光谱OCT合成孔径算法的研究

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OCT(Optical Coherence Tomography,光学相干层析技术)是一种基于白光干涉的光学成像技术,可以对生物组织内部微观结构进行横断面层析成像。OCT技术以其无损伤、非介入、分辨率高等优点,在科学研究和生物医学等领域具有广泛的应用前景。   本文针对OCT中图像分辨率和清晰成像范围相互矛盾的缺点,深入分析光谱OCT系统的扫描模型和高斯光束自身的影响,借鉴合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar,SAR)的数据处理方法,在课题组近似波数域算法研究的基础上,利用合成孔径算法实现了图像重构,获得了分辨率一致的图像。   论文主要完成了以下工作:   1.详细分析了光谱OCT的基本成像原理和系统扫描模型,借鉴合成孔径雷达的数据处理方法,提出了用于横向扫描和旋转扫描的合成孔径算法来实现图像重构,提高了图像的分辨率。   2.根据光谱OCT系统的横向扫描结构,研究了OCT的衍射物理模型,分析了高斯光束的宽度和波前对图像质量的影响,在此基础上推导出散射的前向模型和图像重构步骤,得到参考光、样品光以及干涉光谱数据的表达式。   3.比较了SAR的距离多普勒(Range Doppler,RD)算法和波数域算法,提出了改进的RD算法,将光谱数据的二维处理分解成两个一维处理:利用波数域的变量替换进行横向距离徙动校正,利用匹配滤波器进行纵向压缩,分别提高了图像的横向和纵向分辨率。为了将OCT技术应用于内窥成像,提出了基于旋转扫描的合成孔径算法,改善了图像质量。   4.针对影响图像质量的主要参数,利用MATLAB进行了横向扫描和旋转扫描的仿真模拟,并搭建光纤型光谱OCT系统,选取新鲜猪肝作为样品进行实验。实验结果与仿真结论相一致,由此验证了算法的正确性。
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