基于自适应光学技术的活体人眼视网膜细胞显微镜

摘要

本发明公开了一种基于自适应光学技术的活体人眼视网膜细胞显微镜，包括：一观察光学系统；一照明光学系统；一像差校正微机械变形镜；一视网膜细胞图像后处理模块；变形镜校正控制模型，提出基于奇异值分解和Smith控制的波前校正算法，从空间域和时间域两方面优化系统的校正性能；图像后处理模块，根据由人眼残余像差构造的点扩散函数、复原问题的一致性度量函数和先验信息的代价惩罚函数，迭代复原获得目标图像，便于医生观测诊断。

主权项

1.一种基于自适应光学技术的活体人眼视网膜细胞显微镜，包括：一观察光学系统，包括像差测量信标光源以及接收所述像差测量信标光源经人眼出射的信标光点的波前传感器；一照明光学系统，包括细胞成像光源以及细胞成像CCD，所述的细胞成像光源用于照亮人眼视网膜，所述的细胞成像CCD用于人眼视网膜的曝光成像；一像差校正微机械变形镜，设置在人眼反射光路与波前传感器之间的光路中，用于校正人眼像差；一视网膜细胞图像后处理模块，用于细胞成像CCD曝光图像的像差处理；其特征在于：所述的人眼像差校正算法的步骤是：(a)在空间域内，由光学共轭定理可知像差校正应满足Ms+c＝0，其中M是变形镜的影响函数矩阵，c为待校正畸变波前的Zernike模式系数，s为校正该像差的控制信号，因此控制信号的最小二乘解为s＝-M⁺c；(b)对M进行奇异值分解，M＝U×∑×V^T，其中U、V是正交矩阵，∑是广义对角矩阵，因此最优控制信号可表示为λ_i是变形镜影响函数矩阵的奇异值，参数m是模式像差保留项参数，可保留对前m项像差模式的校正作用；(c)在时间域内，应用离散自动控制理论建立人眼像差校正闭环控制模型，包括波前探测、波前计算、控制算法、数模转换、高压放大以及变形镜影响6个环节，除去控制计算环节，其余5个环节的传递函数G₀(z)＝z^-2，是一个纯延迟环节，控制计算环节采用积分控制算法其中μ为积分增益系数，可改善控制系统带宽；(d)根据Smith预估器原理，在H_c(z)两端并联补偿器G_τ(z)，G_τ(z)＝(1-z^-2)，则等效的Smith控制器传递函数(e)根据Z反变换的性质和空间域像差校正控制理论，得到基于奇异值分解和Smith控制算法的像差校正公式$s^{k+2}=\frac{1}{1+\mu }{s}^{k+1}+\frac{\mu }{1+\mu }{s}^k-\frac{\mu }{1+\mu }\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\left({u_i}^T{c}^{k+2}\right)(v_i/{\lambda }_i),$s^k是第k次校正时变形镜控制信号。