《激光散斑时间衬比成像方法研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光散斑时间衬比成像方法研究（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 激光散斑时间衬比成像方法研究 姓名：张智涛 申请学位级别：硕士 专业：生物医学工程 指导教师：曾绍群 20070130 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 监测微循环血流的动态变化对于研究生物组织的功能活动与疾病的机理非常重 要，但目前常用的监测方法存在空间分辨率不够高、需加入扫描装置等缺陷。激光 散斑衬比成像技术能够在无需扫描的条件下实现对区域性血流变化的动态监测，而 且具有很高的时间、空间分辨率，在生命研究领域逐渐成为研究的热点。 本文根据激光散斑成像技术的特点，介绍了激光散斑空间衬比成像
2、技术、时间 衬比成像技术的原理与应用，对基于散斑时间统计特性的时间衬比方法进行了详细 的分析。主要内容如下： (1) 通过理论分析、 模型实验以及动物实验比较了时间衬比与空间衬比分析方法 对静态散斑的抑制效果。结果表明，时间衬比方法在对静态散斑抑制效果上要优于 空间衬比。 (2) 在搭建主动降噪散斑成像系统的基础上，利用时间衬比分析，对主动降噪和 非主动降噪成像系统进行了比较。并通过模型实验证实：主动降噪散斑成像系统中， 衬比噪声随着样本帧数 N，以1/N 的比例下降；当样品达到一定动态特性时，非主 动降噪系统亦可采集到统计独立的散斑图像，达到和主动降噪系统类似的降噪效果。 当独立散斑样本帧数
3、 N100 时，二者衬比噪声水平均可下降到 10%以下。 (3) 对基于散斑时间统计特性的类共聚焦系统进行了分析研究， 完成系统性能的 评估，通过模型实验和动物实验证实，在统计独立的动态散斑场照明条件下，散斑 类共聚焦系统具有良好的层析能力,轴向分辨率为 8 m。 关键词关键词：激光散斑成像 时间衬比 空间衬比 主动降噪 类共聚焦 *本研究由国家海外杰出青年科学基金（批准号：30328014）资助. 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Monitoring cerebral blood flow is impor
4、tant to understand the mechanisms of neurovascular coupling and regulation in normal and diseased brain. However, conventional methods used to measure blood flow suffer from the low spatial resolution and temporal resolution. Laser speckle imaging technique is a non-scanning imaging technique which
5、can improve the measurements of the regional blood flow with high spatial and temporal resolution. Thus this method is becoming more and more popular. Based on the characteristics of laser speckle imaging, the mechanism as well as application of laser speckle spatial contrast analysis and laser spec
6、kle temporal contrast analysis is introduced. Then systematic analysis is carried out on the laser speckle temporal contrast analysis which based on time statistic of time-integrated speckle. The main contents and conclusions are listed as follows: (1) The effect of laser speckle spatial contrast an
7、alysis and laser speckle temporal contrast analysis to reduce static speckle is compared through theoretical analysis, model experiment and animal experiment. The result shows that, the laser speckle temporal contrast analysis has more advantages in restraining static speckle than laser speckle spat
8、ial contrast analysis. (2) Based on the self-built active noise reduction laser speckle system, we compared the active noise reduction and passive noise reduction system using laser speckle temporal contrast analysis. Facts are verified by model experiments that: active noise reduction system has fa
9、vorable noise-reduction ability and the noise of contrast scales with the frame N of independent speckle as1/N . When the sample has certain dynamic characteristics, independent speckle images can also be acquired by passive noise reduction system, and get similar noise-reduction ability as active n
10、oise reduction system. The noise level can be downed to 10% when the independent speckle images N100. 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III (3) By analyzing the principle of speckle quasi-confocal system based on time statistic of time-integrated speckle, the performance of system is ev
11、aluated. The result of model experiment and the animal experiment shows that the system has favorable resolution under the illumination of statistically independent. The axel resolution is about 8 m. Key words: Laser speckle imaging Spatial contrast Temporal contrast Active noise reduction Quasi-con
12、focal 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分
13、内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 1.1 散斑的成因及其原理散斑的成因及其原理 电磁波以至粒子束从粗糙表面反射或通过折射率无规则涨落的介质传播时，会 形成无规则分布的散射场，折射或散射后可在适当的距离处，形成杂散的斑点式光 强分布，此强度分布图样就称为散斑1-3。 散斑的
14、形成是由于散射屏上各相关面反射或折射的子波存在光程差，在考察点 处产生相关叠加。大多数物质的表面按光波长的尺度来说都是及其粗糙的。这样的 表面则相当于一个衍射单元，而整个表面则相当于由无规则分布的大量衍射单元构 成的“位相光栅”2。对比较粗糙的表面来说，不同衍射单元给入射光引入的附加位 相之差可达2的倍数。经由不同面元透射或反射的光振动在空间相遇时将发生干 涉。由于诸面元无规则分布且数量很大，随着观察点的改变，干涉效果将急剧的、 无规则变化，从而形成具有无规则分布的颗粒状的衍射图样。见图 1.1，这就是散斑 1。上述就是光在自由空间传播条件下对散斑成因的说明，见图 1.2(a)。如果物体表 面
15、通过光学系统成像，只要成像系统的点扩散函数具有足够的“宽度” ，折算到物平 面后能在物体表面后能在物体表面覆盖足够多的面元（参见图 1.2(b)） ，则来自不同 面元的光线在同一个像点处叠加干涉，从而形成散斑2。 图 1.1 激光散斑图样 Fig.1.1 Image of laser speckle 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 (a) 光学系统光学系统 点扩散函数点扩散函数 像面 (b) 图 1.2 散斑的形成 Fig.1.2 Formation of laser speckles 由散斑的成因可知， 物体表面的性质与照明光
16、源的相干性对散斑现象有着决定 性的影响。物体表面的性质不同或者照明光源的相干性不同，都会使散斑具有不同 特点。影响散斑现象形成的主要因素有2, 4：物体表面的性质、照明光波的相干性 及偏振特性等。如果物体表面结构或粗糙度不同，照明激光的相干性不同，或照明 激光的偏振特性不同，都会使产生的散斑场具有不同的特点。因此，根据上面的影 响因素可以将散斑区分为不同的类型。此外，人们还常常按照光波的传播方式，把 散斑分成远场散斑（与夫琅和费衍射对应） 、近场散斑（与菲涅耳衍射对应）和像 面散斑（即成像散斑）三种类型。这种分类方式在理论研究和实际的应用研究中也 入射光 散射屏 考察面 散射光 华 中 科 技 大 学
