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(shí)現(xiàn)細(xì)胞級(jí)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(shí)需在探測(cè)端增加機(jī)械掃描裝置,采用光纖束成像時(shí)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(gè)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(duì)內(nèi)窺鏡發(fā)展具有重要的理論價(jià)值和實(shí)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(jī)械掃描方式,如何實(shí)現(xiàn)無(wú)透鏡、無(wú)機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)的多模光纖聚焦光斑數(shù)字掃描成像是一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題�，F(xiàn)有多模光纖聚焦光斑整形方法需要多次迭代、計(jì)算量大,一次優(yōu)化只能形成一個(gè)聚焦光斑,如何實(shí)現(xiàn)一種無(wú)迭代的批量聚焦光斑整形是一個(gè)亟待解決的科學(xué)問(wèn)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(chēng)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(duì)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(jìn)行優(yōu)化是另一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題。本文針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展研究工作,主要研究?jī)?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?yán)碚?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?tīng)柕某上衲Ｐ颓蠼夥椒▽?shí)現(xiàn)圖像重建。設(shè)計(jì)多模光纖聚焦光斑數(shù)字掃描成像系統(tǒng),通過(guò)液晶空間光調(diào)制器對(duì)多模光纖輸入光場(chǎng)進(jìn)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(wú)需機(jī)械掃描機(jī)構(gòu),具有光纖化、小型化和高分辨的優(yōu)點(diǎn)。(2)提出基于自適應(yīng)并行坐標(biāo)(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(chǎng)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(biāo)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(chǎng)采集和離線相位優(yōu)化方式,計(jì)算量小、無(wú)迭代運(yùn)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(jì)算量大、需迭代運(yùn)算、一次優(yōu)化只能形成一個(gè)聚焦光斑的問(wèn)題,大大縮短了聚焦光斑整形時(shí)間。與自適應(yīng)順序坐標(biāo)上升算法(Sequence Coordinate Ascent,SCA)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)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(gè)聚焦光斑的時(shí)間是SCA算法的1/64,聚焦光斑數(shù)量越多,APC算法的優(yōu)勢(shì)越明顯。(3)提出基于互補(bǔ)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(bǔ)參考模態(tài),解決了盲斑導(dǎo)致聚焦光斑質(zhì)量差的問(wèn)題。分析液晶空間光調(diào)制器在移相過(guò)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(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)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(biāo)定方法。利用基于自適應(yīng)并行坐標(biāo)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)分辨率板進(jìn)行掃描和圖像重建,視場(chǎng)范圍為50μm直徑的圓形區(qū)域,工作距為60μm,系統(tǒng)實(shí)際分辨率為2.19μm,接近系統(tǒng)理論分辨率2.07μm,測(cè)量時(shí)間約為隨機(jī)光斑采樣方法的0.45倍。分析了被測(cè)物體位置和采樣平面軸向偏移對(duì)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41;R443.8

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本文編號(hào)：1935254