人眼波前像差微型自適應光學校正系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、隨著自適應光學技術在人眼波前像差校正領域中的成功應用，人類多年來首次獲得了活體人眼視網膜細胞級別的生理組織圖像，這給診斷多種眼底疾病帶來了新的契機。MEMs技術的發(fā)展日新月異，新的波前探測和波前校正設備不斷出現(xiàn)，低成本、小體積的微型自適應光學系統(tǒng)開始被眼科影像科研工作者考慮和研究。本文通過建立一基于HS波前傳感器和微機械薄膜變形鏡的眼出射波前像差微型自適應光學校正系統(tǒng)，分析和優(yōu)化其中包含的關鍵技術，從而提高了整個自適應光學系統(tǒng)的波前校正

2、性能。論文的主要工作內容包括： 1．研究了現(xiàn)有人眼眼底視網膜觀測的主要技術設備及其局限性；自適應光學對成像系統(tǒng)像質改善的研究和自適應光學技術設備的發(fā)展水平；基于自適應光學技術的人眼波前像差校正及其視網膜細胞組織觀察的國內國外的研究現(xiàn)狀；根據上述內容分析，提出本文的課題來源和具體研究內容。 2．研究了人眼眼球及視網膜組織細胞的生理結構，定義了人眼出射波前像差，綜合分析了Zernike多項式的性質特征；建立了基于正交歸一化Z

3、ernike多項式的人眼波前像差理論描述模型；首次系統(tǒng)分析了Zernike模式像差對成像系統(tǒng)像質的影響分析，建立了基于調制傳遞函數和斯特利爾比與低階、高階和組合模式波前像差之間的對應關系模型。 3．深入研究了自適應光學系統(tǒng)中波前傳感器、HS波前傳感器的波前探測原理和理論模型，包括光斑質心定位及其斜率探測誤差；建立了基于HS波前傳感器的Zernike模式復原模型，提出了基于Gram－Schmidt正交變換和Householder正

4、交變換的波前模式復原算法，在此基礎上總結提出了模式正交變換對于波前模式復原結果的影響；首次提出了一種新的基于HS傳感器斜率探測噪聲的最優(yōu)復原模式算法，并分析了其相關影響因素，并實際驗證了最優(yōu)模式對于HS波前傳感器模式復原性能的提升。 4．深入研究了波前校正器、分立致動式變形鏡和整體致動式變形鏡的結構和性能差別；建立了一種采用微機械薄膜變形鏡的自適應光學系統(tǒng)模型，對其影響函數進行特征描述；在利用微機械薄膜變形鏡進行波前模式復原校正

5、中，首次提出了兩種開環(huán)波前模式校正（主成分分析、模擬退火）和一種改進的閉環(huán)實時模式校正算法（改進的奇異值分解），進一步提升了波前校正器的畸變波前校正性能；最后研究了基于微機械薄膜變形鏡的自適應光學系統(tǒng)模式空間分辨能力。 5．采用了基于自適應光學視網膜顯微成像系統(tǒng)模塊化設計的設計方法；針對視網膜顯微成像系統(tǒng)中各模塊的性能指標依次進行研究，提出了其設計參數及功能結構；建立了自適應光學系統(tǒng)的主要功能模塊和波前像差校正工作流程，實現(xiàn)其核