性实验和眼前部对准实验,实验结果达到预期效果,说明眼前部算法能够用于OCT的眼前部对准。