一种光学相干层析变形场降噪方法技术

本发明专利技术公开了一种光学相干层析变形场降噪方法，在相位对照谱域光学相干层析技术的基础上结合了模糊逻辑的方法，通过对测量结果提取特征参数，并进行模糊推理和判断，对样件的截面轮廓以及样件内部的变形场进行降噪，使截面轮廓更加清晰，变形场分布更加细致。计算干涉光谱的原始幅值A

Optical coherence tomography deformation field noise reduction method

The invention discloses a method for noise reduction of the deformation field of optical coherence tomography, phase control in spectral domain optical coherence tomography based on the combination of the fuzzy logic method, based on the measurement results of the characteristic parameter extraction and fuzzy inference and judgment on the sample profile and the deformation field of the sample internal noise, the section clearer, more detailed distribution of deformation field. Calculate the original amplitude of the interference spectrum A

【技术实现步骤摘要】
一种光学相干层析变形场降噪方法
本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种光学相干层析变形场降噪方法。
技术介绍
光学相干层析(OCT)是一种利用低相干光干涉原理的层析测量技术，它具有测量速度快和无损检测等优点，可以实现材料内部微米级轮廓的精确测量。在结合了光谱仪结构后发展出的谱域光学相干层析技术(SOCT)，进一步提高了该方法的测量速度与信噪比。近年来，以SOCT技术为基础又发展出了一系列新的功能型OCT方法，例如测量材料内部双折射特性的偏振敏感SOCT，测量材料内部流速场的多普勒SOCT，以及测量材料内部变形场的相位对照SOCT等，并被广泛应用于生物医学和先进材料等多项领域的研究与检测当中。其中，相位对照SOCT是一种利用干涉光谱相位敏感特性的SOCT方法，可以实现材料内部变形场的纳米级层析测量，被先后应用于眼角膜，高聚物等材料在不同载荷下的微变形场动态检测当中。然而，相位对照SOCT方法是基于对干涉信号进行测量的技术，不可避免地会受到散斑噪声的影响。同时，材料内部散射信号很弱，且随着深度的增加不断减弱。这些都导致了测量结果的信噪比低，往往需要人为的参与，才能辨识出噪声污染下被测样件的截面轮廓，以及内部变形场细节上的变化趋势。亟待解决上述问题，从而实现对测量结果的降噪，使截面轮廓更加清晰，变形场分布更加细致。
技术实现思路
本专利技术提供一种光学相干层析变形场降噪方法，在相位对照谱域光学相干层析技术的基础上结合了模糊逻辑的方法，通过对测量结果提取特征参数，并进行模糊逻辑推理和判断，对样件的截面轮廓以及样件内部的变形场进行降噪，使截面轮廓更加清晰，变形场分布更加细致。一种光学相干层析变形场降噪方法包括：计算干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)；根据干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)计算特征参数C1、C2、C3和C4，其中C1为附近区域的幅值之和、C2为单一方向的幅值之和、C3为相邻区域内相位差的连续程度、C4为相邻区域内相位差拟合的误差；对特征参数C1、C2、C3和C4进行模糊化处理得到模糊化特征参数Cn1、Cn2、Cn3和Cn4；对模糊化特征参数进行判断，输出O1和O2，其中O1为该点是样件内部一点的可能性，O2为该点是噪声点的可能性；计算降噪后的输出幅值Ae(y,z)和输出相位差Δφe(y,z)；根据输出幅值Ae(y,z)和输出相位差Δφe(y,z)解调出降噪后的变形场。优选的，步骤计算干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)包括：将成像在CCD相机上的干涉光谱用光强表示为其中，k表示波数，I0表示直流分量，IR表示参考面，Ii表示被测样件的反射光强，M表示被测样件的表面个数，φi表示干涉光强的相位，φi＝φi0+2kz，φi0表示初始相位；将光强信号沿波数k轴进行傅里叶变换得到原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)；通过公式计算被测样件变形前后的位移，其中深度方向的坐标z＝π·fk。优选的，步骤根据干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)计算特征参数C1、C2、C3和C4包括：选取以(y,z)为中心的一个区域为特征参数C1的取值范围；通过公式计算C1。优选的，步骤根据干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)计算特征参数C1、C2、C3和C4包括：以(y,z)为中心分别沿y方向、z方向和yz轴之间45度夹角方向为特征参数C2取值；通过公式计算C2。优选的，步骤根据干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)计算特征参数C1、C2、C3和C4包括：选取以(y,z)为中心的一个区域为特征参数C3的取值范围；对区域内的相位差进行三阶曲面拟合得到Δφf(y,z)；通过公式C3(y,z)＝|Δφm(y,z)-Δφf(y,z)|计算C3。优选的，步骤根据干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)计算特征参数C1、C2、C3和C4包括：选取以(y,z)为中心的一个区域为特征参数C4的取值范围；对区域内的相位进行三阶曲面拟合；通过公式计算C4。优选的，步骤对特征参数C1、C2、C3和C4进行模糊化处理得到模糊化特征参数Cn1、Cn2、Cn3和Cn4包括：通过公式分别计算得到模糊化特征参数Cn1、Cn2、Cn3和Cn4，其中，Cmax表示相应特征参数的最大值，Cmin表示相应特征参数的最小值；选取3个模糊状态，分别标记为B、M和S；绘制模糊集隶属度函数。优选的，步骤对模糊化特征参数进行判断，并输出O1和O2包括：参照模糊集隶属度函数进行判断；若满足条件1，则输出O1是B；否则，输出O1是S；条件1为参数C1是B、参数C2是B、参数C4是S、参数C1与C4均是M和参数C2与C4均是M中的任意一种。优选的，步骤对模糊化特征参数进行判断，并输出O1和O2还包括：若满足条件2，则输出O2是B；否则，输出O2是S；条件2为参数C1是S、参数C2是S、参数C3是B、参数C4是B和参数C4是S且参数C3是M中的任意一种。优选的，步骤所述计算降噪后的输出幅值Ae(y,z)和输出相位差Δφe(y,z)包括：通过公式计算降噪后的幅值Ae(y,z)和相位差Δφe(y,z)。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术的光学相干层析变形场降噪方法，首先，计算出干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)。其次，根据原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)计算提取特征参数C1、C2、C3和C4，其中，C1为附近区域的幅值之和，即选取一个区域对其内部的幅值求和；C2为单一方向的幅值之和，即选取几个方向分别求和，取其中的最大值后再减去中心点自身的幅值；C3为相邻区域内相位差的连续程度，即以(y,z)为中心取一个区域，对区域内的相位差进行三阶曲面拟合，再取拟合后中心点的相位差与原始相位差之间差的绝对值；C4为相邻区域内相位差拟合的误差，即以(y,z)为中心选取一个区域，先对区域内的相位进行三阶曲面拟合，再用拟合后的相位差分别与原始相位差作差并求和。再次，对求得的特征参数C1、C2、C3和C4进行模糊化处理得到模糊化特征参数Cn1、Cn2、Cn3和Cn4，并对模糊化特征参数进行判断，输出O1和O2，其中O1为该点是样件内部一点的可能性，O2为该点是噪声点的可能性。最后计算降噪后的幅值Ae(y,z)和相位差Δφe(y,z)，根据输出幅值Ae(y,z)和输出相位差Δφe(y,z)解调出降噪后的变形场，实现对样件的截面轮廓以及样件内部的变形场进行降噪，使截面轮廓更加清晰，变形场分布更加细致。附图说明图1为本专利技术中一种光学相干层析变形场降噪方法实施例的流程图；图2为本专利技术中一种光学相干层析变形场降噪方法实施例中模糊集隶属度函数图；图3为本专利技术中一种光学相干层析变形场降噪方法实施例中含有散斑噪声截面轮廓y-z平面的幅值分布图；图4为图3中y＝1mm处幅值随深度变化的曲线图；图5为本专利技术中一种光学相干层析变形场降噪方法实施例中经过本方法降噪后截面轮廓y-z平面的幅值分布图；图6为图5中y＝1mm处幅值随深度变化的曲线图；图7为降噪处理之前样件内部的相位差分布图；图8为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学相干层析变形场降噪方法，其特征在于，包括：计算干涉光谱的原始幅值A

【技术特征摘要】
1.一种光学相干层析变形场降噪方法，其特征在于，包括：计算干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)；根据所述干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)计算特征参数C1、C2、C3和C4，其中C1为附近区域的幅值之和、C2为单一方向的幅值之和、C3为相邻区域内相位差的连续程度、C4为相邻区域内相位差拟合的误差；对所述特征参数C1、C2、C3和C4进行模糊化处理得到模糊化特征参数Cn1、Cn2、Cn3和Cn4；对所述模糊化特征参数进行判断，输出O1和O2，其中O1为该点是样件内部一点的可能性，O2为该点是噪声点的可能性；计算降噪后的输出幅值Ae(y,z)和输出相位差Δφe(y,z)；根据所述输出幅值Ae(y,z)和输出相位差Δφe(y,z)解调出降噪后的变形场。2.根据权利要求1所述的光学相干层析变形场降噪方法，其特征在于，步骤所述计算干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)包括：将成像在CCD相机上的干涉光谱用光强表示为其中，k表示波数，I0表示直流分量，IR表示参考面，Ii表示被测样件的反射光强，M表示被测样件的表面个数，φi表示干涉光强的相位，φi＝φi0+2kz，φi0表示初始相位；将光强信号沿波数k轴进行傅里叶变换得到幅值Am(y,z)和相位差Δφm(y,z)；通过公式计算被测样件变形前后的位移，其中深度方向的坐标z＝π·fk。3.根据权利要求1所述的光学相干层析变形场降噪方法，其特征在于，步骤所述根据所述干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)计算特征参数C1、C2、C3和C4包括：选取以(y,z)为中心的一个区域为特征参数C1的取值范围；通过公式计算C1。4.根据权利要求3所述的光学相干层析变形场降噪方法，其特征在于，步骤所述根据所述干涉光谱的原始幅值Am(y,z)和原始相位差Δφm(y,z)计算特征参数C1、C2、C3和C4包括：以(y,z)为中心分别沿y方向、z方向和yz轴之间45度夹角方向为特征参数C2取值；通过公式计算C2。5.根据权利要求4所述的光学相干层析变形场降噪方法，其特征在于，步骤所述根据所述干涉光谱的原始幅值Am(y,...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪泽钦，黄家豪，陈灿强，赵甘凝，陈林雄，董博，何昭水，谢胜利，周延周，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44