超分辨率活体人眼视网膜共焦扫描成像系统

超分辨率活体人眼视网膜共焦扫描成像系统 * 超分辨率活体人眼视网膜共焦扫描成像系统 1) 2) 3)1) 2) 3)1)1) 2) 3) 1) 3) 婧昊毅史国华张雨东卢李何 1) ( 中国科学院光电技术研究所，成都 610209) 2) ( ，100049)中国科学院研究生院北京 3) ( 中国科学院自适应光学重点 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 ，成都610209) (2010 年 7 月 15 日收到;2010 年 8 月 23 日收到修改稿) 、，活体人眼共焦扫描成像系统的分辨率受到人眼像 差数值孔径和探测针孔尺度的限制本文 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了一套超分 ，，辨活体人眼视网膜共焦扫描系统采用自适应光学技术探测并校正人眼像差结合光学超分辨技术提高系统分辨 ，，、.率补偿有限尺度针孔对分辨率的影响并获得活体人眼的实时高分辨图像 : ，，，关键词超分辨共焦扫描光学显微术眼科光学自适应光学 PACS: 42. 62. ，42. 15. ，42. 30. ，42. 66. ophthalmoscope，AO-CSLO ) 和 自适应相干层 析 技. 1 引言,13,( -CT) . AOO术等方面取得国内领先成果自 适 2—3 m，应 眼底相机横向分辨率为 μ纵向 分 辨 率 人眼的视网 膜 图像是眼科诊断和治疗中不可 ，大 于 或缺的 重 要 信 息很 多 疾 病 如 老 年 视 网 膜 黄 斑 变 ,1,,2,,3,、、，性青光眼糖尿病等等都会反映在眼底实 100 ，，;mμ速度取决于相机通常较慢自适应相干时跟踪眼底 视 网 膜 的 形 貌 变 化 将有助于上述疾病 ，3 ，m层 析技术适合断层扫描纵向分辨率可达 μ,4,. ebb W1987 的早期诊断和预防等于 年将共焦扫 ，横向 图像要通过 三 维 重 构 显 示易 受 人 眼 抖 动 影 ，描技术应用与活体人眼眼底成像共焦扫描眼底成 ，响无 ( confocal scanning laser ophthalmoscope，CSLO) 像;法获得稳定的横向图像自适应共焦扫描技术横向 以 其实时成像 速 度 和 纵 向 层 析 能 力取得了广泛的m 2 ，，50—70 m分辨率为 μ左右纵向分辨率为 μ. ，，应 用然而由于活体人眼像差的存在导致传统的速 ,1,( 共 焦扫描眼底成像仪分辨率很低通常横向分 ，.度由扫描振镜决定可以达到视频速度 ，然而即使将自适应光学技术与共焦扫描技术 30 m，300 m) . 辨率 大于 μ纵向分辨率大于 μ为了 ，相结合分辨率仍然要受到人眼光学系统数值孔径 ,5,，Williams 实时提 高视网膜成 像 的 分 辨 率等采 . ，的限制此外由 于 进 入 到 人 眼 的 光 强 受 到 国 家 激 ( AO) ( AO-用 自 适 应 光学技术应用于眼底相机,14,，，光安全 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 限 制眼 是 高 散 射 介 质其 散 射 率 非 camera) ，，Roorda 实时 探测并校正人眼像差而 等. ，常低为了提 高 光 能 利 用 率用 于 活 体 人 眼 视 网 膜 ,6,则将自适应光 学 技 术 与 共 焦 扫 描 眼 底 成 像 结 ，成像的共焦针孔通常大于理想针孔从而降低了系 . 1994 ，，年向高 分 辨 效 果不过会牺牲纵向分辨率( adaptive optics scanning laser ophthalmoscope，合 ,15,. Gu 统分辨率等提 出 在 对 高 散射介质后的样品 ,16, Sieracki ，等人研 究 三 区 振 幅 型 光 瞳 滤 波 器得 到AOSLO ) ，2. 5 使 成 像 分 辨 率 提 高 到 横 向 约 为 μ ，，成像时当针 孔 无 法 采 用 理 想 针 孔 大 小可 以 在 照 横向分辨率提高的同时纵向分 辨 率 保 持 不 变 的 结 ，，70 . 明端采用环形光瞳同样能达到近于理想针孔的横 mm纵 向 约 为 μ 中 国 科 学院光电 技术 研究 . ，果此后很 多 研 究 人 员 都 考 察 了 三 区 振 幅 型 光 瞳 所 在国内率先开 展 基 于 自 适 应 光 学 的 高分辨眼，滤波器并得到了横向和纵向分辨率都有所提高的 ,7— 10, ，( -AO底成像 技 术 并 在 自 适 应 眼 底 相 机,17—20, .结果,11 ，12, camera) 、( adaptive 自 适 应 共 焦 扫 描 检 眼 仪 opticsconfocal scanning laser- * 中国科学院知识创新工程重要方向项目( 批准号:KGCX2-Y11-920) 资助的课 题. . -ail: guohua_shi yahoo. co. cnEm@m通讯联系人 2011 Chinese Physical Society http: / / wulixb. iphy. ac. cn中国物理学会 r本文有机结 合 共焦扫描检眼镜与自适应光学 2 πn 1 v = r，f，AO-CSLO λ ，，技术形成了 系统在此基础上根据 1 2 AO- CSLO 2 n r系统的光学特性设计了相应的三区光π 1 ;u = z (2)， ， λ f ，，瞳滤波 器并开展分辨率对比试验验证了设计结1 h( v，u) ，是物镜的振幅点扩散函数其 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式为，. 果最后 将此用于活体人眼成像 1 21 f 1 h( v，u) = expP ( ) ρ, iu 1 1 2 ，?， 0 r. 2 1 理论和仿真分析 2 ui ρ × expJ ( v) d; ρρρ(3), 0 ， ， 2 2. 1. 有限尺度针孔的共焦系统h( v，u) ，是收集透镜的振幅点扩散函数表达式为 2 2 r/ r 2 1f LS1 ，反射式共焦扫描系统如图 所示从点光源 1 h ( v，u) = expP ( ) , iρu 2 2 2 ?，， ，0放出的光经过准直镜准直并通过物镜聚焦到样品 r1 ( ，在共焦扫 描 视 网 膜 成 像 系 统 中人眼的角膜晶状 2 u iρ × expJ ( v) d; ρρρ(4), 0 ，， ， 体等构成的光学系统相当于物镜而视网膜则相当 2 ) . ，于样品从样品散射回去的光沿原路返回被分光 (1)，式中的卷积是在垂直于光轴平面上的二维卷积 ，镜反射到收集透镜由收集透镜聚焦后经过针孔滤 D(v) ，是归一化后的探测器针孔响应函数表达式为 ，. ，、去杂光并到 达 探 测 器其 中点 光 源样 品 上 的 扫 1，v = v， d D( v) =(5), .其他 . 0，描点和探测器前的针孔处于共轭位置在共焦系统 ，中通常 引 入 光 瞳 滤 波 器 的 位 置 是 照 明 端 的 瞳 面 (2) —(5) ，，n 式中λ 是成像波长是样品所在的介质 ，r，f，r 折射率是物镜的半通光口径是物镜的焦距1 1 PF.PF或者是探测端的瞳面 1 2 z ( ) P( ) ，P和 是在样品面上的柱坐标ρ和 ρ分别 1 2 ，v是物镜和收集透镜的光瞳函数其中 是针孔的归 d ，一化半径定义为 r 2 π 2v= r， (6)d d f λ 2 ，r，r，f其中是针孔半径是收集透镜的半径是收 d 2 2 .集透镜的焦距 ，本文所介绍的共焦扫描检眼镜系统中人眼入 r= 3 mm，n = 1. 336，瞳半口径 眼内平均折射率 人 1 f=22 . 8 mm，r眼光学系统焦距 收集透镜入瞳半径 1 2 =3 mm，f= 100 mm，收集透镜焦距 成像波 长 λ 2 = IPSF) 2 :，( 680 nm，度点扩 散 函 数 的 关 系 如 图 所 示在 横 向用以上参数仿真出的针孔大小与其三维 强m 10 ， μ针孔与理想针孔曲线接近随着针孔直径增 ;BS 1 ( LS ;PF图 反射式共焦扫描系统为 点 光 源为 分 光 镜为 1 ，，30 大横向分辨率迅速下降直到针孔直径达到 ;PF)照明端的光瞳滤波器为收集端的光瞳滤波器 2 mμ ，，时横向分辨 率 趋 于 稳 定也 就 是 退 化 为 传 统 显 微 ，假定使用圆对称的光瞳滤波器针孔为有限尺m ;，10 镜的横向分辨率在纵向μ针孔与理想针孔曲 ，，. ， 度且位置 没 有 偏 移同时光学系统无像差此 时 ，，线基本重合随 着 针 孔 直 径 增 大纵 向 分 辨 率 逐 渐，系统为部分相干成像共焦系统的强度点扩散函数 m ，40 下降并且在针孔直径小于 μ时都没有达到极 ( intensity point spread function，IPSF) 可表示为 ，，值当针孔趋 于 无 穷 大 时分 辨 率 退 化 为 传 统 显 微 2 2 h ( v，u) = | h( v，u) | | h( v，u) | c 1 2 ，.镜的纵向分辨率并且旁瓣也无法被抑制 D( v) ， (1)，，根据上面 的 分 析当 采 用 有 限 尺 度 针 孔 时横 ，v u 其中和 分别是归一化 的径 向光学坐标和轴向 m 30 ，向分辨率在 μ处就达到了极值无法发挥共焦 ，光学坐标其表达式为 ，针孔的作用纵向分辨率也会随着针孔直径的增大 . ，而不断退化为 了 提 高 系 统 分 辨 率发 挥 针 孔 的 作 半径归一化的振幅型三区 光 瞳 滤 波 器 的 结 构 3 ，，如图 所示顾名思义振幅型三区光瞳代表了三个 ，区域的振幅透过率不同瞳函数表达式为 k，ρ < a，1 , < < b，ρ , k， a 2 P ( ) = (7)ρ, 1， b < < 1，ρ ,, 0，. 其他 AO-CSLO m，680 n在 中 使 用 的 波 长 是 根 据 国,14,，6 mm，家激光安全标准假设人眼瞳孔扩张到 30 Hz，16 KHz，在 视网膜上扫描的帧频 行频 且用 2 h ，3. 7 持续曝光允许进入人眼的最大曝光量 . ，mW而 出于安全考虑本系统通常采用的光功率 图 2 针孔大小对共焦系统三维强 度点扩散函数的影响 ( a)100 W ，10-3-10-5 是 μ左右人眼眼底的反射率在 ，IPSF;( b) 横坐标为归一化径向光学坐标纵坐标为共焦系统 横 ,21, . ，PF利用率提出了较为苛刻的要求因此在照明端 1 ，n W量级则能 够到达探测器的光强仅为 量 ，ISPF坐标为归一化轴向光学坐标纵坐标为共焦系统的 . ，位置加入光 瞳 滤 波 器考 虑 物 镜 的 超 分 辨 性 能根，级这 样 就 对 光 能 .，用需要引入光学超分辨率的理论AO-CSLO ，据 的光学性质与人眼的生理特性设计 1 ，，G 了 如表 所示的两种光瞳滤波器其中为横向T 2. 2. 采用振幅型三区光瞳滤波的共焦系统 ，IPSF 超 分辨系数是光瞳滤波器的横向 主瓣宽度 三区光瞳滤 波 是一种可以在横向和纵向都得 和圆 IPSF G ;主 瓣 宽 度 之 比为 轴 向 超 分形光瞳的横向 A ，到超分辨的光瞳滤波器振幅型三区光瞳滤波器加 IPSF ，辨系数是光瞳滤波器的轴向 主瓣宽度和不加,1820,—，，.工简便精度要求不高应用广泛 IPSF ;S Strehl ，光瞳滤波的轴向 主瓣宽度之比为 比 IPSF 是光瞳滤波器的 主瓣中心强度和 不 加 光 瞳 滤 IPSF ;M 波的 主瓣中 心 强 度 之 比是对主瓣归一化 T ;M 的最大横向 旁 瓣 高 度是 对 主 瓣 归 一 化 的 最 大 A .轴向旁瓣高度 PP，2 将 和 放在 照 明 端可 以 得 到 表 所 示 结 1 2 . ，v，u 果其中表示归一化后的横向半高全宽FHM W M ，表示归一化 后 的 轴 向 半 高 全 宽表 示 经 FWHM A ，由 主 瓣 归一化后的最大轴向旁瓣高度由于在我 ，0. 们使用的 针孔范围内最 大 横 向 旁 瓣 高 度 小 于 03，.所 以 并 未放入考虑范围内 图 3振幅型三区光瞳滤波器结构图 两种三区光瞳滤波器的参数表 1 kG G M M ka b S 12TATAP0. 39 . 78 . 91 . 85 . 30 . 064 . 49 01 0 00000 1 P 0. 53 0. 81 0. 5 0 0. 89 0. 89 0. 24 0. 033 0. 48 2 表 2两种三区光瞳滤波和针孔直径对分辨率的影响 vu G G M 针孔 FWHTAAvu FWH MFWHPPPPPPPPPP/ m直径 μ 1212121212 MFWH M. 32 . 21 . 18 . 95 . 94 . 00 . 34 . 53 . 92 . 94 . 021 . 022 2220087700000 ?M20 2. 74 2. 56 2. 52 0. 93 0. 92 8. 23 7. 50 7. 71 0. 91 0. 94 0. 023 0. 024 30 3. 21 2. 94 2. 88 0. 92 0. 89 9. 13 8. 16 8. 43 0. 89 0. 92 0. 052 0. 045 40 3. 21 2. 93 2. 85 0. 91 0. 89 10. 11 8. 86 9. 20 0. 88 0. 91 0. 097 0. 085 ?3. 23 2. 95 2. 875 0. 91 0. 89 11. 13 9. 52 9. 96 0. 86 0. 89 0. 489 0. 484 ? m ，P50 ，Pm 2 ，30 时分别采用 和无光瞳滤波器直径为 μ由 表 可 以 看 出当 针 孔 直 径 增 大 到 μ 1 2 ，v，，后系统的 就趋于稳定因为在本系统中收FWHM IPSF. ，u = 0，，时的 可以看出当 即在焦面上时即使 27. 6 m，集 透镜的艾里斑直径是 μ针孔直径一旦50 ，. v = 0 ， m针孔增大到 μ横向旁瓣仍然很小当 时 ，大于 艾里斑 直 径就 意 味 着 横 向 主 瓣 可 以 完 全 通 u ，也会随着针孔直径增大而增大而且轴向最FHM W ，. 4 过 针 孔从而导致横向半高全宽不变图 绘制了当大 针孔 .旁瓣高度随着针孔的增加会有明显增大 m IPSF 4 50 图 针孔直径 μ时的 ，HS，Y VS 超分辨滤波器加入共焦系统后相比单个透镜方向扫描振镜 和人眼入瞳四个共轭位 ，置G G ，的 和 都 会 有 所 下 降这 是因为共焦系统的 T A ;随后由人眼光学系统聚焦到眼底视网膜从视网膜IPSF 、，与物镜收 集 透 镜 和 针 孔 都 有 关这 里 采 用 圆 ，BS，5% 反射的光 沿 原 路 返 回到 达 分 光 镜 进 入 1 ，， 形透镜作为 收 集 透 镜在 收集 端 没有加光瞳滤波-S，95 W%夏 克哈特曼波前传感器 通过收集透镜 G G . ，，G G 会导致 和 退化可是随着针孔的增大和 T A T PH PMT，，聚焦到 针孔 位置并进入光电倍增管 其，相对于理想共焦情况会有所提高这是因为针孔 直A ，WS ，PH 中与 人眼入瞳共轭与视网膜上的扫描点，径增大会导致物镜在系统中所占的比重增加当 针 . ，WS 共轭这种系 统排布方式使得成像光和 探测到，，孔趋于无 穷 大 时相当于仅有物镜起作用即 等 于 ，像差信息的光 是共光路的避免了非共光路像差的G G .单个透镜的 和 T A . PF ，引入而光瞳滤 波器 被放置在系统的入瞳位置与 ，P，P由以上分析的 轴 向 分 辨 率 占 优的 横 向 1 2 HS，VS，DM ，和 人眼入瞳共轭这样就可以将在视. ，分辨率占优在 实 际 人 眼 实 验 中由于光能利用率 ，20—40 m，;，PF 的问题通 常 使 用 的 针 孔 是 而 这 时 μ网膜面上获得经过 光瞳滤波的像点同时被放P ，S W1置在共光路外不会 影响到 探测到的波面信 % ，P10和 的轴向旁瓣都小于 综合考虑加工因2 .息 ，素 ，X Y 在扫描部分和 方向振镜的扫 描 频 率 分 别 PF1.我们选用 16 kz 30 z，HH是 和 两振镜的驱动信号首先被输入 . 3 实验系统搭建 FG ，X Y 同步采集电路 中产生出 和 方向的同步信 ，P根据以上仿真结果本系统采用 作为光瞳滤 ，PMT 1 号并与 输出的信号一起输入图像采集计算 ，波器搭建了一套超分辨活体人眼共焦扫描视网膜 ，512 × 512，30 Hz 机 中就能够最终获得 的实时图，5 ，SLD 成像系统如图 所 示由 带 尾 纤 的 提 供 的 点 Hz，，20 探测到得像差信息输入自适应控制计算机为 .像 BS光源发出的光经过准直并通过分光镜 进入主光 2 ，，进行波前处理运算得到变形镜的控制电压并输入，11 11 ×自适应光学部分采用了 单元子孔径的 37 ，，M—M单元的变形镜进行波前校正从而得以实时探测 路主光路部分是由球面反射镜 组 成 的 1 8 , ，夏克 哈特曼波前传感器进行波前探测其采样频率 DM，X 缩 束扩束系统依次经过变 形 镜 方 向 扫 描 ，1—2 z.H并校正人眼的像差最终的闭环带宽为 振 镜 SLD ( — S X ，S Y ，F，5 ( 680 nmMM，HVM图 实验系统图为 超辐照半导体激光器为球面反射镜为 方向扫描振镜为 方向扫描振镜1 8 1 FM 2 WS -，DM ，PF ，BS，BS，CL ，TL ，为平面反射镜为验光用柱透镜为夏克哈特曼波前传感 器为 变 形 镜为 光 瞳 滤 波 器为 分 光 为 收 集 透 镜1 2 ，镜 PH PMT ，FG ，PC，，PC)为针孔为光电倍增管为同步采集电路为图像采集计算机为自适应控制计算机 1 2 4. 实验结果及分析，，光故而不能 对 刻 蚀 了 线 条 的 光 滑 分 划 板 成 像而 ( 视网膜 共 焦 系 统 接 收 到得是样品内的单次散射 ，，毛玻璃是散 射 体其 单 次 散 射 光 可 以 被 接 收而 且 ，毛玻璃具备一定的三维特征相比普通反射面更接 4. 1. 模拟人眼实验) ，5 m，近人眼视网膜的散射特性线条宽度约为 μ分 m 20，30 40 ，别使用 和 的针孔对系统的横向分辨 μ ，由于活体人眼的不稳定性需要用模拟人眼标 . 6 ，6( a) ，( b) ，( c) 率进行了测量结果如图 所示图 . 8 :22的透镜模拟 定测试系统的性能这里采用焦距 ，人眼的光学系统用刻蚀了线条的毛玻璃模拟人眼 m ，40，30 20 为不加光瞳滤波器分别使用 和 μ的针 cale Bar =2 0 m) ( a) ，r = 40 ;( b) ，r =3 0 ;( c) ，6 ( Smm图 系统横向分辨率测定μ无光瞳滤波器μ无光瞳滤波器μ无光瞳滤波器 d d r =2 0 ;( d) PF，r =4 0 ;( e) PF，r =3 0 ;( f) PF，r = 20mmmmμμμμ d 1 d 1 d 1 d e) ，( f) . ，;6( d) ，( 孔对模拟人 眼 成 像图 为 加 入 光 瞳横向分辨率就达到了极值可是实验中发现不论加 m m ，40，30 20 ，30 滤波器分别使用 和 μ的针孔对模拟人 入光瞳滤波器与否μ针孔的图像对比度都要高 m . 6 :40，30 20 m 40 . ，眼成像由图 可以直观看出对于 和 μ于 μ针孔的图像对比度这是因为实验中使用 ，，，的针孔而言加 入 光 瞳 滤 波 器 后系统的横向分辨 的样品是具备一定三维特征的刻蚀了线条的毛玻 ，，璃图像的对比度不仅反映横向分辨率也反映了轴 .率有所提高 m ，20—40 ，向分辨率由于在 μ范围内轴向分辨率没 ，，分辨率 难 以 定 量 对 比由 于 分 辨 率 提 高 后对 ，，比度也会提 高因 此 也可以计算图像的对比度对 m ，30 有达到极值因此会出现 μ针孔的图像对比度优 . 图像给 出 一 个 量 化 的 标 准散 射 体 图 像 对 比 度 较 m 40 .于 μ针孔的图像对比度的情况 ，低这里采用太阳黑子图片中定义对比度的方式定 3 表 不同针孔下光瞳滤波器对图像对比度的影响 ,22,义图像对比度 40 μm 30 μm 20 μm 1. 197 . 273 . 345 11无光瞳滤波器σ I P加入 1. 286 1. 347 1. 383 Contrast = ，(8)1 珋 I 珋，，I ，6 其中σ 是 图 像 的 标 准 差是 图 像 的 均 值将 图 ， 通过前后移动模拟人眼的毛玻璃并记录针孔I ，，7 ，后的光功率可以测量系统的纵向分辨率如图 所 中各个图像进行灰度平均归一化后计算对比度如 3 ，，，30 40 表 所示可以看到在不加光瞳滤波器时和 m ，40，30 20 ，μ针孔时加入光瞳滤波 示分别为在 和 m m ，，20 和不加光瞳滤波的系统纵向光强分布从图中可以 μ针孔的图 像 对 比 度 接 近μ针 孔 的 图 像 对 ，，看出实验曲 线 和 理 论 曲 线 符 合 较 好实 验 曲 线 总 ，P，比度则有较大提高加入 后相比不加光瞳滤波 1 ，体略宽于理论曲线这是因为系统像差的存在降低 ，.器图像对比度得到提高 .了纵向分辨率 m ，，30 ，不过根据前面的分析针孔直径大于 μ后 图 7 系统纵向分辨率测定( 曲线 1—4 分别为无光瞳滤波器的理论 IPSF，加入光瞳滤波器的理论 IPSF，无光瞳滤波器的实验 IPSF， m m IPSF) ( a)40 ，，;( b)30 加入光瞳滤波器的实验 μ针孔加入和不加光瞳滤波的纵向光强分布μ针孔加入和不加光瞳滤波的纵 m ;( c)20 向光强分布μ针孔时加入和不加光瞳滤波的纵向光强分布 ，后视锥细 胞 层 是 最 清 晰 的此 时 已 经 可 以 看 到 细4. 2. 人眼实验. 8( c) 胞的轮廓图 是 加 入 了 光 瞳 滤 波 后 的 闭 环 图 ， ，30 mμ受试，，. 8 ( d) 在人眼实验中采用的针孔大小是 像细胞轮廓更加 清 晰分 辨 率 有 所 提 高图 22—30 ，者为 岁 的 健 康 成 年 人使用美多丽散瞳至 8( c) 4 是对图 的图像做了图像配准并 帧平均的结 ,23 ,6 mm. ，，. 果可以看到噪 声 在 帧 平 均 中 被 显 著 削 弱对 8 ，8 图 显示了对人眼视网 膜 细 胞 层 的 成 像图 4 ，( 8 ) 上述 幅图像进行灰度平均归一化并 按 式 计 ( a) ，，是开环的图 像由 于 人 眼 像 差 的 存 在图 像 上 ，4 . ，算对比度得 到 结 果 如 表 所 示可 以 看 到加 入 . 8 ( b) ，几乎得 不 到 有 用 信 息图 是 闭 环 的 图 像由 ，. ，光瞳滤波 器 后图 像 对 比 度 有 所 提 高此 外帧 平 ，于人眼视 网 膜的视锥细胞具有波 导 性 质对 入 射 ，均对高斯 噪 声 有 削 弱 作 用可 是 图 像 对 比 度 也 会 ，，可见光的反射最 强所 以 对于大多数人 来 说闭 环 .随之下降 cale Bar =10 0 m) ( a) ; ( b) ，; ( c) ，; ( d)4 8 ( S图 人眼视网膜视细胞图像μ开环闭环无光瞳滤波闭环加入光瞳滤波帧平均 表 4 活体人眼图像对比度 a) 9 ，9( 图 显示了自适应闭环的结果图 是开环 ;9 ( b) . 时的点扩散函数图 是闭环后的点扩散函数 ( a)( b)( c)( d) S = 0. 5468 ，，RMm其中开环时的波前误差 μ闭环 0. 247 0. 572 0. 648 0. 403 图像对比度 RMS = 0. 0292 m. 后 的波前误差 μ自 适 应 系 统 可 a) ，( b) ，( c) 4 ( 表 中为开环结果为闭环结果为.以 将 系统像差校正到衍射极限 ，( d) 4 加入光瞳滤波 器 后 的 闭 环 结 果为 对 帧 平 均 ，由于人眼视网膜是多层结构而且由于共焦扫 .的结果 ，描技术在轴向分辨率的优势我们还对视网膜进行 ，: ，了轴向层析该 层 析 由 变 形 镜 实 现当 在 某 个 区 域左上到右下的图像显示了变形镜从视网膜上方向 ，、，，下扫描的过 程中 间 经 过 神 经 纤 维 层血 管 层 和 视 闭环后由变 形 镜 产 生 一 定 数 目 的 离 焦就 可 以 对 . 10 . .视网膜的不同深度成像层析结果如图 所示从 锥细胞层 ( a) 开环时的点扩散函数;( b) 闭环后的点扩散函数 图 9自适应系统闭环结果 图 10 对视网膜不同深度进行扫描的结果 ，之应用于活体人眼共焦扫描成像系统得到了人眼 .视网膜的高分辨图像 5. 结论 ，在本文的完 成 过 程 中姜文汉院士提出了很多修改建 本文分析了 采 用有限尺度针孔和振幅型三区 ，.，议在此表示衷心的感谢 光瞳滤波的共焦系统设计了一种应用于有限尺度 ，针孔共焦扫描成像的三区振幅型光瞳滤波器并将 ,1,Elsner A E，Zhou Q，Beck F 2000 Opt. Express 7 95i G H，Dai Y，ang L，Ding Z H，Rao X J，Zhang Y D ,13, ShW 2008,2, Rawlinson A A ，Cucevic V，Nugent K A，Brooks A M V，Klein Chinese Optics Letters 6 424 A G 2000 J. Opt. Soc. A m. 17 477 ,14, . GB 7247. 1-2001 idt IEC 60825-1: 1993激光产品的安全 ,3,Fallon T J， Chowiencyzk P， Kohner E M Br 1986 J. ,15, Gu M，Tannous T，Sheppard J R 1996 Optics Letters 21 312 Ophthalmol. 70 43 ,16, Sieracki C K，Hansen E W 1994 Proc. ofS PIE 2148 120 ,4,ebb R H，Hughes G ，Delori F C 1987 Apply Optics 26 WW,5, ,17, Sheppard C J R 1995 Optik 99 32 1492 ,18, Deng X Q，Wang G Y，Xu Z Z 2001 Chinese Journal of Liang J，Williams D R，Miller D 1997 J. Opt. Soc. A m. A 14 Lasers ,6,2884 28 459( in Chinese) ,、、2001 邓小强王桂英徐至展 中国激光 oorda ，oeroorja ，onnelly J，ueener ，RARm-BFDW QH28 459, ,7,ebert H,19, Zhang Y J 2007 Optics Communications 274 37 T J，Campbell M CW 2002 Opt. Express 10 405 ,20, Sheppard C J R，Campos J，Escalera J C，Ledesma S Zhang ，Ling ，ao J，Li ，ang ，a X Y DNRX X YWWM2008 ， Jiang 2002 Proceeding of the 3rd International W H ,8,AOptics Communications 281 3623 Workshop on Adaptive Optics for Industry and Medicine Ed. S. R. ,21, Delori F C，Pflibsen K P 1989 Applied Optics 28 1061 ,9,Restaino ,S . W. Teare 97 ,22, Tian Y 2008 Ph. D . Dissertation ( Chengdu: Institute of Optics Ling N，Zhang Y D，Rao X J，Li X Y，Wang C，Hu Y Y，and lectronics，hinese cadey of Science) ( in hinese) ECAmCLing N ，Zhang Y D，Rao X J，Wang C，Hu Y Y，Jiang Y ,10, Jiang ,2008 ( : 田 雨 博士学位 论 文 成 都中国科学院光电技术 YW H 2002 Proc. ofS PIE 4825 99 ) ,2005 Chinese Optics Letters 3 225 研究所 Ling N，Zhang Y D，Rao X J，Wang C，Hu Y Y，Jiang W ,23, Li H，Lu J，Shi G H，Zhang Y D 2010 Biomedical Optics Express ,11, Lu J，hang ，ao J，Shi ，ang S，ang ZY DRX G HYH WC H， 2007 1 31 Jiang C H 2004 Proc. ofS PIE 5639 37 Proc. ofS PIE 6624 662420 ,24, Zhang ，ong L，Zhao ，an ，ui ，Jia H TGM D ZYPCR ZW P,12, Lu J，Li ，ei L，Shi ，Zhang 2009 Proc. of HWG HY D SPIE 2001 Acta Phys. Sn. 50 1486 ( in hinese) ,iC、、张海涛巩马理 7519 75191l 、、、2001 50 1486,赵达尊闫 平崔瑞祯贾维溥 物理学报 ,25, Liu X M，Liu L R，Bai L H 2006 Chin. Phys. 15 708 Superresolution in adaptive optics confocal scanning * laser ophthalmoscope 1)2)3) 1)2)3)1) 1)2)3) Lu JingLi HaoHe YiShi Guo-HuaZhang Yu-1)3) Dong 1) ( Institute of Optics and Electronics，Chinese Academy of Sciences，Chengdu 610209，China) 2) ( Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China) 3) ( The Key Laboratory onda Aptive Optics，Chinese Academy of Sciences，Chengdu 610209，China) Received 15 July 2010; revised manuscript received 23 August 2010) ( bstract A The resolution of adaptive optics confocal scanning laser ophthaloscope is constrained by huan eyes aberration，mm’numberical aperture and pinhole size. A super resolved adaptive optics confocal scanning laser ophthalmoscope is presented. By using adaptive optics to detect and compensate human eyes aberration，and using optical superresolution to ’ improve resolution which is degraded by large pinhole size，the system can achieve high resolution，real , mtie human retina image in vivo. Keywods: superresolution，confocal scanning icroscopy，ophthaloscopy，adaptive optics rmm PACS: 42. 62. ，42. 15. ，42. 30. ，42. 66. * Project supported by the Main Direction Program of Knowledge Innovation of Chinese Academy of Sciences ( Grant No. KGCX2-Y11-920) . orresponding author. -ail:guohua_shi yahoo. co. cn CEm@m