【正文】 暨南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文光學(xué)相干層析技術(shù)的圖像信息處理【摘要】光學(xué)相干層析技術(shù)(Optical Coherence Tomography，簡稱OCT)是近年來繼共焦掃描顯微鏡之后發(fā)展起來的光學(xué)成像技術(shù)，它利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測(cè)生物組織不同深度層面對(duì)弱相干光的背向散射信號(hào)，通過掃描可得到生物組織的二維或三維圖像。由于OCT系統(tǒng)探測(cè)方法的特性以及被探測(cè)生物組織本身的高散射性，使得OCT圖像存在各種噪聲以及對(duì)比度低等特點(diǎn)，而OCT檢測(cè)最終是通過圖像信息進(jìn)行診斷，因此提高OCT的成像質(zhì)量非常重要。本文主要對(duì)OCT圖像處理做研究，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。本論文在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室OCT系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，從圖像處理的角度，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，討論了OCT技術(shù)的基本原理和圖像處理技術(shù)，從圖像的噪聲著手，研究了減小圖像噪聲的算法。小波變換在圖像去噪中具有很好的效果，隨著近幾年的發(fā)展，雙樹復(fù)小波被廣泛的應(yīng)用于圖像去噪。雙樹復(fù)小波具有移不變性、多維取向、更小的冗余度，可以保持圖像的相位信息不受損壞。本論文討論了雙樹復(fù)小波變換，并利用此算法消除噪聲，大大改善了圖像的質(zhì)量，可以基本滿足對(duì)OCT圖像初步分析判斷。但是此算法不能有效的保護(hù)圖像的邊緣特征，需要進(jìn)一步改進(jìn)?！娟P(guān)鍵詞】光學(xué)相干層析技術(shù)；圖像處理；去除噪聲；雙樹復(fù)小波變換 The Image Processing Techniques in Optical Coherence TomographyAbstract: Optical Coherence Tomography is a new developing optical image technique following the confocal scanning microscopy. It uses weak coherent basic principle of the interferometer to detect the feeble coherent light backscattered from the different depths of biological tissue, and then the two or threedimensional tomographic image can be obtained by the scanning. Owing to the weak inherent nature of the imaging system and the detection method, OCT system suffers from different noises which degrade the quality of the images. The OCT diagnosis is finally realized from the image information, therefore, there is a great significance in improving the quality of the image.Based on the experimental OCT system in our laboratory, the OCT image processing techniques are discussed in the thesis. With the discussion of the available image processing techniques and theories, the noise reduction and contrast enhancement methods have been proposed. Wavelet transform has a good effect on image denoising, with the development in recent years, doubletree plex wavelet transform(DTCWT) is widely used in image denoising. Doubletree plex wavelet transform possesses shift invariant, multidimensional approach, smaller redundancy and phase information preserving without image damage. The principle of the DTCWT algorithm is discussed and the validity of the algorithm is verified by the experiments. The algorithm of the DTCWT, however, can not effectively protect the image edge features, should be further improved.Keywords: Optical Coherence Tomography(OCT)。 image processing。 noise reduction。 doubletree plex wavelet transformation目 錄1. 緒論 1 OCT技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 OCT圖像信息處理技術(shù)的研究意義與現(xiàn)狀 3 本文的主要工作 42. 光學(xué)相干層析技術(shù) 6 OCT技術(shù)的基本原理 6 外差探測(cè)技術(shù) 7 OCT系統(tǒng)的光源選擇 10 OCT系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)參數(shù) 123. OCT圖像的去噪 15 OCT系統(tǒng)的噪聲分析 15 掃描噪聲 15 探測(cè)器噪聲 16 散斑噪聲 17 OCT圖像去噪的算法及實(shí)現(xiàn) 18 空間域?yàn)V波法 19 變換域?yàn)V波 20 OCT圖像處理實(shí)驗(yàn) 23結(jié)論 25致謝 26參考文獻(xiàn) 271. 緒論OCT作為一種可靠的活體組織層析成像方法，它可以對(duì)活體組織內(nèi)部微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高分辨率層析圖像，是繼X射線CT、MRI、超聲診斷技術(shù)之后的又一種新的醫(yī)學(xué)層析成像方法，它集半導(dǎo)體激光技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超靈敏探測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)于一身，能夠?qū)θ梭w、生物體進(jìn)行無傷害的活體組織檢測(cè)診斷，可獲得生物組織內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的高分辨截面圖像。 OCT技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)光學(xué)相干層析技術(shù)這個(gè)概念是由美國麻省理工學(xué)院的Huang D在1991年首次提出，并成功使用光學(xué)相干層析系統(tǒng)對(duì)人眼視網(wǎng)膜和冠狀動(dòng)脈壁中的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷層成像[1]。1993年，演示了人類視網(wǎng)膜的活體光學(xué)相干層析成像。1995年，開始眼科的臨床研究。在此后的幾十年間，國際上在實(shí)驗(yàn)工作方面，已經(jīng)能獲得層析成像達(dá)微米量級(jí)的空間分辨率，而且也給出了前所未有的動(dòng)態(tài)時(shí)間分辨圖像。目前國際上光學(xué)相干層析成像研究非?；钴S，正朝著功能化和信息特異性方向發(fā)展。通過不斷的努力，各種功能OCT技術(shù)也相繼誕生。將多普勒技術(shù)與光學(xué)相干層析技術(shù)結(jié)合，可提供生物組織內(nèi)部高分辨血管分布和血流速度分布圖像。Chen小組[2]基于相位分離技術(shù)，成功地將多普勒光學(xué)相干層析成像應(yīng)用于鮮紅斑痣的激光治療、藥物對(duì)血流的影響、大腦血流分布，以及微流體芯片中流體動(dòng)態(tài)測(cè)量等諸多研究中。偏振光學(xué)相干層析成像利用光的矢量特性探測(cè)生物組織內(nèi)部的雙折射分布信息。為克服自由空間系統(tǒng)應(yīng)光學(xué)相干層析技術(shù)的圖像信息處理用的局限性，Johannes de Boer小組[3]開創(chuàng)了基于單模光纖的偏振光學(xué)相干層析成像研究。光譜光學(xué)相干層析成像依據(jù)生物組織不同成分對(duì)光譜成分與散射特性的差異來構(gòu)筑光譜層析圖像[4]。2007年，MIT的研究人員開發(fā)了一種新的激光技術(shù)用于OCT層析成像，他們對(duì)眼睛視網(wǎng)膜掃描，以生成時(shí)間小于1秒的高速掃描獲得高分辨率視網(wǎng)膜三維圖像。這種技術(shù)在縱向掃描的基礎(chǔ)上通過橫向掃描圖像合成，克服了傳統(tǒng)OCT圖像受成像速度和無意識(shí)的運(yùn)動(dòng)如眨眼等因素限制的影響。但是，由于患者通常維持不眨眼的時(shí)間一般為一秒鐘，因此獲得三維掃描數(shù)據(jù)的總量仍然有限[5]。慕尼黑大學(xué)的Robert Huber以及MIT的研究人員進(jìn)行的視網(wǎng)膜掃描，比之前所用的OCT技術(shù)提高了十倍[6]。鑒于光學(xué)相干層析成像技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)用，國內(nèi)也積極地開展研究。國內(nèi)首臺(tái)OCT裝置由清華大學(xué)研制成功，并利用這臺(tái)裝置獲得了清晰的生物樣品OCT圖像[7]。清華大學(xué)物理系早在1994年就開始研究OCT技術(shù)，在學(xué)校和科學(xué)基金的資助下，研制成我國第一臺(tái)OCT裝置，并對(duì)兔眼、植物組織、血管等樣品做了實(shí)驗(yàn)，取得了成功。國內(nèi)其它單位研究OCT技術(shù)的工作有：華中科技大學(xué)OCT實(shí)驗(yàn)室對(duì)OCT軸向圖像的形成機(jī)理及傳遞函數(shù)進(jìn)行了剖析；中科院上海光機(jī)所在共焦掃描成像理論研究的基礎(chǔ)上對(duì)OCT進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究；南開大學(xué)光電子中心對(duì)1300nm的光學(xué)層析成像與生物組織折射率進(jìn)行了研究；天津大學(xué)建立了OCT系統(tǒng)，利用蒙卡進(jìn)行了模擬OCT圖像方面的研究[8]。 OCT圖像信息處理技術(shù)的研究意義與現(xiàn)狀與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相比較，OCT技術(shù)具有縱深方向圖像分辨率高（1~15mm），可對(duì)生物組織無接觸、無損傷、高動(dòng)態(tài)范圍（﹥100dB）實(shí)時(shí)探測(cè)成像，且操作簡單、便攜、易于與內(nèi)窺鏡結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，因此在眼科、皮膚科、牙科、胃腸以及心血管等生物醫(yī)療檢測(cè)領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力。生物醫(yī)學(xué)影像是輔