[發明專利]一種基于聚類的人眼哈特曼光斑圖像去噪方法

有效

• 申請號: 202010584274.5
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111743510B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 肖飛;趙豪欣;趙軍磊;張雨東
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: A61B3/14
• 分類號: A61B3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種基于聚類的人眼哈特曼光斑圖像去噪方法，該方法以人眼哈特曼光斑圖像作為輸入，首先對圖像數據進行二分類聚類，將圖像數據分為背景類和前景類，從而自適應去除圖像背景噪聲、相機CCD讀出噪聲；其次，針對前景類數據，分別計算每個數據點所在行、列所有數據點屬于前景類的個數，構建行、列計數矩陣；最后，對行、列計數矩陣分別進行二分類聚類，將數據分為正常人眼像差光斑和光學器件及角膜反光光斑，從而自適應去除光學器件及人眼角膜反光噪聲，完成對整個圖像的去燥處理。本發明使用圖像處理方法實現對人眼哈特曼光斑圖像噪聲的去除，提高了人眼像差的探測精度；降低了系統復雜度及成本，同時本方法無需人為設定參數，易于使用。

技術領域

本發明涉及夏克-哈特曼波前傳感測量技術在人眼自適應光學中的應用領域，特別涉及一種基于聚類的人眼哈特曼光斑圖像去噪方法，可以消除背景噪聲、相機讀出噪聲、光學器件反光噪聲及人眼角膜反光噪聲對人眼像差測量的影響。

背景技術

人眼像差中除了含有離焦、散光等低階像差外，還含有不可忽略的高階像差組分。自適應光學技術能夠同時實現對人眼低階及高階像差的精確測量及矯正，直接推動了眼底影像學和視光學的發展。在現有的人眼自適應光學系統中，廣泛采用哈特曼波前傳感器獲取人眼像差光斑圖像，基于該圖像使用波前復原技術實現對人眼像差的測量，進而驅動波前矯正器對像差進行補償矯正，從而消除人眼像差對整個系統的影響。然而，由于在人眼自適應光學系統中存在各種各樣的噪聲如：相機讀出噪聲、隨機背景噪聲、系統光學器件反光噪聲、人眼角膜反光噪聲等，導致獲得的原始人眼像差哈特曼光斑圖像并不理想。因此如何去除哈特曼光斑圖像中的各種噪聲，從而提高系統對人眼像差的測量精度對于整個人眼自適應光學系統顯得尤為重要。

哈特曼光斑圖像同時受到多種噪聲的影響，其中隨機噪聲及背景噪聲可以采用閾值去燥、濾波去燥等方法輕易去除，而光學器件反光及角膜反光噪聲用一般的閾值方法卻難以消除。傳統的解決方案通常是對光學系統硬件進行調整或對整個光學系統進行特殊設計，如添加環形照明、采用反射式光學系統代替透射式系統、對入射光進行偏心入射等，然而這些方法增加了系統復雜度及成本，使得系統裝調難度加大，甚至在一些特定情況下無法實現。針對人眼哈特曼光斑中各種反光噪聲難以消除的問題，本發明提出了一種基于聚類的人眼哈特曼光斑圖像去燥方法，該方法使用圖像處理技術實現對人眼哈特曼光斑圖像各類噪聲的去除，提高了人眼像差的探測精度；與傳統基于硬件改造及光學系統特殊定制方法相比，本發明降低了系統復雜度及成本，同時本方法無需人為設定參數，易于使用。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種基于聚類的人眼哈特曼光斑圖像去噪方法，實現對人眼哈特曼光斑圖像中各類噪聲的去除，從而提高人眼像差的探測精度。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種基于聚類的人眼哈特曼光斑圖像去噪方法，該方法包括如下步驟：

步驟(1)、使用相機從光學系統中獲取人眼哈特曼光斑原始圖像I(x,y)，其中(x,y)為坐標位置，圖像大小為M×N；

步驟(2)、對原始圖像進行二分類聚類，獲得分類標記矩陣L(x,y)，其中L(x,y)＝1表示背景噪聲類，L(x,y)＝2表示前景類；

步驟(3)、利用標記矩陣L對原始圖像進行處理，實現對圖像背景噪聲、CCD讀出噪聲的去除，獲得圖像M(x,y)；具體方法為：初始化M(x,y)＝I(x,y),然后按照如下公式進行處理：

I(x,y)＝0,if?L(x,y)＝1

步驟(4)、對步驟(2)中獲得的標記矩陣L進行處理，構建行計數矩陣R(x,y)；具體構建方法：

步驟(5)、對行計數矩陣R進行二分類聚類，獲得聚類標記RL(x,y),其中RL(x,y)＝1表示光學器件反光或人眼角膜反光點所處位置，RL(x,y)＝2表示正常人眼像差光斑所處位置；