本文關鍵詞：基于渾濁介質成像機制的光纖成像技術研究

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【摘要】：光學成像以其分辨率高而在生物醫(yī)學和材料科學研究等方面得到了廣泛應用。近年來,各種新型光學成像方法不斷涌現(xiàn),以實現(xiàn)超高分辨率成像、穿透渾濁介質成像,如光學相干層析成像、光場調控散射介質成像、雙(多)光子成像、超分辨成像、關聯(lián)成像等。本文主要研究面向多功能內窺鏡的基于渾濁介質成像機制的光纖成像技術。研究了基于渾濁透鏡成像機制的渾濁介質成像技術,實現(xiàn)了多模光纖成像；研究了階關聯(lián)成像理論,和基于關聯(lián)成像的渾濁介質成像、光纖成像技術：還探索了光纖光學相干層析成像(OCT)技術在穿透渾濁介質獲取物體結構信息、生物組織、彩繪文物檢測成像等方面的應用；針對內窺成像在熱療中的應用需求,研究了幾種適合與光纖成像復用的光纖溫度傳感器。具體研究內容如下：(1)基于渾濁透鏡成像(TLI)機制的渾濁介質成像技術。介紹了渾濁透鏡成像原理、渾濁介質的光學傳輸矩陣提取方法和希爾伯特變換相位解調方法等。設計了一個基于TLI的實驗系統(tǒng),提出了一種從散斑干涉條紋中提取相位信息的改進的希爾伯特變換相位解調方法。針對原始圖像中的噪聲對渾濁介質傳輸矩陣提取的影響,提出了一種均值濾波與一維漢寧窗濾波相結合的圖像降噪方法,能有效抑制圖像噪聲,確保了散斑干涉條紋不發(fā)生明顯的畸變。經過對提取的傳輸矩陣的正交性和可重復性的檢驗,不斷調整和優(yōu)化掃描角度、濾波參數等實驗參數,最終實現(xiàn)了分辨率約為5 μm的渾濁介質成像。(2)基于渾濁透鏡成像機制的光纖成像技術。研究了多模光纖的散斑性質,提出了利用多模光纖作為渾濁介質,以TLI實現(xiàn)可用于內窺成像的光纖成像方案。實驗上驗證了多模光纖成像的可行性,不斷改進實驗方法,實現(xiàn)了分辨率約為2.2 μm的光纖成像。光纖端面涂覆多粒徑Si02微球混合薄膜作為渾濁介質,增大了光纖的數值孔徑。(3)可穿透渾濁介質的光纖OCT技術應用。利用1310 nm波段譜域光纖OCT系統(tǒng)成功提取了隱藏在渾濁介質后的物體信息,對彩繪文物、陶瓷、生物組織等進行了檢測分析,得到其內部結構信息。(4)基于二階關聯(lián)成像(GI)的渾濁介質成像和光纖成像技術。介紹了熱光源單臂關聯(lián)成像的基本原理,討論了關聯(lián)成像的對比度、信噪比和成像分辨率,給出了相應的計算方法。設計了一種基于關聯(lián)成像的渾濁介質成像系統(tǒng),并對其成像方法進行了理論分析。利用改進的哈達瑪矩陣生成的照明圖樣進行了仿真計算。相比傳統(tǒng)隨機照明圖像方法,該方法明顯提高了系統(tǒng)的成像質量。在此基礎上,研究了一種實現(xiàn)彩色關聯(lián)成像的方法,并進行了數值模擬,得到了彩色成像�；陉P聯(lián)成像方法,設計了一種適用于內窺成像的多模光纖成像系統(tǒng),結合其特點進行了相應的理論分析,采用數值模擬驗證了其可行性。(5)能與內窺成像相結合的熒光法光纖溫度傳感技術。設計了兩種基于熒光法的塑料光纖溫度傳感器,實驗測得其誤差分別為0.38℃和0.2℃。利用光子晶體光纖微孔內的倏逝波特性,實現(xiàn)了誤差為0.103℃的溫度傳感。本文的研究工作可以為實現(xiàn)高分辨率成像、提高成像質量、內窺成像和溫度傳感的復用技術等提供理論指導和實驗數據支持。
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN253

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