激光散斑襯比成像流速測量準確性改善方法研究.pdf

1、激光散斑襯比成像方法以其快速、高分辨、無需掃描即可實現(xiàn)大范圍內(nèi)二維流速成像的特點，在腦組織、皮膚、眼底視網(wǎng)膜、關(guān)節(jié)以及腸系膜等生物組織血流檢測中取得了重要應(yīng)用，為反映生物組織功能活動、揭示重大疾病產(chǎn)生機制以及藥效評價提供了重要的研究工具。同時，該方法以其快速、非接觸、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等特點在種子活力快速檢測中具有重要的潛在應(yīng)用價值，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中選種、育種以及作物儲藏研究提供了潛在的檢測手段。然而激光散斑襯比成像方法無論在方法學還是應(yīng)用層面都

2、存在諸多問題需要解決、改進和深入研究。
　　 因此，本文選擇從方法學和應(yīng)用兩方面對激光散斑襯比成像方法展開研究。在方法學層面，從理論計算、數(shù)值模擬和模型實驗等方面對激光散斑襯比成像中涉及的若干重要問題展開探討，包括：空間分辨率與襯比測量準確性的關(guān)系；成像系統(tǒng)噪聲對襯比測量準確性的影響；速度測量線性范圍；散斑尺寸對靜態(tài)散斑襯比和動態(tài)散斑襯比的影響；幾種襯比分析方法性能的比較。在應(yīng)用層面，對激光散斑襯比成像方法應(yīng)用于種子活性檢測的有

3、效性進行實驗驗證，對幾種激光散斑數(shù)據(jù)分析方法的性能及各自的成像條件進行比較和分析。本文取得的主要研究結(jié)果如下：
　　 （1）針對現(xiàn)有的激光散斑模擬方法的局限性，發(fā)展了基于變量相關(guān)的時間積分動態(tài)散斑模擬方法，并將該方法與模型實驗相結(jié)合，對激光散斑襯比成像系統(tǒng)性能進行了分析：指出在保證速度測量準確性的前提下，當不考慮CCD像素尺寸對空間分辨率影響時，激光散斑襯比成像空間分辨率一般為光學系統(tǒng)最高分辨率的一半；CCD噪聲中光散粒噪聲和直

4、流噪聲和對弱光下的襯比測量準確性影響較大，在平均光強低于200counts時襯比測量誤差可達10％以上；布朗運動的差異導(dǎo)致成像系統(tǒng)對不同散射樣品的速度測量線性范圍不同。
　　 （2）研究了散斑尺寸對激光散斑襯比成像的影響。提出了局域靜態(tài)散斑空間襯比與散斑尺寸和空間窗長度關(guān)系的近似表達式，為激光散斑襯比成像中合理的散斑尺寸的選取提供了指導(dǎo)；對動態(tài)散斑的研究表明，不同散斑尺寸下CCD像素空間積分效應(yīng)對空間襯比和時間襯比的影響具有等價

5、性，但散斑尺寸對空間域上有效統(tǒng)計像素數(shù)的影響較大，而對時間域上有效統(tǒng)計像素數(shù)的影響較小，從而解釋了激光散斑襯比成像在血流速度測量中，時間襯比分析方法比空間襯比分析方法需要更少的統(tǒng)計像素數(shù)即可獲得準確的襯比均值的原因。
　　 （3）比較了已有的幾種基于時間統(tǒng)計與空間統(tǒng)計相結(jié)合的襯比分析方法。數(shù)值模擬和動物實驗研究均表明，時空聯(lián)合襯比分析方法（stLASCA）的襯比均值最大測量誤差約5％，而時間平均的空間襯比分析方法（sLASCA）

6、和空間平均的時間襯比分析方法（tLASCA）的襯比均值最大測量誤差為13％以上，而三種方法的統(tǒng)計噪聲相當，表明在各態(tài)歷經(jīng)條件下stLASCA方法統(tǒng)計準確性高于sLASCA和tLASCA方法。
　　 （4）對吸脹的玉米種子散斑圖像處理結(jié)果表明，激光散斑襯比分析方法（sLASCA和tLASCA）和激光散斑時間微分方法可在10s以內(nèi)完成單個種子活力檢測，獲得的圖像對比度分別為0.26、0.32和0.57。對發(fā)芽初期的玉米種子散斑圖像處