谱域光学相干层析成像的图像处理
陈玉平
【摘 要】摘要：光学相干层析成像（OCT）系统中的噪音特性对图像将产生重要影响，为了获取高质量的OCT图像，引入数字图像技术来处理OCT图像.相关的实验被采集，结果表明，图像质量明显改善. 【期刊名称】河南科学 【年(卷),期】2017(035)007 【总页数】5
【关键词】光学相干层析成像；谱域；图像处理 【
文
献
来
源
】
https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_henan-
science_thesis/0201256776949.html
光学相干层析成像技术（Optical Coherence Tomography，简称OCT），以其非接触性和非破坏性等优点［1-3］在材料科学和生物医学等领域的无损检测方面有着广泛的应用［4-8］，尤其在生物组织活体检测和成像方面［9-10］.而谱域OCT（Spectral-Domain Optical Coherence Tomography，SD-OCT）因其高的采样速度和灵敏度［11-12］，更是成为研究的热点［13-14］.谱域光学相干层析成像（SD-OCT）的原理是在麦克斯韦方程导出的散射势理论的基础上而推出的［15］.一套SD-OCT测试系统通常由宽带光源、迈克尔逊（Michelson）干涉仪和光谱仪，光束扫描装置，弱信号采集电路，图像处理与显示软件几大部分组成.获取速度仅由光谱仪中CCD摄像机的读出速度所限制，而记录的后向散射光的强度仅作为光谱频率而不是时间的函数［16］. 由于OCT系统直接涉及微弱背向散射光信号的检测，而OCT系统中每一单元
的性能都可能会对整个系统的噪音特性产生重要影响.因此，为了使OCT系统获取高质量的层析图像，必须对OCT测量过程中的各种噪音进行仔细分析. OCT系统通常的噪音主要包括：①散粒噪音；②冗余强度噪音；③热噪音；④跳动噪音；⑤散斑噪音［17］.
目前提高OCT成像分辨率和清晰度的方法大体可以分为两类：一种是改进系统的结构和光源等器件；另一种是对成像后的图像进行去噪处理.改进系统能降低或消除一部分噪音，如边峰效应和扫描噪音，但散斑及系统中的白噪音是不可能消除的，还需要对成像做进一步的处理［18］.为此本文将着重讨论应用数字图像处理技术来改善图像质量的方法.
1 原理
所谓数字图像处理，就是利用计算机对数字图像进行系列操作，从而获得某种预期结果的技术.它是集光学、数学、计算机科学、电子学、信息论、控制论、物理学、心理学和生理学等学科为一体的一门综合性边缘科学［19］.自20世纪60年代以来，随着计算机科学的迅猛发展，以及与近代发展的新理论的结合，数字图像处理近年来获得了长足的进步，呈现出强大的生命力.
在数字图像处理中，一幅图像可以被看作是空间上各点光强度的集合.它随图像空间坐标（x，y，z），光学的波长λ和时间t的变化而变化.其数学表达式为： 若只考虑光的能量而不考虑其波长，图像视觉上则表现为灰色图像，称之为灰度图像或单色图像，同时一般OCT研究的是静止图像即图像内容不随时间而变化，故无需考虑时间t的因素.一般二维图像就表示为［19］：
对OCT而言，其图像是由一维轴向扫描后再经横向扫描而成，故有时只需考虑一维情形，所以其可表示为：g=f(z)，有时取与参考光的光程差h来代替轴向
坐标z.
围绕图像数字信号处理出现了许多方法，如中值滤波、维纳滤波方法、旋转变换图像增强法、信息延拓法、最小失真法、最大熵法和小波变换等.但由于不同的噪音其特性不同，采用某一种方法不可能消除所有的噪音干扰，虽然这些方法能去除白噪音，对提高图像质量具有一定的效果，但又有一定的局限性，需综合考虑.
目前在OCT图像中使用的方法主要有：①频域OCT的背向散射率补偿［19］；②小波变换［18］；③反滤波技术［19］；④多级维纳滤波除噪［20］；⑤基于区域特性的对比度增强算法［20］；⑥图像平滑和锐化［19］.在本文的研究中，我们主要应用图像平滑和锐化作为图像增强的方法.
在获取图像的过程中，由于多种因素的影响，导致图像质量多少会有所退化［8］.图像增强的目的在于：①采用系列技术改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度；②将图像转换成一种更适合于人或机器进行分析处理的形式.它不是以图像保真度为原则，而是通过处理设法有选择地突出便于人或机器分析的某些感兴趣的信息，抑制一些无用的信息，以提高图像的使用价值.图像增强的方法有很多种，主要分空间域和频率域两大类，往往具有针对性，因此，只能有选择地使用.
任何一幅原始图像在获取和传输等过程中，会受到各种噪声的干扰，使图像质量下降，图像模糊，特征淹没，对图像分析不利.为了抑制噪声改善图像质量所进行的处理称图像平滑或去躁.最常用的图像平滑是局部平滑法，它是一种直接在空间域上进行平滑处理的技术.假设图像是由许多灰度恒定的小块组成，相邻像素间存在很高的空间相关性，而且噪声则是统计独立的.则可用像素领域内的
谱域光学相干层析成像的图像处理
