1 中国科学技术大学 生物医学工程学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
进行波前探测时，标准动物模型小鼠的眼底视网膜双层反射光会导致像差探测失效。为解决这一问题，本文提出了一种结合光学掩模调制的鼠眼像差测量方法，以期提高鼠眼波前像差测量精度。首先，根据鼠眼视网膜的关键参数，建立鼠眼波前像差探测的光学系统模型并进行光学仿真。然后，分析比较不同孔径的光学掩模对视网膜非目标层反射光束的遮拦效果，确定光学掩模参数与实验方案。最后，搭建鼠眼波前像差探测系统并开展在体鼠眼波前像差的测量实验。实验结果表明：0.5 mm孔径的光学掩模可以将鼠眼波前像差的测量均方根误差降低74.9%，与理论仿真的80%区域实现非目标层反射光遮拦效果近似。本文研究实现了对鼠眼视网膜非目标层反射光的有效遮拦，提升了鼠眼波前像差探测精度，为进一步实现鼠眼高分辨率成像奠定了基础。
波前探测 鼠眼像差 掩模 夏克—哈特曼波前传感器 wavefront detection mouse eye aberration mask Shack-Hartmann wavefront sensor
1 中国科学院光电技术研究所，自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学材料科学与光电子技术学院，北京 100049
3 江苏材料光学重点实验室，江苏 苏州 215163
4 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
从斜率复原波前是夏克-哈特曼波前传感器这一类斜率采样探测器的核心流程。传统的复原算法中，区域法对局部波前的复原效果好，但易受斜率噪声的影响，同时空间分辨率较低；模式法抗噪能力强，但没有精确复原局部波前的能力。本文提出了基于B样条函数的快速复原算法，将波前展开为B样条曲面的线性组合，并将复原问题从斜率最小二乘问题转化为泊松方程，利用斜率的Taylor展开式估计散度，再通过超松驰迭代法进行快速求解。该方法将B样条函数的理论散度积分和实际散度估计分离，可以方便地扩展到不同阶次和不同节点数量的B样条基复原算法中。另外，通过改变散度估计的计算区域，可以灵活控制并平衡算法的局部复原能力和抗噪能力。对变形镜驱动器响应函数的测量实验表明，该方法具有较好的局部复原能力、抗噪能力和任意精度的空间分辨率。
B样条 波前复原 哈特曼波前传感器 B-spline function wavefront reconstruction Hartmann wavefront sensor
Author Affiliations
Abstract
1 Jiangsu Key Laboratory of Medical Optics, Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215163, China
2 Department of Biomedical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230041, China
3 Center for Excellence in Brain Science and Intelligence Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031, China
An automated superpixels identification/mosaicking method is presented for the analysis of cone photoreceptor cells with the use of adaptive optics scanning laser ophthalmoscope (AO-SLO) images. This is an image oversegmentation method used for the identification and mosaicking of cone photoreceptor cells in AO-SLO images. It includes image denoising, estimation of the cone photoreceptor cell number, superpixels segmentation, merging of superpixels, and final identification and mosaicking processing steps. The effectiveness of the presented method was confirmed based on its comparison with a manual method in terms of precision, recall, and F1-score of 77.3%, 95.2%, and 85.3%, respectively.
biomedical optics retinal imaging adaptive optics scanning laser ophthalmoscope cone photoreceptor cell superpixels Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 101701
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
自适应共焦检眼镜以其高分辨率、动态成像等光学特性，已经在生物医学和临床医学的多个领域得到了广泛而具体的应用。为了能够将非圆形光瞳滤波器等瞳面调制技术运用于其中，并不对波前探测产生影响，系统需要利用两个光源分别进行成像和波前校正。本文首先设计了一套基于双光源的自适应共焦检眼镜，对不同光源的人眼像差进行测量，分析了其主要差异。然后对双光源系统的像差校正能力和高分辨成像能力进行了验证，系统闭环后的图像的亮度、对比度和分辨率都有了显著的提高。最后验证了使用半圆形光瞳实现暗场成像的可行性，并得到了模拟人眼的明暗场图像。
自适应光学 共焦检眼镜 双光源 adaptive optics confocal laser ophthalmoscope two sources
王媛媛 1,2,3,4,5,*何益 1,2魏凌 1,2李凌霄 1,2,3[ ... ]张雨东 1,2
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
4 温州医科大学附属眼视光医院，浙江 温州 325035
5 温州医科大学，浙江 温州 325035
针对三种不同空间分辨率的双压电片变形镜(Bimorph DM)，采用仿真实验分析其对3~35 项Zernike 静态像差和实际人眼(包括疾病人眼)像差的拟合能力。实验表明，Bimorph 变形镜特别适用于校正低阶像差，拟合误差小于0.15，随着空间分辨率的增加，Bimorph 变形镜对Zernike 像差和人眼像差的拟合能力总体表现为增强的趋势，其中，35 单元的Bimorph 变形镜的像差拟合能力最优，对前20 项Zernike 像差的拟合误差稍优于传统分立式压电变形镜。通过对Bimorph 变形镜像差拟合能力的实验分析，为人眼视网膜高分辨率系统的Bimorph 变形镜选型提供了分析方法，也为进一步提升Bimorph 变形镜的像差校正能力奠定了研究基础。
自适应光学 双压电片变形镜 Zernike 像差 像差拟合 视网膜成像 adaptive optics bimorph deformable mirror(DM) Zernike aberrations aberration fitting retina imaging 
Author Affiliations
Abstract
1 The Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China
3 School of Ophthalmology & Optometry and Eye Hospital, Wenzhou 325035, China
4 Wenzhou Medical University, Wenzhou 325035, China
A bimorph deformable mirror (DM) with a large stroke of more than 30 μm using 35 actuators is presented and characterized for an adaptive optics (AO) confocal scanning laser ophthalmoscope application. Facilitated with a Shack–Hartmann wavefront sensor, the bimorph DM-based AO operates closed-loop AO corrections for human eyes and reduces wavefront aberrations in most eyes to below 0.1 μm rms. Results from living eyes, including one exhibiting ～5D of myopia and ～2D of astigmatism along with notable high-order aberrations, reveal a practical efficient aberration correction and demonstrate a great benefit for retina imaging, including improving resolution, increasing brightness, and enhancing the contrast of images.
110.0110 Imaging systems 110.1080 Active or adoptive optics 170.1790 Confocal microscopy Chinese Optics Letters
2017, 15(12): 121102
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于变形镜的激光束整形系统，具有控制灵活、适应性好、破坏阈值高等优点。为了提升变形镜作为相位调制元件的激光束整形系统性能，提出一种以最小二乘法拟合的驱动器控制电压为初始值的随机并行梯度下降算法优化驱动器控制电压的方法。通过驱动器正六边形排列的37 单元变形镜对不同大小的方形与圆形平顶激光束进行整形。数值仿真结果表明，在最小二乘法的基础上引入优化算法后，远场光强的目标区域均匀性及与理论光强的相似度均获得了改善，激光束整形系统性能得到提升。
自适应光学 光学设计 激光束整形 相位拟合 随机并行梯度下降算法 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 020101
Author Affiliations
Abstract
1 The Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 The Laboratory on Adaptive Optics, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 School of Optometry and Ophthalmology and Eye Hospital, Wenzhou Medical College, Wenzhou 325035, China
4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China
Facilitated with stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm for wavefront sensorless correcting aberrations, an adaptive optics (AO) confocal fluorescence microscopy is developed and used to record fluorescent signals in vivo. Vessels of mice auricle at 80, 100 and 120 μm depth are obtained, and image contrast and fluorescence intensity are significantly improved with AO correction. The typical 10%–90% rise-time of the metric value measured is 5.0 s for a measured close-loop bandwidth of 0.2 Hz. Therefore, the AO confocal microscopy implemented with SPGD algorithm for robust AO corrections will be a powerful tool for study of vascular dynamics in future.
110.0110 Imaging systems 170.0170 Medical optics and biotechnology 170.1790 Confocal microscopy 170.0180 Microscopy Chinese Optics Letters
2015, 13(11): 111702
1 中国科学院 光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
3 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
搭建了适于镜头中光学表面间距测量的实验装置, 用于非接触高精度测量镜面间距。该装置以光纤型时域光学相干层析系统为基础, 通过光学表面的层析成像精确测量其相对位置。对样品扫描装置进行了改进, 利用高精度导轨移动光纤准直器来移动成像范围, 实现对不同深度光学表面的层析成像。利用实验测量系统完成了对空气间隙样品及已装调好镜头的光学表面间距的测量,其中空气间隙样品的测量值为6.026 mm, 用游标卡尺得到的对比测量值为6.02 mm; 对镜头关键参数空气间隙的测量值为10.750 mm, 其设计值为(10.7±0.03) mm。实验系统误差为3.871 μm, 测量灵敏度为10.5 μm。结果显示该方法具有非接触、高精度、高灵敏度的特点。
相干光学 光学相干层析成像 光学表面 间距测量 coherence optics optical coherence tomography optical surface distance measurement
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
高速线扫描共焦检眼镜使用线光束照明眼底视网膜，同时利用线阵CCD对视网膜平面的单次散射线光束探测成像。系统光学放大率为7倍，横向分辨率小于10 μm，对于58 kHz线频的1024 pixel×512 pixel成像模式，成像帧频高达110 frame/s。该系统实现了高分辨率、高帧频模拟人眼实验图像的获取。
成像系统 共焦 线扫描 检眼镜 视网膜 高帧频成像
