一种SS-OCT系统k-clock延时校正算法技术方案

本发明专利技术涉及一种SS‑OCT系统k‑clock延时校正算法，该方法包括以下步骤：1)将OCT信号进行自相关处理得到OCT信号的自相关函数，运用二次互相关算法对OCT信号的自相关函数与k‑clock信号进行相关运算，获得两个信号的互相关函数以及估计时延值；2)运用希尔伯特差值法对步骤1)的互相关函数进行计算，完成对两个信号的相关峰值进行锐化处理。本发明专利技术可以实现OCT信号与k‑clock信号时延的精确测量，从而实现OCT系统中对后续信号高精度、高分辨率的处理。

A k-clock delay correction algorithm for SS-OCT system

【技术实现步骤摘要】
一种SS-OCT系统k-clock延时校正算法
本专利技术涉及信息处理
，更具体地说，涉及一种基于二次相关运算的SS-OCT系统k-clock延时校正算法。
技术介绍
由于快速傅立叶变换要求被变换的信号在该自变量域中均匀分布,对于干涉光谱信号采样点而言应在波数空间均匀间隔分布。在扫频系统中扫频光源输出光的波长随时间连续变化，由数据采集卡采集到的干涉光谱信号的各个采样点之间是等时间间隔分布的，而扫频光源输出光的波数通常并不是随时间线性变化的，对采集到的非等间隔波数分布的干涉光谱信号采样点数据直接进行傅立叶变换将导致轴向分辨率和测量精度的下降。因此在对干涉光谱信号进行基于快速傅立叶变换的图像重建算法之前，必须先得到各个采样点均匀分布于波数空间的干涉光谱信号,此过程即为光谱标定，一般使用k空间等间隔标定。但在OCT系统(光学相干断层扫描系统)中，k-clock信号与OCT信号在硬件中光路部分的传输路径不同，以致造成两个信号在光谱仪中接收时间不同，产生时延问题。时延作为表示信号特征的一个重要参数，随着信息通信技术的飞跃式发展，时延估计在信号处理领域成为人们研究的热点问题。在OCT系统中，时延估计要解决的问题是对2个接收目标信号(OCT信号与k-clock信号)进行互相关处理，准确快速地估计和测量接收信号之间因信号传输过程中路径的不同而引起的时延差值。广义互相关(GGC)时延估计是一种最基本、最常用的时延估计方法。但是在OCT系统中k-clock信号与OCT信号的信噪比较低，广义互相关算法的信号时延估计差值准确性较低。此时，利用二次相关时延估计算法可以通过二次相关来有效抑制噪声的干扰进而提高抗噪性能，但使用二次相关时延估计的信号时延精度不高。而希尔伯特变换具有把偶函数转变为奇函数的特点，基于广义互相关时延估计和二次相关时延估计，利用进行相关希尔伯特差值法运算，可实现对2个接收信号二次互相关函数峰值的锐化处理，改善了二次互相关函数峰值点的检测效果，增大时延估计的精度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提出了一种基于二次相关运算的SS-OCT系统k-clock延时校正算法，可以实现OCT信号与k-clock信号时延的精确测量，从而实现OCT系统中对后续信号高精度、高分辨率的处理。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：设计一种基于二次相关运算的SS-OCT系统k-clock延时校正算法，该方法包括以下步骤：步骤1)：将OCT信号进行自相关处理得到OCT信号的自相关函数，运用二次互相关算法对OCT信号的自相关函数与k-clock信号进行相关运算，获得两个信号的互相关函数以及估计时延值。OCT信号与k-clock信号表示为：其中，s1(n)、s2(n)分别表示OCT信号与k-clock信号，n1(n)、n2(n)分别表示两个信号的加性噪声，D为时延差值，A为信号归一化后的幅值参量。对两个信号进行二次互相关算法处理，首先对s1(n)进行自相关处理，如公式(2)所示：因为噪声与信号是非相关的，可忽略的影响。而噪声为非相关的高斯白噪声，根据白噪声的自相关的数学特性，在在τ＝0处为冲激函数。在信噪比低的情况下需要考虑其影响；在τ≠0时其幅度会降低，可以忽略其影响。因此OCT信号经过一次自相关处理之后，提高了信号的信噪比。由于R11(τ)是关于时间的函数，所以依然可以看成一个新信号。然后将信号s1(n)与s2(n)进行互相关运算，两个信号的互相关函数为：再将两个信号的互相关函数进行二次互相关函数运算，得到OCT信号的估计时延值。根据相关函数的特性，如公式(4)所示，当τ＝D时RSS(τ-D)取最大值，因此找出RRR(τ)的峰值，该峰值的横坐标所对应的位置即为所求的估计时延值。步骤2)：对步骤1)的公式(3)运用希尔伯特差值法进行计算，完成对该互相关函数的峰值进行锐化处理。步骤1)得到两个信号的互相关函数，如公式(3)所示，该函数具有偶对称的性质，而希尔伯特变换具有将偶对称性转化为奇对称的特性，那么峰值检测的方法可以转换为过零检测，从而实现对该函数峰值的锐化。在该函数的峰值较为平坦时，采用希尔伯特变换实现对两个信号的互相关函数的峰值进行锐化处理，从而改善了时延峰值点的检测效果，也提高了估计时延值的精度。因此，将该互相关函数与其希尔伯特变换后的函数绝对值做差处理：希尔伯特差值法既保留了峰值附近的值，又减小了峰值外其余部分值的相关性，从而使接收信号相关函数波形的主峰值锐化程度增加，提高了估计时延值的精度。另外，希尔伯特差值算法不但起到提高时延估计值精度的作用，而且算法简单，容易实现。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：可以实现OCT信号与k-clock信号时延的精确测量，从而实现OCT系统中对后续信号高精度、高分辨率的处理。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。本专利技术提供一种基于二次相关运算的SS-OCT系统k-clock延时校正算法，该方法包括以下步骤：步骤1)：将OCT信号进行自相关处理得到OCT信号的自相关函数，运用二次互相关算法对OCT信号的自相关函数与k-clock信号进行相关运算，获得两个信号的互相关函数以及估计时延值。OCT信号与k-clock信号表示为：其中，s1(n)、s2(n)分别表示OCT信号与k-clock信号，n1(n)、n2(n)分别表示两个信号的加性噪声，D为时延差值，A为信号归一化后的幅值参量。对两个信号进行二次互相关算法处理，首先对s1(n)进行自相关处理，如公式(2)所示：因为噪声与信号是非相关的，可忽略的影响。而噪声为非相关的高斯白噪声，根据白噪声的自相关的数学特性，在在τ＝0处为冲激函数。在信噪比低的情况下需要考虑其影响；在τ≠0时其幅度会降低，可以忽略其影响。因此OCT信号经过一次自相关处理之后，提高了信号的信噪比。由于R11(τ)是关于时间的函数，所以依然可以看成一个新信号。然后将信号s1(n)与s2(n)进行互相关运算，两个信号的互相关函数为：再将两个信号的互相关函数进行二次互相关函数运算，得到OCT信号的估计时延值。根据相关函数的特性，如公式(4)所示，当τ＝D时RSS(τ-D)取最大值，因此找出RRR(τ)的峰值，该峰值的横坐标所对应的位置即为所求的估计时延值。步骤2)：对步骤1)的公式(3)运用希尔伯特差值法进行计算，完成对该互相关函数的峰值进行锐化处理。步骤1)得到两个信号的互相关函数，如公式(3)所示，该函数具有偶对称的性质，而希尔伯特变换具有将偶对称性转化为奇对称的特性，那么峰值检测的方法可以转换为过零检测，从而实现对该函数峰值的锐化。在该函数的峰值较为平坦时，采用希尔伯特变换实现对两个信号的互相关函数的峰值进行锐化处理，从而改善了时延峰值点的检测效果，也提高了估计时延值的精度。因此，将该互相关函数与其希尔伯特变换后的函数绝对值做差处理：希尔伯特差值法既保留了峰值附近的值，又减小了峰值外其余部分值的相关性，从而使接收信号相关函数波形的主峰值锐化程度增加，提高了估计时延值的精度。另外，希尔伯特差值算法不但起到提高时延估计值精度的作用，而且算法简单，容易实现。以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SS‑OCT系统k‑clock延时校正算法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1)：将OCT信号进行自相关处理得到OCT信号的自相关函数，运用二次互相关算法对OCT信号的自相关函数与k‑clock信号进行相关运算，获得两个信号的互相关函数以及估计时延值；步骤2)：运用希尔伯特差值法对步骤1)的互相关函数进行计算，完成对两个信号的相关峰值进行锐化处理。

【技术特征摘要】
1.一种SS-OCT系统k-clock延时校正算法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1)：将OCT信号进行自相关处理得到OCT信号的自相关函数，运用二次互相关算法对OCT信号的自相关函数与k-clock信号进行相关运算，获得两个信号的互相关函数以及估计时延值；步骤2)：运用希尔伯特差值法对步骤1)的互相关函数进行计算，完成对两个信号的相关峰值进行锐化处理。2.如权利要求1所述的一种SS-OCT系统k-clock延时校正算法，其特征在于：在所述步骤1)中，OCT信号与k-clock信号表示为：其中，s1(n)、s2(n)分别表示OCT信号与k-clock信号，n1(n)、n2(n)分别表示两个信号的加性噪声，D为时延差值，A为信号归一化后的幅值参量；对s1(n)进行自相关处理：噪声与信号是非相关的，忽略和的影响；噪声为非相关的高斯白噪声，根据白噪声的自相关的数学特性，在在τ＝0处为冲激函数，在信噪比低的情况下考虑其影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：童杏林，徐应东，邓承伟，张翠，冒燕，金春姣，李茂阳，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42