[发明专利]分光谱频域相干断层成像系统

权利要求书

1.一种分光谱频域相干断层成像系统，其特征在于，该分光谱频域相干断层成像系统（50）利用可调滤波器（21）将宽光谱光源（1）输出的光波滤波为若干个光强较宽光谱光源（1）输出的光波光强弱、带宽较宽光谱光源（1）输出的光波带宽窄的分光谱（22），将分光谱（22）分别依次输入一个基于频域光学相干断层成像SDOCT系统的干涉仪，并依次检测对应的分光谱干涉信号（23或31）；通过数据后处理，将分光谱干涉信号（23或31）相位对齐拼接为一个合成干涉信号（34），最后通过傅里叶变换得到物体不同深度解析的高分辨率高信噪比的SDOCT图像；

其中，可调滤波器（21）通过程序控制输出中心波长和带宽范围，并能够在成像过程中快速调整可调滤波器的输出范围；SDOCT系统的干涉仪部分包含分光器（3），偏振调节器（4），透镜（5），参考臂平面镜（6），样本臂扫描振镜（9），光谱仪部分的光栅（7），线扫描相机（8）这一系列核心元件，偏振调节器（4）用于调节参考臂和样本臂光波的偏振态；所述分光谱频域相干断层成像系统的成像原理是，从宽光谱光源输出的光波经过可调滤波器输出后，经过分光器分光，一路光通向参考臂，被平面镜（6）反射；另一路光通向样本臂，通过样本臂扫描振镜（9）照射样本（10），从样本（10）反射或散射回来的光与从参考臂反射的光波发生干涉；干涉光波通过光栅分为不同波长分量，经过透镜聚焦后，被线扫描相机（8）检测，也就是说，线扫描相机（8）检测到的干涉信号是不同波长的干涉信号的分量；当可调滤波器（21）改变输出波长范围时，经过光栅的不同波长分量的干涉信号会被透镜聚焦于线扫描相机（8）不同位置的像素上，因此通过依次改变可调滤波器（21）的输出，线扫描相机（8）顺序检测到不同分光谱所对应的不同波长范围的干涉信号，即分光谱干涉信号（31）；进一步通过数据后处理，将不同波长范围的干涉信号依次进行频率轴拼接（32）和相位对齐（33），进一步拼接为一个合成干涉信号（34），该合成干涉信号（34）依次经过光谱整形（35）和傅里叶变换（42），最终得到合成后的图像（36），该合成后的图像（36）相比单独分光谱成像得到的图像分辨率更高，信噪比也更高；

该分光谱频域相干断层成像系统（50）利用可调滤波器（21）将宽光谱光源（1）输出的光波滤波为若干个较窄的分光谱（22），每个分光谱对应的光强小于原始宽光谱光源所对应的光强，从而避免对光强敏感的样本造成损伤；

所述可调滤波器（21）的输出波长通过运行在计算机上的控制软件，采用USB或网线或蓝牙进行动态实时调整；

将不同分光谱所对应的不同波长范围的干涉信号拼接为合成干涉信号（34）并最终得到合成后的图像（36）的一种方法通过如下步骤实现：由于各分光谱之间波长范围有重合，通过频率轴拼接（32）的方法将不包含重复段的波长频率段拼接起来，由于不同分光谱干涉信号经过光栅分光、透镜聚焦后被线扫描相机的不同位置的像素检测，因此根据所检测信号的坐标位置识别各分光谱干涉信号所对应的波长，将波长重复的信号去掉，并将波长非重复但连续的频率轴拼接起来；在此基础上，对各波长分段干涉信号进行相位对齐（33），拼接为合成干涉信号（34）；最后，对合成干涉信号（34）进行光谱整形（35），通过傅里叶变换（42）得到合成后的图像（36），光谱整形的方法是将任意包络的干涉信号通过乘以一个窗函数进行整形，所述窗函数包括Hamming窗函数，Hanning窗函数，高斯窗函数；

将两个不同分光谱所对应的不同波长范围的干涉信号拼接为合成干涉信号（34）的方法具体包括：为了便于将不同分光谱所对应的不同波长范围的干涉信号进行相位对齐，并进一步拼接成合成干涉信号（34），在样本（10）成像距离之外、SDOCT系统所允许的成像范围之内放置一个半透明的单反射元件（15），对两个分光谱干涉信号（31）分别提取其中的单反射元件对应的干涉信号，即提取单平面干涉信号（41），得到两个分光谱单平面干涉信号，通过傅里叶变换（42）分别获得两个分光谱单平面干涉信号的相位，进行相位比较（43），利用相位比较信息对其中一个分光谱干涉信号（31）进行线性波数插值（44）、傅里叶变换（42）、相位延迟（45）、傅里叶逆变换（46）后，再与另一个分光谱干涉信号（31）进一步拼接为合成干涉信号（34）。