本發(fā)明屬于光學散射成像。

背景技術：

1、多模光纖由于其模態(tài)置亂經常被看做一種散射介質。而波前整形技術的發(fā)展實現了對波前的調控，以至于在光纖的輸出端聚焦光。然而，當光纖受到一些環(huán)境影響時(如：光纖彎曲、溫度變化等)，模式之間易發(fā)生干涉和耦合，光纖輸出端的焦點并不能保持原有的形狀，使其在穿透更深散射介質中成像時難以實現。因此亟需發(fā)展一種新的技術來有效的克服多模光纖易受干擾的缺陷。

技術實現思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題是：如何解決背景技術中提到的在穿透更深散射成像時，多模光纖容易受到環(huán)境影響的問題，提供一種實現強抗干擾、損傷小以及更深深度的成像裝置。由于多模光纖體積小，并且能夠以很小的角度彎曲，所以我們將多模光纖嵌入進硬性鋼管當中，一端用于插入生物組織的不同深度中以進行成像。而多模光纖中存在模式耦合和模式色散，當光通過多模光纖傳輸時，模態(tài)置亂會使圖像在多模光纖中傳播時失真，即在多模光纖的輸出端觀察到散斑。這會給實際的成像中帶來一些挑戰(zhàn)。而波前整形技術可以有效的補償這種影響，通過傳輸矩陣或者迭代波前整形可以在光纖的輸出端的任何位置產生所需的衍射極限的焦點。通過在數字微鏡器件上疊加傾斜相位光柵，實現焦點對光纖遠端的物體光柵掃描，并記錄通過光纖返回的光的總強度來實現基于光柵掃描成像。硬性鋼針管結合多模光纖可以很好地克服其易受環(huán)境擾動的問題，有望在醫(yī)學內窺鏡領域實現強抗干擾、損傷小以及更深深度的成像。

2、本發(fā)明所采用的技術方案是：一種穿透更深散射介質的成像方法，通過將光纖插入硬性鋼管當中形成硬性多模光纖10，然后搭建基于傳輸矩陣和硬性光纖探針實現穿透更深散射介質的硬性多模光纖成像裝置或者基于非侵入迭代反饋波前整形和硬性光纖探針實現穿透更深散射介質的硬性多模光纖成像裝置，將硬性多模光纖10作為探針插入不同的深度范圍的待掃描體11內進行掃描實現對待掃描體11不同的深度范圍掃描成像；基于傳輸矩陣和硬性光纖探針實現穿透更深散射介質的硬性多模光纖成像裝置包括連續(xù)激光器1、擴束器2、數字微鏡器件3、第一透鏡4、孔徑光闌5、第二透鏡6、反射鏡7、二向色鏡8、第一顯微物鏡9、硬性多模光纖10、第二顯微物鏡12、第三透鏡13、第一面陣光電探測器14、第四透鏡15、第二面陣光電探測器16、電腦17，數字微鏡器件3連接電腦17，連續(xù)激光器1發(fā)出的激光經擴束器2擴束后傳輸至數字微鏡器件3上進行調制，經過數字微鏡器件3調制的激光順序經過第一透鏡4、孔徑光闌5、第二透鏡6，孔徑光闌5濾除衍射一級光之外的光，第一透鏡4和第二透鏡6組成的4f系統(tǒng)將光經過反射鏡7反射和二向色鏡8透射后共軛到第一顯微物鏡9的入瞳，第一顯微物鏡9將光耦合進硬性多模光纖10中，第二顯微物鏡12接收硬性多模光纖10傳來的光并將光經過第三透鏡13后聚到第一面陣光電探測器14，第一面陣光電探測器14記錄接收到的光信號并傳送給電腦17，硬性多模光纖10作為探針時，在待掃描體11內激發(fā)的熒光經由硬性多模光纖10收集形成熒光散斑經過第一顯微物鏡9后，被二向色鏡8反射進入第四透鏡15被聚到第二面陣光電探測器16，第二面陣光電探測器16記錄接收到的光信號并傳送給電腦17，電腦17利用反卷積或者相位恢復算法實現重建，獲得待掃描體11掃描成像，改變硬性多模光纖10在待掃描體11內的深度獲得待掃描體11不同的深度范圍掃描成像；基于非侵入迭代反饋波前整形和硬性光纖探針實現穿透更深散射介質的硬性多模光纖成像裝置包括連續(xù)激光器1、擴束器2、數字微鏡器件3、第一透鏡4、孔徑光闌5、第二透鏡6、反射鏡7、二向色鏡8、第一顯微物鏡9、硬性多模光纖10、第四透鏡15、第二面陣光電探測器16、電腦17，數字微鏡器件3連接電腦17，連續(xù)激光器1發(fā)出的激光經擴束器2擴束后傳輸至數字微鏡器件3上進行調制，經過數字微鏡器件3調制的激光順序經過第一透鏡4、孔徑光闌5、第二透鏡6，孔徑光闌5濾除衍射一級光之外的光，第一透鏡4和第二透鏡6組成的4f系統(tǒng)將光經過反射鏡7反射和二向色鏡8透射后共軛到第一顯微物鏡9的入瞳，第一顯微物鏡9將光耦合進硬性多模光纖10中，硬性多模光纖10作為探針插入待掃描體11內激發(fā)的熒光經由硬性多模光纖10收集形成熒光散斑經過第一顯微物鏡9后，被二向色鏡8反射進入第四透鏡15被聚到第二面陣光電探測器16，第二面陣光電探測器16記錄接收到的光信號并傳送給電腦17，將第二面陣光電探測器16記錄的光信號中的熒光散斑信號作為反饋進行迭代以形成聚焦點，利用聚焦點對待掃描體11進行光柵掃描成像，獲得待掃描體11掃描成像，改變硬性多模光纖10在待掃描體11內的深度獲得待掃描體11不同的深度范圍掃描成像。

3、基于傳輸矩陣和硬性光纖探針實現穿透更深散射介質的硬性多模光纖成像裝置獲得待掃描體11掃描成像具體包括如下步驟

4、步驟一、選擇hardmard(矩陣)基對目標(數字微鏡器件)空間波前進行調制，其分辨率參數為n×n，移相步數

5、步驟二、在步驟一調制的基礎上，計算生成分辨率為n×n的hardmard調制基，生成分辨率為n×n的多步相移模式；

6、步驟三、將步驟二生成的多步相移模式疊加到步驟二生成的n×n的hardmard調制基上，產生最終的個自干涉的編碼模式；

7、步驟四、將步驟三產生的個移相后的編碼模式順序加載到數字微鏡器件3上，此時數字微鏡器件3的總微鏡數設置為512×512，對目標空間波前進行調制，由孔徑光闌5濾除衍射一級，由第一透鏡4和第二透鏡6組成的4f系統(tǒng)將光束直徑縮小為原來的3/4，使光束直徑能夠匹配物鏡的入瞳直徑，通過第一顯微物鏡9將激光耦合進硬性多模光纖10當中，光纖出來的散斑通過第二顯微物鏡12以及第三透鏡13收集進校準階段的第一面陣光電探測器14中，共采集個對應的散斑強度iout，最后結合四步相移公式解出輸出光場eout；根據eout＝tein，將傳輸矩陣t解出來，至此系統(tǒng)校準階段已完成；

8、步驟五、根據步驟四中計算出的傳輸矩陣t，對其求共軛轉置可以在輸出平面的任意位置得到聚焦焦點甚至多個聚焦焦點；

9、步驟六、成像階段，系統(tǒng)校準之后，即在硬性多模光纖的輸出端放置熒光染色的待掃描體11，利用步驟五生成的聚焦點并在數字微鏡器件3上疊加傾斜相位光柵實現對熒光染色的待掃描體11不同位置的焦點照明，熒光光被激光焦點激發(fā)，激發(fā)后的熒光通過硬性多模光纖10被光纖近端的第二面陣光電探測器16收集，并利用反卷積或者相位恢復算法對物體進行重建，由于該光纖不易受環(huán)境擾動，該光纖探針可以利用焦點在待掃描體11內移動并在不同的深度范圍進行光柵掃描成像。

10、基于非侵入迭代反饋波前整形和硬性光纖探針實現穿透更深散射介質的硬性多模光纖成像裝置獲得待掃描體11掃描成像具體包括如下步驟

11、步驟一：電腦17控制數字微鏡器件3調制入射光場的波前相位，由孔徑光闌5濾除衍射一級外的光，由第一透鏡4和第二透鏡6組成的4f系統(tǒng)將光束直徑縮小為原來的3/4，使光束直徑能夠匹配第一顯微物鏡9的入瞳直徑，之后第一顯微物鏡9將激光耦合進硬性多模光纖10中；

12、步驟二：硬性多模光纖10的出射光場激發(fā)待掃描體11內的熒光目標，被激發(fā)的熒光反向通過硬性多模光纖10形成熒光散斑，由光纖近端的第二面陣光電探測器16記錄熒光散斑；

13、步驟三：電腦17運行迭代優(yōu)化算法，優(yōu)化的指標為記錄的熒光散斑的對比度其中σ(i)為面陣光電探測器上的散斑圖案的標準差，為面陣光電探測器上的散斑圖案的均值；

14、步驟四：在達到預設的迭代次數后，迭代優(yōu)化算法停止迭代，在迭代過程開始前完成迭代次數的設定，此時優(yōu)化后的入射光場在硬性多模光纖后非侵入式地產生初始熒光焦點作為“導星”；

15、步驟五：在實現非侵入式聚焦后，迭代優(yōu)化算法停止迭代，通過在數字微鏡器件3上疊加傾斜相位光柵，傾斜入射光場，實現焦點在待掃描體11內的高效掃描，掃描后得到的反向散射光由硬性多模光纖10進行收集，并由第二面陣光電探測器16記錄對應的熒光散斑，并對熒光散斑利用相位恢復算法或者反卷積算法實現對目標的重建，在不同的深度范圍實現掃描成像。

16、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中將多模光纖置于硬性細鋼管中形成硬性多模光纖來避免其易受環(huán)境的影響。本發(fā)明搭建基于傳輸矩陣和硬性光纖探針實現穿透更深散射介質的硬性多模光纖成像裝置或者基于非侵入迭代反饋波前整形和硬性光纖探針實現穿透更深散射介質的硬性多模光纖成像裝置，實現了待掃描體不同的深度范圍掃描成像，是一種具有強抗干擾、損傷小以及更深深度的成像。