[发明专利]基于单根多模光纤的内窥成像系统及方法

说明书

为解决现有内窥成像技术存在的探头尺寸较大，难以满足应用要求，以及采用聚焦光斑扫描成像时，由于逐点扫描、多次迭代计算、反复访问外设、形成批量聚焦光斑所用时间长的技术问题，本发明提供一种基于单根多模光纤的内窥成像系统及方法。该系统包括照明系统、光场测量系统和计算机处理系统；照明系统包括依次设置的激光器、光衰减器、准直扩束镜和第一线偏振片；光场测量系统包括分束镜、参考臂、物光臂、第二线偏振片和相机；参考臂由光学移相器构成；物光臂包括聚焦物镜和单根多模光纤；计算机处理系统用于控制光学移相器和相机，并通过相移干涉方法对干涉光场进行解调，得到物光的复光波电场，并成像。

技术领域

本发明涉及内窥成像技术，具体涉及一种基于单根多模光纤的内窥成像系统及方法。

背景技术

内窥镜因其可通过狭小腔体对内部目标物成像，而被广泛应用于医学和工业领域的成像及检测。目前主流的医学内窥镜是基于光纤束系统或者复杂的机械扫描系统，照明光路与传像光路分离，导致探头尺寸较大，难以满足现代医学在微创、无创疾病诊断和治疗中对小尺寸探头的要求；同样，目前的工业内窥镜也需要超细的内窥探头。

多模光纤具有多个空间模式，可并行传输信息，因此被认为具有用来成像的潜力；同时，由于其直径较小，因此其有望代替传统内窥镜，从而开发出超细的光纤内窥镜。

然而，目前有三个重要因素限制多模光纤用作内窥成像介质：

其一，当光波耦合进多模光纤后，由于模式色散作用，光波在其中被随机调制，输出光场为散斑光场；

其二，由于光纤制造缺陷及形变等不确定性因素的存在，造成多模光纤的光传输特性发生显著改变，进一步加剧了光波的随机调制程度；

其三，要实现多模光纤内窥成像，光波须在光纤中往返传输两次，使光波的随机调制程度加倍。

如何克服以上问题，从而实现利用单根多模光纤成像，是实现单根多模光纤内窥成像的基础。

目前，主要运用聚焦光斑扫描成像方法来实现单根多模光纤成像。其原理是通过调制光纤入射光场，在光纤出射端端形成聚焦光斑，成像时利用聚焦光斑对目标物体扫描采样，再根据成像模型，重建目标物体。现有的多模光纤光斑聚焦方法通常存在多次迭代计算、反复访问外设、形成批量聚焦光斑所需时间长等问题。此外，聚焦光斑扫描成像方法是点扫描成像方法，在采集图像时须对目标物体进行逐点扫描，因此存在采集图像速度慢，采集图像耗时长的缺点。

发明内容

为解决现有光纤内窥成像技术存在的探头尺寸较大，难以满足应用要求，以及采用聚焦光斑扫描成像时，由于逐点扫描、多次迭代计算、反复访问外设、形成批量聚焦光斑所用时间长的技术问题，本发明提供一种基于单根多模光纤的内窥成像系统及方法，利用单根多模光纤做探头，由于探头直径小，可进入狭小腔体对目标物成像；并利用宽场成像方法，采集目标物图像时无需进行扫描操作，因此具有采集图像耗时短的优点。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案如下：

一种基于单根多模光纤的内窥成像系统，其特征在于，包括照明系统、光场测量系统和计算机处理系统；

所述照明系统用于提供线偏振激光光源，包括依次设置的激光器、光衰减器、准直扩束镜和第一线偏振片；

所述光场测量系统为干涉光路，包括分束镜、参考臂、物光臂、第二线偏振片和相机；

所述分束镜用于将照明系统输出的激光光源分为第一光束和第二光束；

所述参考臂由光学移相器构成，用于向分束镜提供参考光；

所述物光臂包括聚焦物镜和单根多模光纤；

所述聚焦物镜将所述第一光束聚焦耦合后经所述单根多模光纤照射被测目标物；