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宽场OCT系统性能和彩色图像重建的研究

作　者: 王琨
导　师: 冯音琦
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械工程
关键词: OCT系统 3-D图像重建彩色合成 VTK
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 28次
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内容摘要

光学相干断层成像(OCT)是一种新兴的光学检测方法，它具有高分辨率、高灵敏度、无损检测的特性。宽场OCT系统一次扫描可以完成一个二维平面图像的采集，避免了传统OCT技术的逐点扫描，通过不同深度的扫描可以获得样品的三维数据集，根据三维图像算法，将三维数据集合成样品的三维图像。三维图像可以帮助检测人员从不同角度观察样品的结构和细节信息，为医学的早期诊断、病灶位置的判断以及材料缺陷检测提供有利的依据。本文主要研究宽场OCT系统的性能、宽场OCT系统的三维图像重建和彩色单层图像重建。在宽场OCT系统性能研究方面，分析影响系统性能的因素，包括震动、杂光和噪声的影响、实验系统元器件性能的限制等，对横向分辨率、纵向分辨率、采集速度、探测深度等四个系统性能进行了研究。首先，由于横向分辨率主要受CCD最小分辨率的限制，成像深度主要受样品的反光性和透光性的影响，通过实验方法确定宽场OCT系统的横向分辨率和探测深度；其次，纵向分辨率主要受光源的中心波长的限制，采集速度主要受微动台稳定性的影响，通过实验和理论计算相结合来确定系统的纵向分辨率和成像速度。在实验中，可通过改善实验条件达到提高系统性能的目的，获得较好的图像质量。在宽场OCT的系统三维图像重建方面，本文根据OCT系统的基本原理和OCT系统的三维数据结构，基于体绘制的基本思想提出一种对OCT系统扫描的数据进行三维图像重建的方法，在VC++环境中应用VTK可视化工具包中的相应函数实现再现。平面像素点发出多条射线，射线穿过OCT系统获得三维数据集，同时沿射线穿过三维数据集的方向对透明度值和颜色值进行采样并合成，合成的图像即是三维重建图像的初步结果，然后应用合理的光照模型进行光照计算得到样品表面的明暗效应，最后得到样品的最终三维重建图像。使用这种方法分别对传统OCT系统和宽场OCT系统采集的不同材料样品的数据进行三维图像重建，并讨论了不同采样参数对重建图像的影响。对OCT系统采集的三维数据集进行了重切片，获得了样品横截面、冠状面、矢状面的二维断层图像，实现从多角度观察样品的细节信息。在宽场OCT系统的彩色图像重建方面，根据三原色光通过系统采集的样品数据，重建样品的二维真彩色图像。使用三原色光分别成像，通过研究合成的彩色图像是否符合样品的真实颜色信息，来讨论如何让避免白光光源直接成像失真的问题。通过实验在三色叠加程序中确定系统三原色光的加权系数比，获得符合样品真实色彩的彩色图像。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-20
  1.1 光学相干断层成像技术的发展历史及现状  12-17
    1.1.1 光学相干断层成像技术  12-16
    1.1.2 宽场光学相干断层成像技术  16-17
  1.2 三维图像重建技术  17-19
  1.3 课题研究意义及主要研究内容  19-20
    1.3.1 课题研究意义  19
    1.3.2 主要研究内容  19-20
第二章宽场光学断层相干成像系统原理  20-32
  2.1 彩色宽场 OCT 系统的基本原理  20-21
  2.2 OCT 系统三维图像重建的基本原理  21-29
    2.2.1 多幅断层图像的三维数据结构  21-23
    2.2.2 Alpha 混合算法和光照模型  23-25
    2.2.3 采样和采样结束的判断  25-27
    2.2.4 OCT 系统三维图像重建的基本流程  27-29
  2.3 宽场 OCT 系统彩色图像重建的基本原理  29-32
    2.3.1 不同色彩物体对光的吸收和反射  29-30
    2.3.2 三原色混色原理  30-32
第三章宽场 OCT 系统性能的研究  32-40
  3.1 宽场 OCT 系统的横向分辨率  32-34
    3.1.1 影响宽场 OCT 系统横向分辨率的因素  32-33
    3.1.2 宽场 OCT 系统横向分辨率的确定  33-34
  3.2 宽场 OCT 系统的纵向分辨率  34-36
    3.2.1 影响宽场 OCT 系统的纵向分辨率的因素  34-35
    3.2.2 宽场 OCT 系统的纵向分辨率的确定  35-36
  3.3 宽场 OCT 系统采集速率  36-38
  3.4 宽场 OCT 系统的探测深度  38-40
第四章 OCT 系统三维图像重建研究  40-56
  4.1 三维图像重建中光照效果的设置  40-41
  4.2 不同采样参数下三维图像重建结果对比  41-43
  4.3 传统 OCT 系统三维图像重建结果  43-49
    4.3.1 传统 OCT 断层图像的预处理  43-44
    4.3.2 传统 OCT 系统的三维图像重建结果  44-49
  4.4 宽场 OCT 系统三维图像重建结果  49-52
  4.5 三维数据的重切片技术  52-56
第五章 OCT 系统彩色图像重建研究  56-62
  5.1 彩色样品在宽场 OCT 系统中的成像规律  56-58
  5.2 彩色样品的单层彩色图像的重建结果  58-62
第六章总结  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
研究成果及发表的学术论文  68-69
作者及导师简介  69-70
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  70-71

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