自适应光学视觉模拟器测量波前像差的重复性及与OPD-Scan Ⅲ的一致性研究

目的:评价自适应光学视觉模拟器(VAO)测量全眼高阶像差的重复性及与OPD-ScanⅢ测量全眼高阶像差的一致性。方法:采用横断面研究方法。纳入2023-08/09在成都东区爱尔眼科医院屈光科就诊的近视患者204例204眼(均取右眼数据)。由同一位操作熟练的检查者分别使用两种设备进行检查,使用VAO测量4.5 mm瞳孔直径下3-6阶的高阶像差,VAO和OPD-ScanⅢ测量3-6 mm瞳孔直径下全眼总高阶像差(tHOA)、球差(SA)、彗差(Coma)和三叶草像差(Trefoil),评估VAO测量全眼像差的重复性及两种设备的一致性。结果:VAO测量全眼的高阶像差均显示较高的重复性(0.767≤ICC≤0.941、Sw<0.01μm、TRT<0.1μm)。4-6 mm瞳孔直径下VAO与OPD-ScanⅢ的Coma测量值无差异(P>0.05),其余瞳孔直径下全眼总高阶像差的测量值均有差异(均P<0.05)。VAO与OPD-ScanⅢ的3 mm瞳孔直径下各阶像差以及4、5 mm瞳孔直径下的SA、4 mm瞳孔直径下的Coma测量值的95%LoA<0.1,显示一致性较好,其余瞳孔直径下的像差测量值的95%LoA>0.1,显示一致性较差,两种设备3 mm(r=0.218-0.317,P<0.01)、4 mm(r=0.406-0.672,P<0.01)、5 mm(r=0.538-0.839,P<0.01;r=0.030-0.109,P>0.01)以及6 mm(r=0.369-0.766,P<0.01)瞳孔直径下高阶像差测量值差异较大。结论:VAO测量3-6 mm瞳孔直径下全眼高阶像差结果时具有良好的重复性,但VAO与OPD-ScanⅢ的3-6 mm瞳孔直径下的全眼高阶像差测量值存在差异性,一致性较差,临床应用不可互换。

自适应光学视觉模拟仪验光与传统验光的一致性研究

目的评价睫状肌麻痹状态下自适应光学视觉模拟仪(VAO)与传统主客观验光的差异性及一致性。方法采用诊断性试验研究方法,于2019年11月在川北医学院附属医院纳入健康受试者31例31眼,其中男15例15眼,女16例16眼;平均年龄(20.1±1.0)岁;均取右眼为受检眼。睫状肌麻痹状态下分别采用VAO和传统主客观验光方法对受试者进行验光,记录球镜度、柱镜度以及矢量散光度J_(0)和J_(45)。采用配对t检验比较不同验光方法验光值差异,采用组内相关系数(ICC)和Bland-Altman图评价2种验光方法的一致性。结果VAO主觉验光和综合验光仪主觉验光测得的球镜度、柱镜度、J_(0)和J_(45)的ICC分别为0.97、0.75、0.84和0.09。VAO和电脑验光仪客观验光测得的球镜度、柱镜度、J_(0)和J_(45)的ICC分别为0.98、0.70、0.74和0.61。VAO主觉验光与综合验光仪主觉验光方法测得的球镜度、柱镜度、J_(0)和J_(45)差值分别为(0.05±0.32)、(-0.23±0.28)、(-0.10±0.14)和(-0.04±0.16)D,其中2种主觉验光方法测量的柱镜度和J_(0)比较,差异均有统计学意义(均P<0.01),球镜度和J_(45)比较,差异均无统计学意义(P=0.41、0.18);VAO与电脑验光仪客观验光测得的球镜度、柱镜度、J_(0)和J_(45)的差值分别为(-0.70±0.26)、(-0.07±0.46)、(-0.03±0.27)和(0.01±0.12)D,其中VAO客观验光测量的球镜度较电脑验光仪明显偏负,差异有统计学意义(t=15.09,P<0.01),2种客观验光方法测量的柱镜度、J_(0)和J_(45)比较差异均无统计学意义(P=0.39、0.59、0.63)。2种客观验光方法测量的球镜度、柱镜度、J_(0)和J_(45)与综合验光仪主觉验光相应值的差值比较差异均无统计学意义(均P>0.05)。结论睫状肌麻痹状态下,VAO客观验光测量的球镜度与电脑验光仪相比更偏负;但VAO与综合验光仪主觉验光测得的球镜度和散光矢量值均具有较好的一致性,且测量差值临床可以接受。

自适应光学矫正LASIK术后眼高阶像差对视觉质量的影响

目的分析准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)术后医源性高阶像差对成像质量及视功能的影响。方法利用自适应光学系统,对LASIK术后有视觉症状的12例患者进行像差矫正。在暗室内,采用5g/L新福林滴眼液右眼散瞳后,实施6mm瞳孔下像差矫正,测定100%对比度视力,计算不同像差矫正策略下的调制传递函数曲线和点扩散函数。结果与静态结果相比,受试者眼调制传递函数曲线和点扩散函数逐步提高,100%对比度视力也表现出类似的趋势。在矫正低阶像差的基础上,进一步矫正三阶像差使视力提高0.079LogMAR单位(P=0.016)。结论矫正医源性高阶像差可获得大瞳孔或暗环境下光学质量和高对比度视力的逐步提高,三阶像差对视觉质量的影响较大。

基于自适应算法的单目视觉系统的姿态解算

提出了自适应总体最小二乘算法,以进一步提高单摄像机视觉测量系统光学特征点的姿态解算精度,研究并对比了常用的总体最小二乘算法及自适应总体最小二乘算法在测量系统中的应用。首先,根据空间几何位置关系构建光学特征点、像点及摄像机位置的系统坐标系及三维空间模型,并建立关于光学特征点及像点的矩阵方程。然后,应用常用的总体最小二乘法及自适应总体最小二乘法进行优化求解。最后,基于优化的总体最小二乘解确定光学特征点相对世界坐标系的姿态。应用三坐标测量机进行仿真对比实验,结果表明:常用的总体最小二乘算法得出的姿态坐标的标准差为0.055 7mm,自适应总体最小二乘算法得出的姿态坐标的标准差为0.041 4mm。相比之下,自适应总体最小二乘算法有更高的收敛速度及收敛精度,且解算速度优于常用总体最小二乘算法,满足单目视觉测量系统的稳定、可靠和精度高等要求。

自适应光学人眼像差调控及其应用

自适应光学技术能够对波前像差进行实时测量及调控。1997年,该技术被首次成功地应用于活体人眼像差的调控,并获得了接近衍射极限的高分辨力视网膜视细胞图像和传统低阶像差矫正无法达到的"超视力"。随后自适应光学技术在眼科学研究中得到迅速发展。就研究内容来看,该领域主要包括视网膜高分辨力成像和人眼像差操控与视功能研究两大方向。美国Rochester大学Williams教授和加利福利亚大学Roorda教授于2011年分别对视网膜高分辨力成像和人眼像差操控与视功能研究方向的研究作了非常全面的综述。1997年,光电所在国内率先开展人眼自适应光学技术及其应用研究,本文在简单介绍人眼自适应光学系统原理的基础上,报道了光电所在该领域近五年的主要研究进展。

新型自适应光学系统对活体人眼视网膜细微结构的观察

目的评价新型自适应系统的成像能力及在活体人眼视网膜高分辨率成像中的应用。方法2006年1到4月间,我们运用改进后的自适应光学成像系统对6名18-21岁正常健康成年人进行了眼底黄斑部中心3度范围之内视网膜的成像试验。结果通过新型自适应系统得到了黄斑清晰的视网膜高分辨率图像;包括来自于视网膜内、中、外不同层次的图像。其中内层为视网膜表层的毛细血管,而外层可能为视觉感受细胞的外节。结论运用自适应光学可实现活体人眼视网膜的高分辨率成像,在年轻人中可以获得高分辨率的黄斑部视网膜毛细血管和视锥细胞外节的图像,它可能在眼科研究领域发挥一定的作用。

自适应光学技术在眼科的应用进展

自适应光学(AO)技术能够实时测量和校正波前像差,使光学系统能适应外界条件变化,保持良好光学性能,在眼科领域逐渐受到关注。AO技术可以根据波前像差进行验光,提高主客观验光的效率和准确性;消除人眼像差对视网膜成像的影响,为视神经功能评价提供更精准的数据;改善视知觉学习训练的效果,为特殊人群提供视力保健和治疗方法;模拟和预测术后视觉效果,为屈光手术和人工晶状体植入术的个性化方案选择提供依据。AO与光相干断层扫描技术、光学扫描激光检眼镜、共焦扫描激光检眼镜等结合,可以实现实时眼底成像和视网膜血管成像,提供更高的视网膜检测灵敏度和分辨率,分辨更精细的视网膜血管以及视锥细胞细节,表征视网膜色素上皮细胞层拓扑和变形,其在眼后节激光手术、青光眼诊断与随访、色盲和视网膜生理活动研究领域的应用备受关注。本文就AO技术原理及其在眼科领域的应用进行综述。

自适应系统对活体人眼视网膜细胞的初步观察

目的 探讨应用自适应光学技术获得高分辨率视觉细胞图像的可能性及其意义。方法 2 0 0 1年3～ 11月 ,我院采用活体人眼视网膜高分辨力成像自适应光学系统 ,观察 2 5名年龄为 18～ 4 8岁的健康成年人的眼底细胞 ,主要是黄斑部视细胞。试验者的裸眼视力为 0 .9～ 1.0 ,眼底检查均正常。结果 清晰地观察到视网膜细胞 ,主要是双极细胞及视细胞的图像。计数视细胞 :中心凹旁 1.5°处视细胞为 4～ 5万 /mm2 ,3°处少于 3万 /mm2 。结论 活体人眼视网膜高分辨力成像自适应光学系统可获得清晰的视网膜细胞图像 。

具有主观视觉补偿的人眼像差测量方法

为了准确测量人眼的各种低阶像差以及不规则的高阶像差,采用具有主观视觉补偿的人眼波前像差测量方法,进行了理论分析及实验验证,在客观测量的同时进行了主观视觉补偿,得出了测量的准确数据。结果表明,主观视觉补偿测量的波前像差小于客观测量的结果,被测者在观察视标时的适应性调整减小了波前像差,并且对于观察不同的视标时,波前像差的波动值较小。采用主观视觉补偿的测量方法,考虑实际观察目标时眼睛的状态,能够很好地对人眼像差进行补偿,得到符合实际状态的眼像差,这对制定人眼像差的治疗方案是非常有帮助的。

像差矫正结合视觉训练下的弱视CSF分析

该文运用自适应光学矫正系统对人眼做实时高低阶像差矫正,并在此条件下结合知觉学习分别对4例屈光参差性和4例斜视性青少年弱视患者进行视觉训练。结果显示,基于同样的方法,训练后4名屈光参差性弱视患者的对比灵敏度函数(CSF)得到统计意义上的显著提高,而4例斜视性患者的对比度敏感函数则无明显变化。为验证对比度敏感函数结果的可靠性,同时对所有被试进行中心视力测试,测试结果与CSF结果一致。最后对实验结果进行分析,说明结合高低阶像差矫正下对弱视人眼进行视知觉训练的方法对屈光参差性弱视有治疗功效,但不适用于斜视性弱视的治疗。

单目视觉系统的姿态解算算法研究

单摄像机视觉测量系统的优点体现在具有测量精度高,实现现场测量等方面。系统测量精度的重要因素为光学特征点的姿态解算。对于此问题,对系统测量通用算法进行分析研究。先按照空间几何位置关系,构建光学特征点、像点、摄像机位置的系统坐标系及三维空间模型;再依据光学特征点及像点建立它们的矩阵方程;接下来采用最小二乘法完成优化求解处理;根据处理的结果可以确定光学特征点相对世界坐标系的姿态;本文最后采用三坐标测量机进行仿真验证,实验结果表明一般通用算法得出的姿态坐标标准差为0.055 7mm;本文所提到的姿态解算算法的标准差为0.041 4mm;通过结果的对比可以看出,本文算法精度高,并且具备单目视觉测量系统对于稳定性和精度的要求。

玻璃幕墙的几何形状对反射太阳光引起的视觉掩盖效应的量化研究

由于建筑物外形结构的复杂性,出现了不同几何形状的玻璃幕墙,这些玻璃幕墙对入射太阳光有高的反射率和强的聚焦性。在理论上,推导出理想情况下,太阳光直射玻璃幕墙的辐射通量和玻璃幕墙对入射太阳光的反射通量;人眼成像过程中产生视觉掩盖效应时,整幅图像的含噪声水平和信噪比。通过实地测量的方法,分别测量出两种类型玻璃幕墙反射太阳光时,反射光线的能量分布情况。分析试验结果,得出玻璃幕墙反射太阳光造成人眼视觉掩盖效应的结论。

新型自适应字符检测系统研究

目的为解决现有字符检测系统出错率高、自适应能力较差的问题,提出一种新型自适应字符检测系统。方法针对某国内大型方便面生产企业产品研发生产批号检测系统过程中,遇到的光照变化和多种产品规格变化对图像采集质量的影响问题,分别提出相应的自适应解决方案;通过改进局部阈值算法,增强算法鲁棒性,并进一步提出基于实时采集图像的自适应采集矫正算法。结果通过实验测试和现场验证,该检测系统的自适应能力和鲁棒性较强,检测速度为10个/s,误剔率小于0.005%,漏剔率为0。结论该系统具有较强适应性,相比传统字符检测系统更加稳定可靠,具有良好的应用前景。

光视觉(上)

光线是眼视光学的基础，光线怎样被注视眼所感知是验光的基本条件，本文谨介绍光视觉的机理、暗适应的检查方法和光视觉异常的诊断。

不同亮度状态下人眼像差对双眼叠加作用的影响

利用双眼自适应光学(AO)视觉仿真器测量了两种不同亮度条件(1和100cd/m2)下人眼像差对双眼对比敏感度和双眼叠加作用的影响,并针对2c/d,8c/d和16c/d(周期每度)三种不同的信号空间频率进行了测试。实验结果表明,自适应光学像差矫正能够使得双眼对比敏感度函数呈现出各个测试频率上的整体升高。在两种亮度条件下,双眼对比敏感度收益与单眼相比均无统计上的显著差异(p>0.05)。在中高频范围(8c/d、16c/d),单双眼的AO像差矫正收益均随亮度的升高而升高。对于本文测试的三种信号频率,高亮度条件下的AO像差矫正对双眼叠加作用无显著影响,而在低亮度条件下,AO像差矫正使双眼叠加作用降低。本文为不同亮度下的双眼视觉信息处理机制提供了重要依据。

正常成年人或将拥有“超视力”

近日，中国科技大学周逸峰小组与成都光电技术研究所张雨东小组合作研究发现，正常成年人视觉神经系统仍具有相当程度的可塑性。在使用人眼自适应光学矫正仪提高人眼光学系统质量后，在进行知觉学习训练，可以大幅度提高正常成年人的视觉功能，甚至可能达到2．0及以上的“超视力”。

人眼高阶像差校正和视觉分析系统

人眼除具有可用眼镜或接触镜校正的低阶像差(离焦、像散)之外,还普遍存在高阶像差。高阶像差的存在影响着屈光系统的成像质量。为研究高阶像差对视觉功能的影响,利用自适应光学技术,建立了具有校正高阶像差和产生高阶像差双重功能的人眼高阶像差校正和视觉分析系统。介绍了系统实现高阶像差校正和视觉分析的工作原理;阐述了波前校正器、哈特曼波前探测系统、控制系统等关键单元技术;列出了系统对泽尼克模式像差的校正效果,绝大多数像差从0.5λ降低到0.2λ以下;阐明系统功能的实现过程,并给出仿真实验的结果。该系统为进一步研究高阶像差对视功能的影响提供了有效的手段。

单目视觉的同时三维场景构建和定位算法

同时场景构建和定位算法是机器人自主导航的重要组成部分。针对传统算法不能应用于室外环境和缺乏定量分析的缺点,提出了一种单摄像机恢复场景三维结构和摄像机位姿的新算法。提出了视频序列关键帧提取方法,降低了运算复杂度;利用特征点对和摄像机内参量计算场景三维结构和关键帧的位姿并提出一种估计关键帧位姿的简便方法;最后,提出一种兼顾优化效果和运算复杂度的自适应光束法平差算法优化场景结构和摄像机位姿,并生成适于机器人导航的数字高程图。室内和室外多种场景下的定量和定性实验结果表明,绕行误差低于4%,该算法能够接近实时准确实现同时场景构建和摄像机定位。

医用光学中基于局部特征的高效稳健立体匹配算法

医用光学中为快速消除双目立体匹配歧义,提出一种基于局部特征、稳健高效的两步立体匹配方法。用局部二进制模板/对比度(LBP/C)纹理分析描述图像纹理并构造初始匹配成本;仅在垂直、水平方向内自适应地分配权值,消除匹配特征的相似歧义性,并行双通地聚合匹配成本;由赢者通吃法得到初始视差。为消除弱纹理、重复纹理和遮挡等引起的歧义,视差求精方案包括并行双通校准视差、基于映射检测遮挡、基于极线最小二乘拟合填充遮挡。实验表明,该算法计算效率高、结构简单,易于实现并消除匹配歧义,得到精度较高且分段平滑的视差。