基于移动光栅空间载频谱域OCT全量程成像方法与流程

本发明涉及光学相干层析成像(OCT)技术，尤其涉及一种基于移动光栅空间载频谱域OCT全量程成像方法及系统。

背景技术：
光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography，OCT)是一种非侵入、非接触的成像技术，作为一种全新的、发展迅速的成像技术，具有高分辨、无损、实时成像等一系列优点。而谱域OCT(SpectraldomainOCT，SD-OCT)系统作为第二代OCT技术，相比于第一代OCT技术(TimedomainOCT，TD-OCT)，在成像速度、信噪比和灵敏度等方面具有明显优势。目前SD-OCT系统存在的最大问题是由实函数傅里叶变换产生的复共轭项导致的镜像。在实际应用中，为了避免镜像和实际图像的混淆，一般把待测样品放置在零光程差位置的一侧，而零光程附近往往是灵敏度最高的区域，因此消除镜像，使成像深度加倍，实现全范围成像，一直都是SD-OCT研究的热点。人们提出了各种方法来构建复数形式的干涉光谱信号以消除共轭项。最早得到复干涉光谱信号的方法是基于相移干涉术(PhaseShiftingInterferometry，PSI)理论。M.Wojtkowski基于PSI方法，最早在SD-OCT系统中实现五步移项，通过计算得到干涉光谱的振幅和相位信息，从而获得复干涉光谱。而目前SD-OCT系统中消除复共轭镜像最常用的方法是由Y.Yasuno提出的线性B-M方法。线性B-M方法可以认为是传统移项法的扩展，具有更高效的数据处理速度，同时能够抑制由色散移项误差导致的噪声。但是在线性B-M方法中相邻A-scan之间引入了移项量π/2，如果横向扫描范围较大的话就会累计一个较大的光程差。由于SD-OCT系统的灵敏度随着成像深度的增加而减小，因此这个累计的光程差会导致最后的图像沿着横向扫描方向信噪比下降。

技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于移动光栅空间载频谱域OCT全量程成像方法及系统。本发明的目的是通过如下技术方案实现的：本发明一种基于移动光栅空间载频的谱域OCT全量程成像方法：在谱域OCT中，基于线性BM-mode的方法，利用光栅中的相位补偿因子，成功获得了消镜像后的OCT图像，并且没有引入群速度延迟，其具体步骤如下：步骤一：在谱域OCT系统中，参考光以利特罗条件照射在一块光栅上，即参考光中主光线的入射角等于衍射角，光栅以速度v沿光栅面平移，将速度v进行分解，得到vx和vy。在vx方向，当光栅以速度vx向左移动时，相当于准直镜以速度vx向右水平移动，经过时间t，准直镜从位置1运动到位置2。位置2相对于位置1多引入了一段光程zx。考虑光栅的相位补偿因子，位置2相对于位置1，相位没有发生改变，因此光程zx只引入了群速度延迟，没有引入相速度延迟。考虑vy方向，速度vy产生了竖直方向的运动，同样经过时间t，那么准直镜从位置1移动到位置2。位置2相对于位置1引入了一段光程zy。该段光程会同时引入群速度延迟和相速度延迟，但群速度延迟刚好与光程zx只引入的群速度延迟相互抵消，所以参考光相较于样品光最后只会引入一个zy产生的相速度延迟该参考光和样品光最后发生干涉，干涉信号被高速线阵CCD接收。步骤二：在谱域OCT系统中，探测臂最后接收到干涉信号，先对干涉信号进行横向傅里叶变换，由于引入了相速度延迟，在该空间，实信号和复共轭信号的空间频谱被分离，通过开窗滤波滤出实信号部分，然后进行逆傅里叶变换，就得到了复数信号，最后对该复数信号沿轴向进行傅里叶变换，即可获得消镜像后的OCT图像。本发明一种基于移动光栅空间载频的谱域OCT全量程成像系统，主要包括宽带光源,2x2宽带光纤耦合器,1x2宽带光纤耦合器，样品臂，参考臂，探测臂。样品臂包括第一准直透镜，X-Y扫描振镜，第一会聚透镜，样品；参考臂包括第二准直透镜，第一光栅，第二会聚透镜，第三会聚透镜，第二光栅，第三准直透镜,步进电机；探测臂包括第四准直透镜，第三光栅，第四会聚透镜，高速线阵CCD。宽带光源与2x2宽带光纤耦合器的一个输入端相连，2x2宽带光纤耦合器的一个输出端和第一准直透镜相连，X-Y扫描振镜位于第一准直透镜的出射光路上，第一会聚透镜位于X-Y扫描振镜的反射光路上，X-Y扫描振镜位于第一会聚透镜的前焦面，样品位于第一会聚透镜的后焦面；2x2宽带光纤耦合器的另一个输出端和第二准直透镜相连；第一光栅固定在步进电机上，位于第二准直透镜的出射光路中，第二会聚透镜位于第一光栅的反射光路上，第三会聚透镜位于第二会聚透镜的出射光路，第三会聚透镜的前焦面和第二会聚透镜的后焦面重合，第二光栅位于第三会聚透镜的出射光路上，第三准直透镜位于第二光栅的反射光路上；1x2宽带光纤耦合器的一个输入端和2x2宽带光纤耦合器的另一个输入端相连，1x2宽带光纤耦合器的另一个输入端和第三准直透镜相连，1x2宽带光纤耦合器的输出端和第四准直透镜相连。第三光栅位于第四准直透镜的出射光路上，第四会聚透镜位于第三光栅的出射光路上，高速线阵CCD位于第四会聚透镜的后焦面上。与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：1、相比于一般的OCT系统，本方法用一块可以沿光栅面平移的光栅取代了参考臂中的平面镜，能够很方便的引入消镜像所需的相速度延迟，通过简单的滤波处理就能得到无镜像的全范围OCT图像，使成像深度加倍；2、相比于一般的线性B-M方法，本方法在引入消镜像所需的相速度延迟的同时，没有引入任何群速度延迟。在线性B-M方法中，相邻A-Scan之间引入了移项量π/2，如果横向扫描范围较大的话就会累计一个较大的光程差。由于谱域OCT(SD-OCT)系统的灵敏度随着成像深度的增加而减小，因此这个累计的光程差会导致最后的图像沿着横向扫描方向信噪比下降。本方法在消除镜像的同时，不会因为灵敏度的关系导致信噪比下降，所以成像质量不会下降。附图说明图1是本发明的谱域光学相干层析成像系统示意图；图2是本发明中所述数据处理过程中的空间频谱分布图；图3是本发明中参考臂部分原理示意图。图中：1、宽带光源，2、2x2宽带光纤耦合器，3、准直透镜，4、X-Y扫描振镜，5、会聚透镜，6、样品，7、准直透镜，8、光栅，9、会聚透镜，10、会聚透镜，11、光栅，12、准直透镜，13、1x2宽带光纤耦合器，14、准直透镜，15、光栅，16、会聚透镜，17、高速线阵CCD，18、样品臂，19、参考臂，20、探测臂，21、步进电机。具体实施方案本发明一种基于移动光栅空间载频的谱域OCT全量程成像方法，该方法包括以下步骤：步骤一：在谱域OCT系统中，参考光以利特罗条件照射在一块光栅上，即参考光中主光线的入射角等于衍射角，光栅以速度v沿光栅面平移，将速度v进行分解，得到vx和vy。在vx方向，当光栅以速度vx向左移动时，相当于准直镜以速度vx向右水平移动，经过时间t，准直镜从位置1运动到位置2。位置2相对于位置1多引入了一段光程zx。考虑光栅的相位补偿因子，位置2相对于位置1，相位没有发生改变，因此光程zx只引入了群速度延迟，没有引入相速度延迟。考虑vy方向，速度vy产生了竖直方向的运动，同样经过时间t，那么准直镜从位置1移动到位置2。位置2相对于位置1引入了一段光程zy。该段光程会同时引入群速度延迟和相速度延迟，但群速度延迟刚好与光程zx只引入的群速度延迟相互抵消，所以参考光相较于样品光最后只会引入一个zy产生的相速度延迟该参考光和样品光最后发生干涉，干涉信号被高速线阵CCD接收。步骤二：在谱域OCT系统中，探测臂最后接收到干涉信号，先对干涉信号进行横向傅里叶变换，由于引入了相速度延迟，在该空间，实信号和复共轭信号的空间频谱被分离，通过开窗滤波滤出实信号部分，然后进行逆傅里叶变换，就得到了复数信号，最后对该复数信号沿轴向进行傅里叶变换，即可获得消镜像后的OCT图像。如图1所示，本发明主要包括宽带光源1,2x2宽带光纤耦合器2,1x2宽带光纤耦合器13，样品臂18，参考臂19，探测臂20。样品臂包括第一准直透镜3，X-Y扫描振镜4，第一会聚透镜5，样品6；参考臂包括第二准直透镜7，第一光栅8，第二会聚透镜9，第三会聚透镜10，第二光栅11，第三准直透镜12,步进电机21；探测臂包括第四准直透镜14，第三光栅15，第四会聚透镜16，高速线阵CCD17。宽带光源1与2x2宽带光纤耦合器2的一个输入端相连，2x2宽带光纤耦合器的一个输出端和第一准直透镜3相连，X-Y扫描振镜4位于第一准直透镜3的出射光路上，第一会聚透镜5位于X-Y扫描振镜4的反射光路上，X-Y扫描振镜4位于第一会聚透镜5的前焦面，样品6位于第一会聚透镜5的后焦面；2x2宽带光纤耦合器的另一个输出端和第二准直透镜7相连；第一光栅8固定在步进电机21上，位于第二准直透镜7的出射光路中，第二会聚透镜9位于第一光栅8的反射光路上，第三会聚透镜10位于第二会聚透镜9的出射光路，第三会聚透镜10的前焦面和第二会聚透镜9的后焦面重合，第二光栅11位于第三会聚透镜10的出射光路上，第三准直透镜12位于第二光栅的反射光路上；1x2宽带光纤耦合器13的一个输入端和2x2宽带光纤耦合器2的另一个输入端相连，1x2宽带光纤耦合器13的另一个输入端和第三准直透镜12相连，1x2宽带光纤耦合器13的输出端和第四准直透镜14相连。第三光栅15位于第四准直透镜14的出射光路上，第四会聚透镜16位于第三光栅15的出射光路上，高速线阵CCD17位于第四会聚透镜16的后焦面上。从宽带光源1出来的低相干光，入射到2x2宽带光纤耦合器2，经分光后，一路进入样品臂18，经第一准直透镜3，X-Y扫描振镜4，第一会聚透镜5后照射在样品6上，经样品6反射回的信号光沿原路返回，经2x2宽带光纤耦合器2至1x2宽带光纤耦合器13处；如图3所示，从2x2宽带光纤耦合器2出射的另一束光进入参考臂19，经第二准直透镜7，照射在第一光栅8上，第一光栅8固定在步进电机21上，步进电机21通过电脑控制，以一定的速度v沿光栅面平移，引入调制载频fm，参考光经第一光栅8分光后经第二会聚透镜9，第三会聚透镜10后照射在第二光栅11上，衍射光又被重新会聚成平行光进入第二准直透镜12，而后至1x2宽带光纤耦合器13处；样品光和参考光在1x2宽带光纤耦合器13处相遇，并且发生干涉，干涉光进入探测臂20，经第四准直透镜14后照射在第三光栅15上。被光栅分光后，不同波长的色光经第四会聚透镜16聚焦在高速线阵CCD17上的不同位置，高速线阵CCD17对干涉光谱进行采集，采集的光谱信号最后传入计算机。在计算机中对采集到的干涉光谱先进性横向傅里叶变换，得到空间分布如图2所示，因为引入调制载频fm的缘故，复共轭项和实像的空间频谱被分离，通过开窗滤波滤出右边的实像部分，然后进行逆傅里叶变换，就得到了复数形式的干涉光谱信号，对该信号再沿轴向进行傅里叶变换，就得到了消镜像后的样品结构图样。