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眼底图像实时处理与液晶自适应系统控制研究

作　者: 李鹏飞
导　师: 宣丽
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学
关键词: 液晶自适应系统视网膜血管图像处理噪声拼接
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

人眼视网膜上的血管是人体唯一可以直接观察的血管,各种疾病,特别是早期症状不明显的疾病可以通过视网膜末梢微血管的性变来诊断。但是由于人眼本身存在像差,使目前临床应用的眼底镜无法进行只有10微米直径的末梢微血管或视觉细胞的高分辨观察,通常只是检查视盘水肿等较简单的眼底病。1994年梁俊忠和Williams等人首次将应用于天文观测和激光整形领域的自适应光学技术引入到人眼视网膜成像中,并于1997年第一次成功实现了自适应校正人眼像差的视觉细胞成像。常规自适应系统采用变形镜作为校正器,因为其响应速度快,能适应天文观测领域大气湍流变化;但是在视网膜观测中眼波畸变很大,变形镜驱动单元少,对像差复杂的患者、尤其中老年患者,校正效果差;另外变形镜价格昂贵,因此研究进展缓慢,对于光敏感度很低的微细血管成像的报道寥寥无几。本研究利用校正单元多、驱动电压低、成本低、加工周期短的LCOS液晶校正器,研制了一套自适应眼底像差校正成像系统。由于液晶自适应光学系统的研究起步晚,加上液晶系统光能损耗大,也一直未见有视网膜微血管自适应观测的成功报道。本论文利用搭建好的液晶自适应眼底像差校正平台做了系统控制软件的设计与优化,更重要的是依靠图像处理手段,对视网膜的微血管图像进行实时处理。对于图像噪声通过软硬两方面的改进,使图像质量得到很大提升;对于模糊的视网膜微血管图像进行实时复原,提出了2步曝光复原算法,使模糊的视网膜微血管图像变得清晰;对于视频视网膜微血管影像的抖动问题,提出了中心区域最佳条件匹配算法,成功实现了对视网膜微血管和细胞观测的实时稳像,解决了国内外普遍采用的事后图像分解稳像的非实时性问题;在研究视网膜微血管小视场图像拼接过程中,需移动眼底视场十几次甚至数十次采像,为了在视场移动后成像CCD仍能处于焦面上,提出了成像CCD自适应随动平台的设计思想,并在仿真实验中获得良好效果;对于图像拼接的方法,改进了传统的Harris角点检测算法,使其更适用于视网膜微血管图像拼接,实现了视网膜微血管图像自动准确快速的拼接,极大地提高了工作效率。本论文属于眼底图像处理和液晶自适应光学成像系统的控制研究。解决了一系列应用中的问题,显示出图像处理技术的独到之处。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-21
  1.1 眼底液晶自适应系统的研究意义  12-18
  1.2 眼底液晶自适应系统的国内外发展现状  18-19
  1.3 本论文的主要研究内容  19-21
第2章眼底液晶自适应系统控制研究  21-32
  2.1 引言  21-22
  2.2 眼底液晶自适应校正系统的控制方式  22-24
  2.3 眼底液晶自适应系统控制流程  24-30
    2.3.1 眼底液晶自适应系统的控制算法描述  24-26
    2.3.2 人眼视网膜的像差校正成像  26-30
  2.4 小结  30-32
第3章人眼视网膜图像的实时处理  32-75
  3.1 引言  32-33
  3.2 眼底视网膜微血管图像的复原  33-47
    3.2.1 微血管图像的模糊形成过程的研究  33-36
    3.2.2 模糊的微血管图像复原算法的设计与实现  36-47
  3.3 眼底视网膜图像噪声的研究  47-60
    3.3.1 眼底视网膜图像噪声的来源  47-49
    3.3.2 眼底视网膜图像的去噪处理  49-53
    3.3.3 图像噪声的软件去除方法  53-60
  3.4 眼底图像的稳像研究  60-74
    3.4.1 视网膜眼底细胞图像的稳像研究  60-69
    3.4.2 视网膜眼底微血管图像的稳像研究  69-74
  3.5 小结  74-75
第4章人眼液晶自适应系统大视场研究  75-106
  4.1 引言  75-76
  4.2 信标光的设计  76-79
  4.3 成像CCD 自适应随动控制的研究  79-95
    4.3.1 成像CCD 自适应随动控制系统设计原理  79-84
    4.3.2 实验设计与验证  84-89
    4.3.3 控制算法改进方案及验证实验  89-95
  4.4 视网膜微血管图像的快速拼接的研究  95-104
    4.4.1 视网膜微血管图像配准研究  95-102
    4.4.2 视网膜微血管图像融合研究及验证实验  102-104
  4.5 小结  104-106
第5章结论与展望  106-108
参考文献  108-119
在学期间学术成果情况  119-120
指导教师及作者简介  120-121
致谢  121

眼底图像实时处理与液晶自适应系统控制研究

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