具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明实施例的基于傅里叶域光学相干层析成像的色散补偿方法，主要包括以下步骤：

步骤1、获取FD-OCT系统对样品成像的A-scan的干涉信号；

步骤2、对干涉信号进行预处理，以获得预处理后的干涉信号，其中，预处理后的干涉信号中仅含有样品光参考光相干信号；

步骤3、提供仅含有二阶色散系数项和三阶色散系数项的色散相位数据组；

步骤4、将预处理后的干涉信号与色散相位数据组相乘后进行IFFT(快速逆傅里叶变换)，获得深度空间数据组；

步骤5、通过对深度空间数据组的寻峰操作，获得色散补偿相位数据；

步骤6、将色散补偿相位数据与预处理后的干涉信号相乘后进行IFFT，获得色散补偿后的深度图像数据。

其中，A-scan为轴向扫描。

在可选实施例中，干涉信号为波数空间的干涉信号。其中，若从FD-OCT系统直接获取的干涉信号若为波长空间的干涉信号，则需要将波长空间的干涉信号转换为波数空间的干涉信号。

在可选实施例中，步骤2的对干涉信号进行预处理，包括：

去除干涉信号中的参考光自相干信号和样品光自相干信号。

基于此，经过步骤2后所得到的预处理后的干涉信号，实际上是去除干涉信号中的参考光自相干信号和样品光自相干信号后，仅保留样品光参考光相干信号的干涉信号。

其中，在可选实施例中，将波长空间的干涉信号记为I₀(λ)，预处理后的样品光参考光相干信号记为I(λ)，将I(λ)由波长空间转到波数空间后记为I(k)。在实际操作中，从FD-OCT系统直接得到的A-scan的干涉信号为波长空间的干涉信号。在波长空间去除干涉信号中的参考光自相干信号和样品光自相干信号，以获得波长空间的仅含有样品光参考光相干信号的干涉信号，再将其转换到波数空间，即为波数空间的仅含有样品光参考光相干信号的干涉信号，即预处理后波数空间的干涉信号；其中，λ为干涉信号的波长，k为干涉信号的波数，则可以依据波数波长关系公式

k＝2π/λ

将波长空间的干涉信号转换为波数空间的干涉信号，在具体执行由波长空间向波数空间转换时，可采用等间距插值的方法，将去除参考光自相干信号和样品光自相干信号后的干涉信号等间距插值到波数空间，以得到波数空间的预处理后的干涉信号。可以利用诸如MATLAB等数学软件实现对干涉信号由波长空间向波数空间的转换。

在可选实施例中，色散相位数据组中包括多个色散相位数据；每个色散相位数据中均仅含有二阶色散系数项和三阶色散系数项，并且各个色散相位数据之间的二阶色散系数和/或三阶色散系数各不相同。

在可选实施例中，色散相位数据组中，各个二阶色散系数的取值均匀分布于其所属的数量级内所设定的第一阈值范围中，各个三阶色散系数的取值均匀分布于其所属的数量级内所设定的第二阈值范围中。

在本发明实施例中，色散相位公式表示为

其中，ω为光波的时间角频率，为中心波长对应的时间角频率。a₂为二阶色散系数，a₃为三阶色散系数，

ω＝2kv

其中，k为波数，v为光速。

从本领域已有的公知技术中可以知晓，二阶色散系数a₂的数量级为10^-27，三阶色散系数a₃的数量级为10^-43。在可选实施例中，在此数量级范围内选定适当范围a₂∈[b,c]，a₃∈[d,e]，以在该范围内等间隔选取多个二阶色散系数的取值和多个三阶色散系数的取值，其中，[b,c]为关于二阶色散系数a₂在10^-27数量级中的第一阈值范围，[d,e]为关于三阶色散系数a₃在10^-43数量级中的第二阈值范围。其中，b、c、d、e的取值可以为[0,9]中的整数，例如，b＝4、c＝6、d＝2、e＝3。多个二阶色散系数和多个三阶色散系数的取值的数量可以为任意多个，取值数量越多则所得到的色散补偿相位数据越精确，取值数量越多则计算设备的进行计算所消耗的时间越长，从而使得成像实时性降低甚至丧失。所以，多个二阶色散系数和多个三阶色散系数的取值的数量需要同时兼顾尽量精确的图像数据和成像的实时性，因此，在优选实施例中，二阶色散系数的取值数量为100个，三阶色散系数的取值数量为100个。100个二阶色散系数在10^-27的数量级中在[4,6]中等间隔选取(各个二阶色散系数的取值均匀分布于其所属的数量级10^-27内所设定的第一阈值范围[4,6]中)，100个三阶色散系数在10^-43的数量级中在[2,3]中等间隔选取(各个三阶色散系数的取值均匀分布于其所属的数量级10^-43内所设定的第二阈值范围[2,3]中)。

利用选取的100个二阶色散系数的取值，和100个三阶色散系数的取值，以及上述色散相位公式，则能够得到10000个色散相位数据，这10000个色散相位数据中，各个色散相位数据之间的二阶色散系数a₂和/或三阶色散系数a₃各不相同，进而这10000个色散相位数据之间没有完全相同的色散相位数据。由这10000个色散相位数据组成色散相位数据组。

在可选实施例中，步骤4的将预处理后的干涉信号与色散相位数据组相乘后进行IFFT，获得深度空间数据组，具体包括：

将色散相位数据组中的每一个色散相位数据作为相位项分别与预处理后的干涉信号相乘并进行IFFT，以获得分别对应于每一个色散相位数据的每一个深度空间数据，其中，由所获得的所有深度空间数据共同组成深度空间数据组。

在可选实施例中，步骤5的通过对深度空间数据组的寻峰操作，获得色散补偿相位数据，具体包括：

针对深度空间数据组中的每一个深度空间数据：通过寻峰操作获得该深度空间数据中的各个峰的强度值和各个峰所在的深度位置；针对每个峰：获得该峰的强度值相对于该峰所在深度位置的前一个深度位置的强度值的变化率；将强度值的变化率大于第一设定阈值的峰的强度值进行记录；将所记录的所有强度值的总和作为该深度空间数据的总峰值强度；

选出深度空间数据组中的所有深度空间数据的总峰值强度最大的深度空间数据，并将获得该深度空间数据所使用的色散相位数据作为色散补偿相位数据。

其中，总峰值强度最大代表着有多个深度位置成像清晰，是考虑全深度色散补偿的最优结果。

其中，将深度空间数据记为I(z)，结合上述可选实施例，由于色散相位数据组中包括10000个色散相位数据，进而通过步骤4，利用预处理后的干涉信号I(k)数据分别与色散相位数据组中的每一个色散相位数据相乘并做IFFT，能够得到10000个分别对应于10000个色散相位数据的深度空间数据I(z)，由这10000个深度空间数据I(z)组成了深度空间数据组。而这10000个色散相位数据分别对应于各个二阶色散系数a₂和三阶色散系数a₃的取值，进而这10000个深度空间数据I(z)分别对应了10000种二阶色散系数a₂和三阶色散系数a₃的取值。其中，z为样品的深度。

在步骤5中，针对这10000个深度空间数据I(z)分别进行寻峰操作，获得每一个深度空间数据I(z)中的所有的尖锐信号峰，并对峰值进行筛选，选出将强度值的变化率Q(表示峰的锐利程度)大于第一设定阈值的深度位置的强度值作为强度峰值进行记录，其中

Q＝[a_(i)-a_(i-1)]/a_(i)

其中，a_(i)表示深度空间数据I(z)中的第i个位置(对应于样品的深度z)的信号强度值。上述公式表示第i个位置与相邻的前一个位置i-1的强度值变化差相对于第i个位置的强度值的程度。其中，关于寻峰操作中a_(i)的具体位置的选取和相邻位置之间的间隔可以根据需要设定。具体实践中，可使用MATLAB中的“findpeaks”函数实现寻峰操作。

在可选实施例中，第一设定阈值可根据需要进行设定，例如第一设定阈值可以设置为0.4，满足Q值大于0.4的峰值作为高质量信号峰的强度值进行记录，并将记录的所有高质量信号峰的强度值进行求和记为H。

在步骤5中，针对这10000个深度空间数据I(z)分别进行寻峰操作得到10000个H，将这10000个H中最大的H所对应的深度空间数据I(z)中所使用的色散相位数据作为色散补偿相位数据，该色散补偿相位数据中的二阶色散系数a₂的值和三阶色散系数a₃的值分别作为补偿二阶色散系数值和补偿三阶色散系数值。

以下结合一个具体实施例，对本发明实施例的基于傅里叶域光学相干层析成像的色散补偿方法进行进一步说明。

如图2所示为本实施例所使用的FD-OCT系统光路结构示意图。其中，SLD光源1发出的光经过光纤环形器2传播到光纤准直器3。光纤准直器3将光纤光转换成空间准直光入射到分束器4，由于样品的背向散射信号远小于参考臂的反射信号，为了增大样品臂功率，选择的分束器4的分光比为90:10，经过分束器4后，光被分成了样品臂和参考臂两束。样品臂的光经过扫描振镜5后入射到聚焦透镜组6，待测样品7置于聚焦透镜组6的透镜焦点位置，升降台8用于调节样品高度，以便找到光束焦距位置。参考臂的光入射到参考镜9并反射回分束器4。样品臂和参考臂的探测光经光路原路返回至光纤环形器2，再由光纤环形器2进入光谱仪14。光谱仪14主要包括了光纤准直器10、光栅11、聚焦透镜12、线阵CCD 13。本实施例中，所用待测样品7为六层盖玻片，其中，单层盖玻片厚度为170微米，将六层盖玻片叠在一起，置于样品臂的聚焦透镜组6的透镜聚焦位置。调节参考镜9的位置，使样品臂和参考臂的零光程位置位于待测样品7的表面上方，光谱仪14采集到的干涉信号经由MATLAB进行数据处理得到色散补偿后的深度图像数据，具体参考图3所示的流程图，主要包括以下步骤。

步骤a、接收FD-OCT系统对待测样品成像的A-scan的波长空间干涉信号I₀(λ)，之后执行步骤b。

步骤b、将波长空间干涉信号I₀(λ)中的参考光自相干信号和样品光自相干信号去除，并转换到波数空间，得到预处理后的干涉信号I(k)，之后执行步骤c。

其中，依据波数波长关系公式

k＝2π/λ

对干涉信号进行波长空间向波数空间的转换，可利用MATLAB采用等间距插值的方法实现。

其中，波数空间的A-scan干涉信号的函数表示为：

其中，E_Re^i2kr为参考臂信号，为样品臂信号，E_R为参考光振幅，k为波数，2r为参考臂光程长，a(z)为样品深度z处的振幅，z和z'为样品深度，n为样品折射率，2[r+nz]为样品臂光程长，S(k)为光源的光谱密度函数，表示的时间平均。i为虚数单位，R表示参考臂。

公式(1)中，E_R ²为参考光自相干信号，为系统直流项，需要去除。去除直流项后的波数空间干涉信号(A-scan干涉信号)的函数表示为：

公式(1)和公式(2)中，为样品光自相干信号，由于a(z)＜＜E_R，所以项可以忽略，进而也将其去除。

为本实施例中所需要的干涉信号，即样品光参考光相干信号。

经过去除参考光自相干信号和样品光自相干信号并保留样品光参考光相干信号、波长空间向波数空间转换而得到的预处理后的干涉信号的函数表示为：

此时，预处理后的干涉信号变换到空域后的深度信号如图4所示，其中尖峰分布杂乱，代表着存在较大的色散适配，导致了轴向分辨率的严重降低。

步骤c、提供仅含有二阶色散系数项和三阶色散系数项的色散相位数据组，之后执行步骤d。

其中，关于色散的详细说明，路径长度为z的色散介质增加的相位为

其中，为零阶色散，为一阶色散，为二阶色散，为三阶色散，零阶色散是常数相位，一阶色散是群速度，表示波包的传播速度，将FD-OCT系统的相干长度更改为l_C,Disp＝l_c/n_g(l_c为光源的相干长度，n_g为群折射率)，群折射率n_g＞1，在OCT系统中，深度分辨率定义为光源的相干长度，即深度分辨率等于光源的相干长度l_c，所以系统相干长度l_C,Disp缩短，深度分辨率能够得到改善。

二阶色散是群速度色散或群速度随频率的变化。

三阶色散描述了OCT中点扩散函数的不对称失真。

其中，二阶色散和三阶色散会使空间信号展宽，降低FD-OCT系统所获得图像的轴向分辨率，所以本发明实施例中，需要对二阶色散系数和三阶色散系数进行补偿。

本实施例中，采用的色散相位数据的色散相位公式为

在本实施例中，色散相位数据组中包括10000个色散相位数据；每个色散相位数据中均仅含有二阶色散系数项和三阶色散系数项，如公式(5)，并且各个色散相位数据之间的二阶色散系数a₂和/或三阶色散系数a₃各不相同。

在可选实施例中，色散相位数据组中，二阶色散系数a₂的取值数量为100个，各个二阶色散系数a₂的取值均匀分布于其所属的数量级10^-27内的[4,6]范围中，三阶色散系数a₃的取值数量为100个，各个三阶色散系数a₃的取值均匀分布于其所属的数量级10^-43内的[2,3]范围中。

步骤d、将色散相位数据组中的每一个色散相位数据作为相位项分别与预处理后的干涉信号相乘并做IFFT，得到分别对应于每一个色散相位数据的每一个深度空间数据，之后执行步骤e。

其中，色散相位数据组中包括10000个色散相位数据，经过步骤d后，得到10000个深度空间数据I(z)，每一个深度空间数据I(z)分别对应于一个色散相位数据，也就是说，每一个深度空间数据I(z)分别对应一组二阶色散系数a₂的值和三阶色散系数a₃的值。

步骤e、对每一个深度空间数据执行寻峰操作，以得到总峰值强度H，之后执行步骤f。

其中，使用MATLAB中的“findpeaks”函数实现本步骤中的寻峰操作。

其中，通过如下公式得到各个峰的强度值的变化率

Q＝[a_(i)-a_(i-1)]/a_(i)

其中，Q为强度值的变化率，其反应了峰的锐利程度，a_(i)表示深度空间数据I(z)中的第i个位置(对应于样品的深度z)的信号强度值。上述公式表示第i个位置与相邻的前一个位置i-1的强度值变化差相对于第i个位置的强度值的程度。，在本实施例中，a_(i)表示寻峰操作得到的峰的强度值，a_(i-1)表示a_(i)峰所在深度位置的前一个深度位置的强度值。

其中，筛选出Q值大于0.4的峰值作为高质量信号峰的强度值进行记录，并将记录的所有高质量信号峰的强度值进行求和得到总峰值强度H。

步骤f、选出所有深度空间数据中的总峰值强度H最大的深度空间数据，之后执行步骤g。

本实施例中，共有10000个深度空间数据I(z)，进而寻峰操作后得到10000个H，将这10000个H，在这10000个深度空间数据I(z)中，选出H最大的深度空间数据I(z)。

步骤g、将所选出的总峰值强度H最大的深度空间数据所对应的色散相位数据作为色散补偿相位数据，将色散补偿相位数据与预处理后的干涉信号相乘并做IFFT，得到色散补偿后的深度图像数据。

对峰值求和的解释说明如下，因为OCT对样品进行深度成像，每个峰可以看成是每一层的信号强度，如若信号强度较大，说明在本深度内的组织没有受到色散影响且被清晰成像，峰值求和取最大值即代表在多个深度内获得了最大值，即多深度清晰成像。所以，本发明实施例中，筛选出总峰值强度H最大时的二阶色散系数和三阶色散系数作为补偿能够得到清晰成像。

本实施例中，所选出的总峰值强度H最大的深度空间数据所对应的色散相位数据中的二阶色散系数和三阶色散系数分别为a₂＝4.71×10^-27、a₃＝2.10×10^-43。将以此结果为色散系数的色散相位数据与预处理后的干涉信号相乘，即为色散补偿后的干涉信号，表示为：

T(k)＝I(k)e^iφ(ω) (6)

公式(6)中，e^iφ(ω)中的a₂＝4.71×10^-27、a₃＝2.10×10^-43。

对公式(6)得到的色散补偿后的干涉信号T(k)做IFFT，即可获得色散补偿后的深度图像数据，如图5所示。对该色散补偿后的深度图像数据进行测量得到信号峰的半高全宽(FWHM)为8μm。

本实施例中，所采用光源中心波长为λ₀＝840nm，带宽为Δλ＝50nm，由深度分辨率公式：

可以得到，FD-OCT系统轴向分辨的理论值为6.2μm。

通过对比不难看出，经过色散补偿后的结果(8μm)接近于理论值(6.2μm)，从而采用本实施例的色散补偿方法实现了FD-COT系统的高分辨率成像。

本发明实施例的基于傅里叶域光学相干层析成像的色散补偿方法中，即使采用遍历的方式进行寻峰操作，但执行该方法的过程中的复杂计算仅有快速逆傅里叶变换IFFT，所以整体上并不影响算法的实时性。

本发明实施例还同时提供一种非易失性计算机可读存储介质，该非易失性计算机可读存储介质存储指令，该指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如上述说明中的基于傅里叶域光学相干层析成像的色散补偿方法中的各个步骤。

本发明实施例还同时提供一种的电子设备，如图6所示，该电子设备包括：至少一个处理器100以及存储器200。存储器200和至少一个处理器100通信连接，例如存储器200和至少一个处理器100通过总线连接。存储器200存储有可被至少一个处理器100执行的指令，所述指令被至少一个处理器100执行，以使至少一个处理器100执行如上述说明中的基于傅里叶域光学相干层析成像的色散补偿方法中的各个步骤。

采用本发明实施例的基于傅里叶域光学相干层析成像的色散补偿方法，不需要引入额外的硬件设备，可基于已有的FD-COT系统，节约了系统成本；同时在进行色散补偿过程中仅需做多次快速逆傅里叶变换，算法的复杂度小，数据处理过程简单，耗时短，能够做到实时补偿；另外，在实际操作中对于同一种样品仅需进行一次确定色散系数的过程，即可用求得的色散系数对同一种样品进行精准的色散补偿，换言之，对样品的A-scan进行色散补偿后获得的色散系数可以直接用于B-scan(横向扫描)。采用本发明实施例的基于傅里叶域光学相干层析成像的色散补偿方法能够快速对FD-OCT系系统进行色散补偿，提高FD-OCT系统的轴向分辨率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。