本文選題：單根多模光纖 + 數(shù)字掃描成像��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：病理學(xué)和微創(chuàng)外科手術(shù)要求具有微小探頭的內(nèi)窺鏡深入人體組織內(nèi)部,實現(xiàn)細胞級成像,促使內(nèi)窺鏡向著光纖化、小型化和高分辨方向發(fā)展�，F(xiàn)有的單模光纖內(nèi)窺鏡,采用單光纖成像時需在探測端增加機械掃描裝置,采用光纖束成像時光纖束探頭體積較大,受纖芯間距的影響成像分辨率不高。因此,單模光纖成像技術(shù)限制了光纖探頭的小型化和高分辨。單根多模光纖能夠并行傳輸多個物理量,探頭尺寸小,能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域成像。研究單根多模光纖成像技術(shù)對內(nèi)窺鏡發(fā)展具有重要的理論價值和實際意義�，F(xiàn)有多模光纖掃描成像方法的抗噪聲能力較差,未完全脫離機械掃描方式,如何實現(xiàn)無透鏡、無機械掃描機構(gòu)的多模光纖聚焦光斑數(shù)字掃描成像是一個重要的科學(xué)問題�，F(xiàn)有多模光纖聚焦光斑整形方法需要多次迭代、計算量大,一次優(yōu)化只能形成一個聚焦光斑,如何實現(xiàn)一種無迭代的批量聚焦光斑整形是一個亟待解決的科學(xué)問題。采用多模光纖內(nèi)部光束作為參考光,部分區(qū)域參考光缺失,稱為盲斑,影響聚焦光斑的質(zhì)量。消除盲斑、消除液晶空間光調(diào)制器產(chǎn)生的移相誤差、對液晶空間光調(diào)制器子區(qū)域劃分和理想光斑聚焦范圍進行優(yōu)化是另一個重要的科學(xué)問題。本文針對上述問題開展研究工作,主要研究內(nèi)容如下:(1)提出單根多模光纖聚焦光斑數(shù)字掃描成像方法。根據(jù)非相干成像理論和模糊介質(zhì)傳輸矩陣理論,建立多模光纖聚焦光斑數(shù)字掃描成像模型。采用基于高斯-賽德爾迭代的成像模型求解方法實現(xiàn)圖像重建。設(shè)計多模光纖聚焦光斑數(shù)字掃描成像系統(tǒng),通過液晶空間光調(diào)制器對多模光纖輸入光場進行調(diào)制,在多模光纖出射端形成掃描聚焦光斑,用于多模光纖數(shù)字掃描成像。該方法無需機械掃描機構(gòu),具有光纖化、小型化和高分辨的優(yōu)點。(2)提出基于自適應(yīng)并行坐標(Adaptive Parallel Coordinate,APC)算法的多模光纖聚焦光斑整形方法,用于多模光纖批量聚焦光斑整形。根據(jù)光場模態(tài)分解思想和模糊介質(zhì)理論,建立基于自適應(yīng)并行坐標算法的多模光纖聚焦光斑整形方法數(shù)學(xué)模型。采用在線干涉場采集和離線相位優(yōu)化方式,計算量小、無迭代運算,一次優(yōu)化可形成批量聚焦光斑。解決了其它聚焦光斑整形方法計算量大、需迭代運算、一次優(yōu)化只能形成一個聚焦光斑的問題,大大縮短了聚焦光斑整形時間。與自適應(yīng)順序坐標上升算法(Sequence Coordinate Ascent,SCA)的對比實驗表明,APC算法的聚焦光斑整形質(zhì)量與SCA算法相同,APC算法形成100個聚焦光斑的時間是SCA算法的1/64,聚焦光斑數(shù)量越多,APC算法的優(yōu)勢越明顯。(3)提出基于互補參考模態(tài)的盲斑消除方法,采用遺傳算法快速尋找最優(yōu)的互補參考模態(tài),解決了盲斑導(dǎo)致聚焦光斑質(zhì)量差的問題。分析液晶空間光調(diào)制器在移相過程中產(chǎn)生的誤差,選擇消除線性移相誤差的移相算法。優(yōu)化液晶空間光調(diào)制器子區(qū)域劃分方式和理想光斑聚焦范圍,通過理論分析和實驗得到上述參數(shù)的最優(yōu)解,提高了聚焦光斑質(zhì)量。(4)建立單根多模光纖聚焦光斑數(shù)字掃描成像系統(tǒng),研究系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)標定方法。利用基于自適應(yīng)并行坐標算法的多模光纖聚焦光斑整形方法形成批量掃描聚焦光斑,對標準分辨率板進行掃描和圖像重建,視場范圍為50μm直徑的圓形區(qū)域,工作距為60μm,系統(tǒng)實際分辨率為2.19μm,接近系統(tǒng)理論分辨率2.07μm,測量時間約為隨機光斑采樣方法的0.45倍。分析了被測物體位置和采樣平面軸向偏移對系統(tǒng)分辨率的影響。
[Abstract]:A multi - mode optical fiber focusing spot shaping method has the important theoretical value and practical significance . This paper presents a mathematical model of multi - mode fiber focusing spot shaping based on adaptive parallel coordinate algorithm , which is based on adaptive parallel coordinate algorithm .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;R443.8

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本文編號：1935254