[發(fā)明專利]一種基于深度學習和單根多模光纖的光學內窺鏡成像系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115586630A
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設計）人: 張雷洪;彭偉;朱云峰;徐潤初;吳豐收;崔蕭;張大偉
• 申請（專利權）人: 上海理工大學;中船勘察設計研究院有限公司
• 主分類號: G02B23/24
• 分類號: G02B23/24;G02B23/26
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 佘大鵬

本發(fā)明公開了一種基于深度學習和單根多模光纖的光學內窺鏡成像系統(tǒng)及方法，包括：激光發(fā)射器，所述激光發(fā)射器的光路上依次設置有顯微物鏡、針孔濾波器、第一透鏡、偏振片、第一可調光闌及分束器；所述分束器的一側設置有空間光調制器，另一側沿光路設置有第二可調光闌、第一準直物鏡、多模光纖、第二準直物鏡、第二透鏡及CCD，多模光纖的輸入端和輸出端分別設置有第一準直物鏡與第二準直物鏡，顯微物鏡、針孔濾波器和透鏡1用于對激光器發(fā)出的光進行聚焦、濾波、準直和擴束。根據(jù)本發(fā)明，用來提高多模光纖內窺鏡的成像分辨率，實現(xiàn)復雜圖像在單根多模光纖的高清晰度傳輸。

技術領域

本發(fā)明涉及光學成像的技術領域，特別涉及一種基于深度學習和單根多模光纖的光學內窺鏡成像系統(tǒng)及方法。

背景技術

內窺鏡可以深入組織內部，對人眼難以觀測的區(qū)域進行成像，呈現(xiàn)出體外成像難以檢測的病灶。目前，光學內窺鏡主要采用光纖束作為信息傳輸?shù)妮d體，受到光纖尺寸和偽像素的影響，光纖束內窺鏡的介入性和成像清晰度受到限制。

與直徑相同的單模光纖相比，多模光纖的芯徑通常是單模光纖的數(shù)十倍，可以同時傳輸成多種光學模式。理論上，可以使用幾百微米厚的多模光纖代替幾毫米厚的光纖束，對現(xiàn)有光學內窺鏡無法到達的微小空間成像。但是，受到多模色散的影響，多模光纖輸出端呈現(xiàn)為信息混亂的散斑。在過去，依賴于高精度相位測量的光學方法被用于多模光纖的圖像傳輸研究，并且在生物醫(yī)學領域中取得了一定成果。但是，相位漂移限制了成像精度，導致基于傳統(tǒng)光學方法的多模光纖內窺鏡難以走出實驗室。最近，研究人員提出了一種基于壓縮感知的散斑成像方法，結合單像素成像系統(tǒng)，無需復雜的波前整形，便可以通過多模光纖實現(xiàn)圖像傳輸。但是，壓縮感知算法的成像清晰度依賴于采樣次數(shù)，且每次成像需要獨立計算和預校準。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的不足之處，本發(fā)明的目的是提供一種基于深度學習和單根多模光纖的光學內窺鏡成像系統(tǒng)及方法，用來提高多模光纖內窺鏡的成像分辨率，實現(xiàn)復雜圖像在單根多模光纖的高清晰度傳輸。為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的上述目的和其他優(yōu)點，提供了一種基于深度學習和單根多模光纖的光學內窺鏡成像系統(tǒng)，包括：

激光發(fā)射器，所述激光發(fā)射器的光路上依次設置有顯微物鏡、針孔濾波器、第一透鏡、偏振片、第一可調光闌及分束器；

所述分束器的一側設置有空間光調制器，另一側沿光路設置有第二可調光闌、第一準直物鏡、多模光纖、第二準直物鏡、第二透鏡及 CCD，多模光纖的輸入端和輸出端分別設置有第一準直物鏡與第二準直物鏡。

優(yōu)選的，所述第一準直物鏡與第二準直物鏡用于攜帶有圖像信息的光載波耦合進和耦合出多模光纖，完成圖像信息在多模光纖內部的傳輸。

優(yōu)選的，所述第一透鏡用于使激光擴束、準直、平行傳輸；

所述第二透鏡用于調節(jié)CCD接收的多模光纖輸出端的散斑尺寸。

優(yōu)選的，還包括計算機，所述計算機用于控制光學系統(tǒng)與通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡和圖像-散斑對訓練集學習多模光纖傳輸特性的近似模型，進而從未知散斑中恢復圖像。

優(yōu)選的，空間光調制器選擇數(shù)字微鏡器件。

優(yōu)選的，激光發(fā)射器為波長為632.8nm的He-Ne激光器。

應用于權利要求1所述的一種基于深度學習和單根多模光纖的光學內窺鏡成像系統(tǒng)的光學內窺鏡成像方法，包括以下步驟：

S1、通過激光發(fā)射器發(fā)出632.8nm波長的激光作為實驗光源；

S2、通過顯微物鏡、針孔濾波器和第一透鏡對光源進行聚焦、濾波、準直和擴束；

S3、結合偏振片、分束器和空間光調制器將灰度圖像信息傳輸?shù)郊す獾墓饴飞希?/p>