Выделение информативных признаков на основе коэффициентов полиномов Цернике при различных патологиях роговицы человеческого глаза
Хорин П.А., Ильясова Н.Ю., Парингер Р.А.

 

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара, Россия,
Институт систем обработки изображений РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Самара, Россия

Аннотация:
Исследование посвящено анализу аберрации волнового фронта при изменении кривизны поверхности роговицы человеческого глаза. Анализ выполнен на основе представления аберраций передней и задней поверхности роговицы в виде суперпозиции функций Цернике. Объектом исследования являются весовые коэффициенты полиномов Цернике. Данные были получены в ряде клинических испытаний в глазной клинике Бранчевского. Был проведен анализ наиболее информативных весовых коэффициентов с точки зрения классификации пациентов по определённым диагнозам. Было произведено сравнение результатов классификации по тридцати признакам как на передней, так и на задней поверхности роговицы, а также по наиболее информативным признакам. Ранжирование признаков осуществлялось по критерию информативности для решения конкретной задачи классификации. При проведении исследований информативность оценивалась на основе значений критерия разделимости. Дополнительная оценка информативности проводилась путём вычисления ошибки классификации методом К-средних. В результате анализа выделены базисные функции Цернике, наиболее информативные для определённых патологий глаза.

Ключевые слова:
аберрации роговицы, функции Цернике, миопия человеческого глаза, классификация, признаковое пространство, анализ информативности признаков.

Цитирование:
Хорин, П.А. Выделение информативных признаков на основе коэффициентов полиномов Цернике при различных патологиях роговицы человеческого глаза / П.А. Хорин, Н.Ю. Ильясова, Р.А. Парингер // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 1. – С. 159-166. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-1-159-166.

Литература:

  1. Ильясова, Н.Ю. Методы цифрового анализа сосудистой системы человека. Обзор литературы / Н.Ю. Ильясова // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 4. – С. 511-535.
  2. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. – М.: Наука, 1973. – 720 с.
  3. Atchison, D.A. Recent advances in measurement of monochromatic aberrations of human eyes / D.A. Atchison // Clinical and Experimental Optometry. – 2005. – Vol. 88. – P. 5-27. – DOI: 10.1111/j.1444-0938.2005.tb06659.x.
  4. Goncharov, A.S. Modal tomography of aberrations of the human eye / A.S. Goncharov, A.V. Larichev, N.G. Iroshnikov, V.Yu. Ivanov, S.A. Gorbunov // Laser Physics. – 2006. – Vol. 16, Issue 12. – P. 1689-1695. – DOI: 10.1134/S1054660X06120152.
  5. Lombardo, M. New methods and techniques for sensing the wave aberrations in human eyes / M. Lombardo, G. Lombardo // Clinical and Experimental Optometry. – 2009. – Vol. 92, Issue 3. – P. 176-186. – DOI: 10.1111/j.1444-0938.2009.00356.x.
  6. Artal, P. Optics of the eye and its impact in vision: A tutorial / P. Artal // Advances in Optics and Photonics. – 2014. – Vol. 6, Issue 3. – P. 340-367. – DOI: 10.1364/AOP.6.000340.
  7. Ilyasova, N. Computer systems for geometrical analysis of blood vessels diagnostic images // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). – 2014. – Vol. 23, Issue 4. – P. 278-286. – DOI: 10.3103/S1060992X14040110.
  8. Ilyasova, N.Yu. Evaluation of aberrations in the optical system of the human eye based on the spatial spectrum of a diagnostic image / N.Yu. Ilyasova, D.A. Abulkhanov, A.V. Kupriyanov, A.V. Karsakov // CEUR Workshop Proceedings. – 2016. – Vol. 1638. – P. 39-48. – DOI: 10.18287/1613-0073-2016-1638-39-48.
  9. Farah, S.G. Laser in situ keratomileusis: Literature review of a developing technique / S.G. Farah, D.T. Azar, C. Gurdal, J. Wong // Journal of Cataract and Refractive Surgery. – 1998. –Vol. 24, Issue 7. – P. 989-1006. – DOI: 10.1016/S0886-3350(98)80056-4.
  10. Roberts, C. Biomechanics of the cornea and wavefront guided laser refractive surgery // Journal of Refractive Surgеry. – 2002. – Vol. 18, Issue 5. – P. S589-S592. – DOI: 10.3928/1081-597X-20020901-18.
  11. O’Keefe, M. Corneal surgical approach in the treatment of presbyopia / M. O’Keefe, N. O’Keeffe // Journal of Clinical and Experimental Ophthalmology. – 2016. – Vol. 7, Issue 1. – 1000512. – DOI: 10.4172/2155-9570.1000512.
  12. Бахолдин, А.В. Компьютерное моделирование оптической системы глаза человека / А.В. Бахолдин, Н.Ф. Коршикова, Д.Н. Черкасова // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2012. – Т. 55, № 4. – С. 68-73.
  13. Ha, Y. Diffractive optical element for Zernike decomposition / Y. Ha, D. Zhao, Y. Wang, V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, V.A. Soifer // Proceedings of SPIE. – 1998. – Vol. 3557. – P. 191-197. – DOI: 10.1117/12.318300.
  14. Khonina, S.N. Diffractive optical element matched with Zernike basis / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, Y. Wang // Pattern Recognition and Image Analysis. – 2001. – Vol. 11, Issue 2. – P. 442-445.
  15. Khonina, S.N. Zernike phase spatial filter for measuring the aberrations of the optical structures of the eye / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, D.V. Kirsh // Journal of Biomedical Photonics and Engineering. – 2015. – Vol. 1, Issue 2. – P. 146-153. – DOI: 10.18287/jbpe-2015-1-2-146.
  16. Kirilenko, M.S. Wavefront analysis based on Zernike polynomials / M.S. Kirilenko, P.A. Khorin, A.P. Porfirev // CEUR Workshop Proceedings. – 2016. – Vol. 1638. – P. 66-75. – DOI: 10.18287/1613-0073-2016-1638-66-75.
  17. Porfirev, A.P. Experimental investigation of multi-order diffractive optical elements matched with two types of Zernike functions / A.P. Porfirev, S.N. Khonina // Proceedings of SPIE. – 2016. – Vol. 9807. – 98070E. – DOI: 10.1117/12.2231378.
  18. Khorin, P.A. Wavefront aberration analysis with a multi-order diffractive optical element / P.A. Khorin, S.A. Degtyarev // CEUR Workshop Proceedings. – 2017. – Vol. 1900. – P. 28-33. – DOI: 10.18287/1613-0073-2017-1900-28-33.
  19. WaveLight® Oculyzer User’s Manual. Visiometrics, 2012.
  20. Хорин, П.А. Анализ аберраций роговицы человеческого глаза / П.А. Хорин, С.Н. Хонина, А.В. Карсаков, С.Л. Бранчевский // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 6. – С. 810-817. – DOI: 10.18287/0134-2452-2016-40-6-810-817.
  21. Vapnik, V.N. The nature of statistical learning theory / V.N. Vapnik. – 2nd ed. – New York: Springer-Verlag, 2000. – 314 p. – ISBN: 978-0-387-98780-4.
  22. Fukunaga, K. Introduction to statistical pattern recognition / K. Fukunaga. – San Diego: Academic Press, 1990. – 592 p. – ISBN: 0-12-269851-7.
  23. Ilyasova, N. Regions of interest in a fundus image selection technique using the discriminative analysis methods / N. Ilyasova, R. Paringer, A. Kupriyanov. – In book: Computer Vision and Graphics / ed. by L.J. Chmielewski, A. Datta, R. Kozera, K. Wojciechowski. – Springer International Publishing AG, 2016. – P. 408-417. – DOI: 10.1007/978-3-319-46418-3_36
  24. Кутикова, В.В. Исследование методов отбора информативных признаков для задачи распознавания текстурных изображений с помощью масок Лавса / В.В. Кутикова, А.В. Гайдель // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 5. – С. 744-750. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-5-744-750.
  25. Гайдель, А.В. Отбор признаков для задачи диагностики остеопороза по рентгеновским изображениям шейки бедра / А.В. Гайдель, В.Р. Крашенинников // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 6. – С. 939-946. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-939-946.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20