视光学基本知识及进展

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1、视光学刘永基眼视光学的基本概念课题组开展的工作前沿及其他相关问题眼视光学的基本概念什么是视觉眼成像系统成像所成的像需转换成神经信号传入大脑大脑分析和处理图像光学：眼的光学性质用像差来描述；光学传递函数和点扩散函数用来评价眼的成像性能神经：感光细胞采样、消噪声处理、边缘滤波、图像压缩等大脑：动态分析、图像识别等眼睛的生理结构眼睛的生理结构眼睛的生理结构眼睛的生理结构眼睛的生理结构眼睛的生理结构眼睛的生理结构眼睛的生理结构眼睛的生理结构眼球光学眼球光学与眼睛相关的轴眼球光学GullstrandNO.1眼模型角膜的屈光度为43.05D，约占整个眼睛屈光度的三分之二Gullstrand-E

2、msley眼模型眼球光学眼球光学个性化眼模型以Gullstrand眼模型的参数为初始数据输入到ZemaxRadiusDepthRefractiveMedium（mm）（mm）IndexR1=7.8D1=0.551.3771corneaR2=6.5D2=3.051.3374anteriorchamberR3=10.2D3=4.01.420crystallinelensR4=-6.0D4=16.601.336vitreousbodyR5=-12.3用角膜地形图仪OrbscanⅡ测量角膜前后表面曲率以及相对于参考球面的高度值，用高次非球面拟合出角膜的非球面表面，置换初始数据：△RCo

3、rnealsurfaceReferencesphereOK眼球光学用医用BMF-200A型超声仪测量眼轴的各部分间距：角膜、眼前房、晶状体、玻璃体，置换初始数据EyeCorneaAnteriorCrystallineVitreouschamberlensbodyValue0.573.033.5118.62(mm)眼球光学用眼波像差仪测量个体眼的波前像差，把数据加到Zemax的优化函数中，定义人眼的实际像差眼球光学用OrbscanII测量角膜表面的相对高度值用泽尼克多项式拟合角膜面型用BMF-200测厚仪测量眼内轴向间距用H-S传感器测量人眼波前像差定义优化函数个性化人眼模型晶状

4、体面型视功能分析如PSF，MTF等构建个性化眼模型的程图以晶状体的前后表面的曲率和非球面系数为变量，做光学优化（见流程图）眼球光学用ZEMAX构建的个性化眼模型点列图MTF眼球光学个性化眼模型的特点：个性化的，不是平均模型；可以用于临床评估；可用来评价眼睛的成像质量眼球光学眼睛的入射光瞳和出射光瞳瞳孔距角膜3.6mm，出射光瞳距角膜3.5mm，放大率为1.1313眼球光学瞳孔距晶状体后表面3.6mm，出射光瞳距晶状体后表面3.5mm，放大率为1.03眼球光学眼睛成像质量的描述眼睛的像差色差486nm到656nm的纵向色差为：+1D400nm到700nm的纵向色差为：+1.75

5、D与光瞳大小相关视力受色差的影响不大眼睛成像质量的描述晶状体随着年龄增大逐渐变黄视网膜的黄斑能够起到过滤蓝光的作用视锥细胞不含有探测蓝光的细胞进入人眼的能量经眼睛后在垂直于光轴的平面上不均匀分布Seidel像差眼睛成像质量的描述球差彗差：轴外像差眼睛成像质量的描述像散场曲：视网膜是曲面，能够进行补偿畸变：相对不重要，大脑能够处理修正眼睛像差的描述W(u',v')=ΣCkZk(u',v')Ck是展开系数，Zk是Zernike多项式。眼像差以7阶35项Zernike项表示;Zernike项在单位圆内正交；和几何像差有简单的对应关系；波前像差-----描述像差的新方法表1：Zern

6、ike多项式Zk1234567891011nmZernike多项式物理意义10ρsinθX方向倾斜11ρcosθY方向倾斜20ρ2sin2θ二级45/135度像散212ρ2-1离焦22ρ2cos2θ二级0/90度像散30ρ3sin3θ三级0/90度像散31(3ρ3-2ρ)sinθ三级X方向慧差32(3ρ3-2ρ)cosθ三级Y方向慧差33ρ3cos3θ三级45/135度像散40ρ4sin4θ四级45/135度像散41(4ρ4-3ρ2)sin2θ四级Y方向慧差12426ρ4-6ρ2+1四级球差1343(4ρ4-3ρ2)cos2θ四级X方向慧差1444ρ4cos4θ四级0/90度方像散

7、1550ρ5sin5θ1651(5ρ5-4ρ3)sin3θ1752(10ρ5-12ρ3+3ρ)sinθ五级X方向慧差1853(10ρ5-12ρ3+3ρ)cosθ五级Y方向慧差1954(5ρ5-4ρ3)cos3θ2055ρ5cos5θ2160ρ6sin6θ2261(6ρ6-5ρ4)sin4θ2362(15ρ6-20ρ4+6ρ2)sin2θ246320ρ6-30ρ4+12ρ2-1六级球差眼睛成像质量的描述眼睛像差的测量客观式测量方法：主观式测量方法：Tscherning技