激光散斑襯比成像流速測(cè)量準(zhǔn)確性改善方法研究.pdf

1、激光散斑襯比成像方法以其快速、高分辨、無(wú)需掃描即可實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)二維流速成像的特點(diǎn)，在腦組織、皮膚、眼底視網(wǎng)膜、關(guān)節(jié)以及腸系膜等生物組織血流檢測(cè)中取得了重要應(yīng)用，為反映生物組織功能活動(dòng)、揭示重大疾病產(chǎn)生機(jī)制以及藥效評(píng)價(jià)提供了重要的研究工具。同時(shí)，該方法以其快速、非接觸、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在種子活力快速檢測(cè)中具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中選種、育種以及作物儲(chǔ)藏研究提供了潛在的檢測(cè)手段。然而激光散斑襯比成像方法無(wú)論在方法學(xué)還是應(yīng)用層面都

2、存在諸多問(wèn)題需要解決、改進(jìn)和深入研究。
　　 因此，本文選擇從方法學(xué)和應(yīng)用兩方面對(duì)激光散斑襯比成像方法展開(kāi)研究。在方法學(xué)層面，從理論計(jì)算、數(shù)值模擬和模型實(shí)驗(yàn)等方面對(duì)激光散斑襯比成像中涉及的若干重要問(wèn)題展開(kāi)探討，包括：空間分辨率與襯比測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)系；成像系統(tǒng)噪聲對(duì)襯比測(cè)量準(zhǔn)確性的影響；速度測(cè)量線(xiàn)性范圍；散斑尺寸對(duì)靜態(tài)散斑襯比和動(dòng)態(tài)散斑襯比的影響；幾種襯比分析方法性能的比較。在應(yīng)用層面，對(duì)激光散斑襯比成像方法應(yīng)用于種子活性檢測(cè)的有

3、效性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)幾種激光散斑數(shù)據(jù)分析方法的性能及各自的成像條件進(jìn)行比較和分析。本文取得的主要研究結(jié)果如下：
　　 （1）針對(duì)現(xiàn)有的激光散斑模擬方法的局限性，發(fā)展了基于變量相關(guān)的時(shí)間積分動(dòng)態(tài)散斑模擬方法，并將該方法與模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)激光散斑襯比成像系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析：指出在保證速度測(cè)量準(zhǔn)確性的前提下，當(dāng)不考慮CCD像素尺寸對(duì)空間分辨率影響時(shí)，激光散斑襯比成像空間分辨率一般為光學(xué)系統(tǒng)最高分辨率的一半；CCD噪聲中光散粒噪聲和直

4、流噪聲和對(duì)弱光下的襯比測(cè)量準(zhǔn)確性影響較大，在平均光強(qiáng)低于200counts時(shí)襯比測(cè)量誤差可達(dá)10％以上；布朗運(yùn)動(dòng)的差異導(dǎo)致成像系統(tǒng)對(duì)不同散射樣品的速度測(cè)量線(xiàn)性范圍不同。
　　 （2）研究了散斑尺寸對(duì)激光散斑襯比成像的影響。提出了局域靜態(tài)散斑空間襯比與散斑尺寸和空間窗長(zhǎng)度關(guān)系的近似表達(dá)式，為激光散斑襯比成像中合理的散斑尺寸的選取提供了指導(dǎo)；對(duì)動(dòng)態(tài)散斑的研究表明，不同散斑尺寸下CCD像素空間積分效應(yīng)對(duì)空間襯比和時(shí)間襯比的影響具有等價(jià)

5、性，但散斑尺寸對(duì)空間域上有效統(tǒng)計(jì)像素?cái)?shù)的影響較大，而對(duì)時(shí)間域上有效統(tǒng)計(jì)像素?cái)?shù)的影響較小，從而解釋了激光散斑襯比成像在血流速度測(cè)量中，時(shí)間襯比分析方法比空間襯比分析方法需要更少的統(tǒng)計(jì)像素?cái)?shù)即可獲得準(zhǔn)確的襯比均值的原因。
　　 （3）比較了已有的幾種基于時(shí)間統(tǒng)計(jì)與空間統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的襯比分析方法。數(shù)值模擬和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究均表明，時(shí)空聯(lián)合襯比分析方法（stLASCA）的襯比均值最大測(cè)量誤差約5％，而時(shí)間平均的空間襯比分析方法（sLASCA）

6、和空間平均的時(shí)間襯比分析方法（tLASCA）的襯比均值最大測(cè)量誤差為13％以上，而三種方法的統(tǒng)計(jì)噪聲相當(dāng)，表明在各態(tài)歷經(jīng)條件下stLASCA方法統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性高于sLASCA和tLASCA方法。
　　 （4）對(duì)吸脹的玉米種子散斑圖像處理結(jié)果表明，激光散斑襯比分析方法（sLASCA和tLASCA）和激光散斑時(shí)間微分方法可在10s以?xún)?nèi)完成單個(gè)種子活力檢測(cè)，獲得的圖像對(duì)比度分別為0.26、0.32和0.57。對(duì)發(fā)芽初期的玉米種子散斑圖像處