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人眼不是一个完善的屈光系统,其角膜和晶状体存在着各种像差,包括球差、慧差、像散、场曲、畸变、色差以及其他高级像差。目前现有的视力检测设备绝大多数仍然仅对人眼像差中离焦和像散等低级像差进行测量,并据此对人眼光学系统进行矫正。屈光矫正的实质就是矫正人眼像差,只不过通常用经典的各种屈光矫正方法矫正的仅仅是人眼的低级像差。要使人眼视觉质量得到根本提高,还需要矫正高级像差。本文讨论了使用最广泛的哈特曼传感器测量波前像差,哈特曼传感器测量波前像差的原理是:用一系列的微透镜阵列把波前划分为若干个子孔径,光通过这些子孔径在透镜阵列的焦平面上形成一系列的焦点。测量存在像差的波前时,这些焦点的位置相对于理想波前时的焦点的位置有一个移动,把所有子孔径上的焦点的变化都测量出来,通过波前拟合算法就可以计算得到入射波前,从而得到波前像差。目前常用的波前拟合算法就是使用Zernike多项式。Zernike多项式是F.Zernike在1934年构造的,Zernike多项式是互为正交、线性无关的,而且可以唯一的、归一化描述系统圆形孔径的波前边界。另外,Zernike多项式很容易与Seidel像差项对应,为有选择地单独处理各像差系数、优化系数提供了有利的手段。Seidel像差是明确的去描述光学性质的,它是非正交的。Zernike多项式是算术处理Seidel像差进行正交化的结果。当多项式序列转换为正交后,每个多项式不能完全描述物理性质。在低次项中,Seidel像差和Zernike项是非常类似的。因此,Seidel像差是接近正交的,而高次的Zernike项是经过调整后达到正交。由于整个波阵面是用Zernike进行拟和的,所以Zemike多项式的每一项的系数对成像的质量都有影响。如果Zemike展开多项式系数是归一化的,则各项的均方根(WRMS)波前误差由其系数给定。人眼视觉质量的好坏与Zemike各项像差有直接关系。研究表明,当整个眼睛的像差处于低水平时,Zernike各项像差对视功能的影响存在差异。而解决这种差异对实现个性化的屈光手术和个性化的接触镜矫正非常重要。