視覺科學(xué)中的波前重構(gòu)算法及個體化眼模型的研究.pdf

1、本文的研究內(nèi)容屬于視覺科學(xué)中的波前像差技術(shù)領(lǐng)域。主要分成兩大部分，第一部分研究了應(yīng)用于人眼波像差測量中的波前重構(gòu)算法；第二部分研究了基于人眼波前像差的個體化眼模型的構(gòu)建與應(yīng)用。 波前重構(gòu)算法是人眼波像差測量裝置中核心的數(shù)值計算模塊，它可以從Hartmann-Shack波前傳感器測量人眼波像差時采集到的光斑陣列中重構(gòu)出波前。首先針對實(shí)驗(yàn)室搭建的眼波像差測量裝置，研究了用模式法中的Zernike多項(xiàng)式對波前進(jìn)行展開的方法，詳細(xì)研究了

2、此Zernike算法的技術(shù)細(xì)節(jié)，包括歸一化因子的處理、矩陣方程的形成過程、用奇異值分解方法在最小二乘意義下解出各項(xiàng)Zernike系數(shù)的原理等。接下來論文把用在天文學(xué)領(lǐng)域的疊代離散快速傅立葉變換引入人眼波前像差測量的波前重構(gòu)領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)此算法對于人眼近視和像散所對應(yīng)波面的重構(gòu)誤差較大，在采樣點(diǎn)數(shù)為15×15無噪聲的情況下，屈光度大于3D以后對應(yīng)近視的波前重構(gòu)均方誤差，和屈光度大于2D以后的對應(yīng)像散的波前重構(gòu)均方誤差就超過了Marechal判

3、據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。論文提出了一種改進(jìn)的疊代離散快速傅立葉變換算法，該算法應(yīng)用了對應(yīng)于區(qū)域法中Fired幾何模式在傅立葉頻譜面內(nèi)的濾波函數(shù)，并在疊代過程中用差分方程來重新計算波前梯度。模擬計算和實(shí)際數(shù)據(jù)的處理都顯示，新算法在噪聲較小(均方誤差小于0.5個像素左右)的精密測量系統(tǒng)中，不需要濾波操作可達(dá)到比原傅立葉算法更好的重構(gòu)結(jié)果。若噪聲較大，則新算法在傅立葉頻譜面的濾波效果更為明顯，其可以達(dá)到的重構(gòu)效果在濾波操作后與原算法仍然可以比擬。這部分研究

4、中還提出并實(shí)現(xiàn)了結(jié)合Zernike多項(xiàng)式與傅立葉變換兩種重構(gòu)算法的混合算法，其目的是既能提高波前重構(gòu)的精確度，又可以方便的分析波前的特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用混合算法，用前15項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式與傅立葉變換算法進(jìn)行混合就可以滿足重構(gòu)精度和對不同模式像差進(jìn)行分析的要求。 在論文的個體化眼模型的構(gòu)造工作中，經(jīng)無損測量、數(shù)學(xué)計算和光學(xué)建模過程在光學(xué)設(shè)計軟件Zemax中構(gòu)建了個體化的活體人眼模型，其主要思路是在Gullstrand-LeG

5、rand眼光學(xué)模型的初始結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，引入用醫(yī)用角膜地形圖儀測量的道德對應(yīng)不同個體特征的角膜形狀、用超聲技術(shù)測得的眼各個部分之間厚度數(shù)據(jù)，再利用人眼波像差儀對該個體人眼的波前像差進(jìn)行測量，把對應(yīng)于此個體人眼的像差數(shù)據(jù)引入眼模型，使得所構(gòu)造的模型眼具有與該眼相同的波前像差。有了個體化眼模型，就可以進(jìn)行光學(xué)傳遞函數(shù)、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)、視網(wǎng)膜像點(diǎn)的環(huán)圍能量等計算，來對人眼的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行全面的評價。除此之外，此模型更吸引人的應(yīng)用在于它對人眼的調(diào)節(jié)對波