[發(fā)明專利]一種基于深度學(xué)習(xí)和單根多模光纖的光學(xué)內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210921754.5
• 申請(qǐng)日: 2022-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115586630A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雷洪;彭偉;朱云峰;徐潤(rùn)初;吳豐收;崔蕭;張大偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué);中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G02B23/24
• 分類號(hào): G02B23/24;G02B23/26
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31312
• 代理人: 佘大鵬

1.一種基于深度學(xué)習(xí)和單根多模光纖的光學(xué)內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，其特征在于，包括：

激光發(fā)射器(1)，沿所述激光發(fā)射器(1)的光路上依次設(shè)置有顯微物鏡(2)、針孔濾波器(3)、第一透鏡(4)、偏振片(5)、第一可調(diào)光闌(6)及分束器(7)；

所述分束器(7)的一側(cè)設(shè)置有空間光調(diào)制器(8)，另一側(cè)沿光路設(shè)置有第二可調(diào)光闌(9)、第一準(zhǔn)直物鏡(10)、多模光纖(11)、第二準(zhǔn)直物鏡(12)、第二透鏡(13)及CCD(14)，多模光纖(11)的輸入端和輸出端分別設(shè)置有第一準(zhǔn)直物鏡(10)與第二準(zhǔn)直物鏡(12)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)和單根多模光纖的光學(xué)內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一準(zhǔn)直物鏡(10)與第二準(zhǔn)直物鏡(12)用于攜帶有圖像信息的光載波耦合進(jìn)和耦合出多模光纖，完成圖像信息在多模光纖內(nèi)部的傳輸。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于深度學(xué)習(xí)和單根多模光纖的光學(xué)內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡(4)用于使激光擴(kuò)束、準(zhǔn)直、平行傳輸；

所述第二透鏡(13)用于調(diào)節(jié)CCD(14)接收的多模光纖輸出端的散斑尺寸。

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于深度學(xué)習(xí)和單根多模光纖的光學(xué)內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于控制光學(xué)系統(tǒng)與通過(guò)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像-散斑對(duì)訓(xùn)練集學(xué)習(xí)多模光纖傳輸特性的近似模型，進(jìn)而從未知散斑中恢復(fù)圖像。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)和單根多模光纖的光學(xué)內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，其特征在于，空間光調(diào)制器(8)選擇數(shù)字微鏡器件。

6.如權(quán)利要求5所述的一種基于深度學(xué)習(xí)和單根多模光纖的光學(xué)內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，其特征在于，激光發(fā)射器(1)為波長(zhǎng)為632.8nm的He-Ne激光器。

7.應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)和單根多模光纖的光學(xué)內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)的光學(xué)內(nèi)窺鏡成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、通過(guò)激光發(fā)射器(1)發(fā)出632.8nm波長(zhǎng)的激光作為實(shí)驗(yàn)光源；

S2、通過(guò)顯微物鏡(2)、針孔濾波器(3)和第一透鏡(4)對(duì)光源進(jìn)行聚焦、濾波、準(zhǔn)直和擴(kuò)束；

S3、結(jié)合偏振片(5)、分束器(7)和空間光調(diào)制器(8)將灰度圖像信息傳輸?shù)郊す獾墓饴飞希?/p>

S4、在多模光纖(11)輸入端使用第一準(zhǔn)直物鏡(10)將光學(xué)信息耦合進(jìn)多模光纖，在光纖輸出端使用第二準(zhǔn)直物鏡(12)將圖光學(xué)信息耦合出多模光纖，完成光學(xué)信息在多模光纖中的傳輸；

S5、多模光纖(11)輸出端的散斑通過(guò)第二透鏡(13)采集，然后成像到CCD(14)相機(jī)上；

S6、通過(guò)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)CCD(14)采集到的大量圖像對(duì)應(yīng)的多模光纖(11)輸出端的散斑，形成圖像-散斑對(duì)訓(xùn)練集；

S7、將圖像-散斑對(duì)訓(xùn)練集送入全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，獲取多模光纖(11)傳輸特性的近似模型；

S8、利用權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)繼續(xù)采集散斑，送入訓(xùn)練好的模型中恢復(fù)圖像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖像在單根多模光纖中的高清晰度傳輸。