光学相干成像系统 PPT课件

衍射受限相干光学成像系统
• 在相干照明下的Βιβλιοθήκη Baidu射受限系统，对复振幅的传递是线 性空不变的。
• 空间不变线性系统的变换特性在频域中来描述更方便。 • 频域中描述系统的成像特性的频谱函数称为衍射受限 系统的相干传递函数，记作CTF。
相干传递函数CTF 的计算
• 相干传递函数CTF 是点扩展函数的傅里叶变换
H c ( f x , f y ) P(d i f x , d i f y )
相干传递函数CTF 的计算
• 相干传递函数计算：
• 圆形光瞳相干传递函数计算 • 正方形光瞳相干传递函数计算
圆形光瞳相干传递函数计算
• 对于直径为D的圆形光瞳，其孔径函数可表为
x2 y 2 P( x, y) circ D/2
x y P( x, y) rect rect a a
正方形光瞳相干传递函数计算
• 相干传递函数为
d i f y d i f x H ( f x , f y ) P(d i f x , d i f y ) rect rect a a


相干传递函数CTF 的计算
这说明，相干传递函数等于光瞳函数，仅在空域坐标和频 域坐标之间存在着一定的坐标缩放关系。而且上一节给出 的光瞳上的坐标变换产生了具体的物理意义，即空间频率
x y ~ ~ fx x , fy y d i d i
• 一般光瞳函数都是中心对称的，故可在一个反射坐标中来 定义相干传递函数，去掉负号的累赘，将相干传递函数改 写为
1 h( x 0 , y 0 ; x i , y i ) 2 d0di
1 2 d0di
2 P ( x , y ) exp j [( x Mx ) x ( y My ) y ] dxdy i 0 i 0 d i
2 ~ ~ P ( x , y ) exp j [( x x ) x ( y y ) y ] dxdy i 0 i 0 d i

衍射受限相干光学成像系统
1
2
3
3.出瞳像面:菲涅耳衍射
1. 物面入瞳: 菲涅耳衍射
2. 透镜系统: 黑箱. 只考虑边端(入瞳与出瞳之间) 的变换 关系
衍射受限相干光学成像系统
• 理想成像：点物通过系统后形成点像。实际像质受多 种因素限制。 • 衍射受限系统：不考虑系统的几何像差，像质仅仅受 到系统衍射效应的限制，即成像光束大小的限制。 • 相干成像系统：衍射受限相干光学成像系统输入面上 照明光是相干光，即单一波长，单一偏振方向，光场 中在成像过程中任意两点之间的光程差（相对相位） 恒定。
应用： • 光学相干层析成像（OCT） • 滤波器
光学相干层析成像
光学相干层析成像
简介： 光学相干层析技术（又称光学相干断层扫描技术， Optical Coherence Tomography, OCT）是近十年 迅速发展起来的一种成像技术，它利用弱相干光干涉 仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对入射弱 相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得 到生物组织二维或三维结构图像。
• 故其相干传递函数和截止频率分别为
f 2 f 2 x y H c ( f x , f y ) P(d i f x , d i f y ) circ D / 2d i
f cut
D 2 di
正方形光瞳相干传递函数计算
• 对于出瞳是边长为 a 的正方形，则光瞳函数为
fy fx rect rect a /( d ) a /( d ) i i
• 显然，不同方位上的截止频率不相同，在 x, y 轴方向上，x 系统的截止频率 f0 a (2di ) 。系统的最大截止频率在与 轴成45°角方向上
光学相干成像系统的应用
x , y Hc ( f x , f y ) F h i i


• 由于点扩展函数本身是光瞳函数的傅里叶变换，因此根据傅 里叶变换的积分定理有
, di y P( di f x , di f y ) H c ( f x , f y ) F F P di x
光学相干成像系统的频谱 分析
相干成像过程
对于一个透镜或一个成像系统，如果能清 楚地了解物平面上任一小面元的光振动通 过成像系统后，在像平面上所造成的光振 动分布情况，通过线性叠加，原则上便能 求得任何物面光场分布通过系统后所形成 的像面光场分布，进而求得像面强度分布。
成像系统的特性
因而，描述成像系统特性的关键是求出任意小面元 的光振动所对应的像场分布。 当该面元的光振动为单位脉冲即δ函数时，像场分布 函数叫做点扩展函数或脉冲响应函数。 点扩展函数公式如下：
光学相干层析成像
用途： OCT可进行活体眼组织显微镜结构的非接触式、非 侵入性断层成像。OCT是超声的光学模拟品，但其轴 向分辨力取决于光源的相干特性，可达10um ,且穿透 深度几乎不受眼透明屈光介质的限制，可观察眼前节， 又能显示眼后节的形态结构，多用于眼内疾病尤其是 视网膜疾病的诊断，随访观察及治疗效果评价等方面。
光学相干层析成像
OCT系统构成： 光学相干层析成像基于干涉仪原理，利用近红外 弱相干光照射到待测组织，依据光的相干性产生干 涉，采用超外差探测技术，测量反射回来的光强，用 于组织浅表层成像。OCT 系统是由低相干光源、光 纤迈克尔逊干涉仪和光电探测系统等构成。


成像系统的特性
由于物面上照明是相干的，则这无数个脉 冲在像平面上的响应便是相干叠加。像的复 振幅分布可以按叠加积分公式表达为物的复 振幅分布与脉冲响应函数的叠加积分。 所以，成像系统的特性可以描述为：
x , y , di y exp yi y dy h i i - j 2 xi x dx P di x , di y ) F P ( d i x