CN109031915A - 一种获取多模光纤成像传输矩阵的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种获取多模光纤成像传输矩阵的方法及系统，通过在多模光纤出射端面和物体标靶之间引入分束镜，分别将物体标靶成像到多模光纤之前的第一成像模块和多模光纤之后的第二成像模块上，然后分别与参考光进行干涉，通过全息算法计算出物体反射光未经多模光纤的复光场图像和经过多模光纤后被光纤扰乱的复光场图像。通过移动物体标靶，记录下N个不同位置时第一成像模块和第二成像模块上对应的N幅全息图，然后利用全息算法恢复得到N幅对应不同位置的光场信息，计算出多模光纤成像的传输矩阵。本发明只需要移动物体标靶就可以计算出多模光纤成像的传输矩阵，操作简单，容易实现，避免了重复移动多模光纤带来的一系列问题。
Description
技术领域
本发明涉及基于多模光纤的模式特性实现光学成像的技术领域，更具体地，涉及一种获取多模光纤成像传输矩阵的方法及系统。
背景技术
多模光纤能同时传递成千上万个模式，在这么多个独立的空间模式中进行并行的信息传递，采用单根多模光纤来代替光纤束进行成像，可以在获得良好的像素密度的前提下，大大减少光纤镜头的直径，从而增加了光纤内窥镜的可接入性。在多模光纤成像过程中，会产生复杂的模式而且会产生畸变，成像系统是一个线性的但空间变换的系统，物体平面处不同点的点扩散函数不同，因此用传输矩阵的方式来描述从物体平面到成像平面的点扩散函数。而且与传统的传输模式的成像系统不同的是，成像通常在反射模式下进行，如内窥镜成像，而且会在照明光在光纤内传输到物体和物体反射的光经过光纤传输到成像平面的两个过程中都会产生失真。因此，激光在多模光纤中传输时可能产生的不规则照明也需要关注。
传统得到均匀光照明的方法是改变入射激光的发射角，例如在光纤端面处倾斜或补偿入射光波，在这种激光入射的条件下，几乎可以激发光纤内的所有模式，当足够多的光纤模式被激发，则耦合的光场可以近似被看作是均匀光照明。简单来说，就是在入射激光在入射的时候不同的入射角下物体所获得的照明光是不同的，因此通过传输矩阵反算出的图像也是不同的。在某一个入射角的条件下，反算出的物体图像是不清晰的。因此通过取很多个入射角，每个入射角反算出不同的图像，把这些图像叠加后取平均，就可以得到较为清晰的图像。这种方法通过取很多个不同的入射角取平均，可以近似地实现均匀光照明，这样就消除了激光入射到多模光纤从多模光纤一端传输到物体平面过程中所产生的畸变。
基于现在的多模光纤传输矩阵测量方案，为了获得均匀光照明，需要不断改变入射激光的入射角，甚至需要改变几千次入射角，每次改变入射角的变化不大，对实验仪器精度要求比较高，最重要的是在改变激光耦合进多模光纤的入射角时，多模光纤的位置也要改变，需要重复几千次光纤耦合的步骤，这对于空间光纤耦合来说是很难操作的，需要耗费大量的时间和精力。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有多模光纤传输矩阵测量方案需要改变激光耦合进多模光纤的入射角，且多模光纤的位置也要改变，需要重复几千次光纤耦合的步骤，这对于空间光纤耦合来说是很难操作的，需要耗费大量的时间和精力的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种获取多模光纤成像传输矩阵的方法，包括以下步骤：
产生一束单色的线性极化的高斯光束；将所述高斯光束分成两束，分别为信号光和参考光；将所述参考光分为两束，分别为第一束参考光和第二束参考光；多模光纤的两端分别为第一光纤端面和第二光纤端面；
将所述信号光聚焦后从第一光纤端面耦合进入多模光纤，从第二光纤端面射出，准直后投射到物体标靶；将投射到物体标靶的信号光由物体标靶反射后，分成两束，分别为第一束反射信号光和第二束反射信号光；
将第一束反射信号光聚焦后从第二光纤端面耦合进入多模光纤，从第一光纤端面射出，再聚焦后成像到第一成像模块上；将所述第一束参考光成像到第一成像模块上，所述第一束反射信号光与第一束参考光在所述第一成像模块中产生干涉，得到第一全息图；
将第二束反射信号光聚焦后成像到第二成像模块上；将所述第二束参考光成像到第二成像模块上，所述第二束反射信号光与第二束参考光在所述第二成像模块中产生干涉，得到第二全息图；所述第一全息图相比第二全息图多一次多模光纤的传输；
通过所述第一全息图和第二全息图确定多模光纤的传输矩阵。
可选地，设Ui为第一全息图对应的图像幅度和相位信息，Uo为第二全息图对应的图像幅度和相位信息，所述多模光纤的传输矩阵通过如下公式确定：Tb＝Ui*Uo -1，Tb为多模光纤的传输矩阵。
需要说明的是，Ui包括原始反射信号光的信息和传输矩阵信息(多模光纤传输矩阵)，Uo仅包括原始反射信号光的信息，因此可将Ui理解为像平面中的信息，Uo理解为物平面中的信息，还可将Tb理解为物平面到像平面的传输矩阵。
可选地，设所述物体标靶上物体图像的振幅和相位信息为一个(m×n)个像素单元的复数矩阵，将(m×n)个像素单元的复数的矩阵，转化为一个(mn)×1的列矩阵，m为物体图像像素单元的行数，n为物体图像像素单元的列数；
通过改变物体标靶的位置mn次，分别得到mn个第一全息图和mn个第二全息图；
所述mn个第一全息图对应mn个(mn)×1的第一列矩阵，将所述mn个(mn)×1的第一列矩阵组合成一个(mn)×(mn)的方阵Ui；
所述mn个第二全息图对应mn个(mn)×1的第二列矩阵，将所述mn个(mn)×1的第二列矩阵组合成一个(mn)×(mn)的方阵Uo；
所述多模光纤的传输矩阵通过如下公式确定：Tb＝Ui*Uo -1，Tb为多模光纤的传输矩阵。
第二方面，本发明提供一种获取多模光纤成像传输矩阵的系统，包括：激光器、扩束器、偏振分束镜、第一反射镜、第一分束器、第二反射镜、第二分束器、第一成像模块、第一透镜、第三分束器、第一显微物镜、多模光纤、第二显微物镜、第四分束器、物体标靶、第二透镜、第五分束器、第二成像模块；
所述激光器产生一束单色的线性极化的高斯光束；
所述高斯光束经扩束器和偏振分束器后分成两束，分别为信号光和参考光；
所述参考光经过第一分束器分为两束，分别为第一束参考光和第二束参考光；所述多模光纤的两端分别为第一光纤端面和第二光纤端面；
所述信号光经过第二分束器和第一显微物镜聚焦后从第一光纤端面耦合进入多模光纤，从第二光纤端面射出，经过第二显微物镜准直后，投射到所述物体标靶，投射到物体标靶的信号光由物体标靶反射后，经过第三分束器分成两束，分别为第一束反射信号光和第二束反射信号光；
第一束反射信号光通过第二显微物镜聚焦后从第二光纤端面耦合进入多模光纤，从第一光纤端面射出，再经由第一显微物镜和第一透镜聚焦后，通过第四分束器成像到第一成像模块上，所述第一束参考光通过第一反射镜和第四分束器成像到第一成像模块上，所述第一束反射信号光与第一束参考光在所述第一成像模块中产生干涉，得到第一全息图；
第二束反射信号光经由第二透镜聚焦后，通过第五分束器成像到第二成像模块上，所述第二束参考光通过第二反射镜和第五分束器成像到第二成像模块上，所述第二束反射信号光与第二束参考光在所述第二成像模块中产生干涉，得到第二全息图；所述第一全息图相比第二全息图多一次多模光纤的传输，所述第一全息图和第二全息图可用于确定多模光纤的传输矩阵。
其中，本发明所使用的激光器可以为氦氖激光器。
可选地，该系统还包括：第一偏振控制器、空间滤波器；所述激光器产生的高斯光束先经过第一偏振控制器，然后再经过空间滤波器后入射到扩束器；所述第一偏振控制器用于调整所述高斯光束的偏振态；所述空间滤波器用于对所述高斯光束进行滤波。
可选地，该系统还包括：第三反射镜；所述参考光先经过所述第三反射镜反射后再入射到所述第一分束器，然后经过第一分束器分为两束；所述第三反射镜、第一反射镜和第二反射镜用于调整所述第一束参考光和第二束参考光的传播路线，使得所述第一束参考光和第二束参考光分别入射到第四分束器和第五分束器。
可选地，该系统还包括：第二偏振控制器和第三偏振控制器；
所述第二偏振控制器处于第一束反射信号光的光路中，用于调整第一束反射信号光的偏振态；
所述第三偏振控制器处于第二束反射信号光的光路中，用于调整第二束反射信号光的偏振态。
可选地，设Ui为第一全息图对应的图像幅度和相位信息，Uo为第二全息图对应的图像幅度和相位信息，所述多模光纤的传输矩阵通过如下公式确定：Tb＝Ui*Uo -1，Tb为多模光纤的传输矩阵。
可选地，设所述物体标靶上物体图像的振幅和相位信息为一个(m×n)个像素单元的复数矩阵，将(m×n)个像素单元的复数的矩阵，转化为一个(mn)×1的列矩阵，m为物体图像像素单元的行数，n为物体图像像素单元的列数；
改变物体标靶的位置mn次，分别得到mn个第一全息图和mn个第二全息图；
所述mn个第一全息图对应mn个(mn)×1的第一列矩阵，将所述mn个(mn)×1的第一列矩阵组合成一个(mn)×(mn)的方阵Ui；
所述mn个第二全息图对应mn个(mn)×1的第二列矩阵，将所述mn个(mn)×1的第二列矩阵组合成一个(mn)×(mn)的方阵Uo；
所述多模光纤的传输矩阵通过如下公式确定：Tb＝Ui*Uo -1，Tb为多模光纤的传输矩阵。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供的通过扫描物体图像信息，利用数字全息算法进而求解多模光纤传输矩阵的方法，大大简化了原有技术的操作难度，只需要移动物体标靶就可以计算出多模光纤成像的传输矩阵，操作简单，容易实现，避免了重复移动多模光纤带来的一系列问题，可以使用自动化仪器进行控制，大大缩短了实验时间。
附图说明
图1为本发明提供的获取多模光纤成像传输矩阵系统的光路图；
图2为本发明提供的多模光纤成像的实验光路图；
图3为本发明提供的多模光纤成像的流程图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：1为氦氖激光器，2为第一偏振控制器，3为空间滤波器，4为扩束器，5为偏振分束器，6为第三反射镜，7为第一分束器，8为第二反射镜，9为第一反射镜，10为第四分束器，11为第一成像模块，12为第一透镜，13为第二偏振控制器，14为第二分束器，15为第一显微物镜，16为多模光纤，161为第一光纤端面，162为第二光纤端面，17为第二显微物镜，18为第三分束器，19为物体标靶，20为第二透镜，21为第三偏振控制器，22为第五分束器，23为第二成像模块，24为第五反射镜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明提供的获取多模光纤成像传输矩阵系统的光路图。如图1所示，包括：氦氖激光器1，第一偏振控制器2，空间滤波器3，扩束器4，偏振分束器5，第三反射镜6，第一分束器7，第二反射镜8，第一反射镜9，第四分束器10，第一成像模块11，第一透镜12，第二偏振控制器13，第二分束器14，第一显微物镜15，多模光纤16，第一光纤端面161，第二光纤端面162，第二显微物镜17，第三分束器18，物体标靶19，第二透镜20，第三偏振控制器21，第五分束器22，第二成像模块23。
氦氖激光器1产生一束单色的线性极化的高斯光束，经过偏振控制器2，空间滤波器3和扩束器4后，由偏振分束器5分成两束，一束为信号光，一束为参考光，信号光经过分束器14和显微物镜15聚焦后从第一光纤端面161耦合进入多模光纤16，从第二光纤端面162射出，通过显微物镜17准直后，传输到物体标靶19。照明光由物体标靶反射后，经过分束器18分成两束光。一束通过显微物镜17聚焦后从第二光纤端面162耦合进入多模光纤16，并传输到第一光纤端面161，再经由显微物镜15和透镜12等成像到第一成像模块11上，与由偏振分束器5产生的参考光干涉，得到全息图。
分束器18分出的另一束光通过透镜20等成像到第二成像模块23上与由偏振分束镜5产生的参考光干涉，得到全息图。
具体地，全息图以干涉条纹的形式存在，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来，可以通过全息算法分离出干涉图样中的振幅和相位信息，即得到物体标靶反射光进入多模光纤前(即第二成像模块处)和经过多模光纤后(即第一成像模块处)的图像信息。
在均匀照明的情况下成像平面上得到的像可以表示为Ui＝Tb*Uo，其中Ui为第一成像模块上采到的全息图通过全息算法得到的图像振幅和相位信息，Uo为第二成像模块上采到的全息图通过全息算法得到的图像振幅和相位信息，Tb为物平面到像平面的传输矩阵。
我们在已知Uo和Ui的光场信息情况下，利用公式Tb＝Ui*Uo -1即可得到多模光纤成像的传输矩阵。而且传输矩阵是由光学系统决定的，不受物体性质的影响。因此，如果知道多模光纤的传输矩阵Tb，可以通过反演运算来得到任何一个物体的复反射特性，随之得到它的幅度和相位信息。
上述计算传输矩阵的前提是在均匀光照明情况下实现的，由于获得均匀光照明的操作比较复杂，工作量非常大。因此我们避开了均匀光照明的问题，把物体图像信息经过多模光纤后的光场分布分析为物体图像上每一个点经过多模光纤后的光场分布的叠加，即点扩散函数，假设该物体图像信息为一个m×n个像素单元的复数矩阵，要求出传输矩阵Tb，需要mn列线性无关的Uo和Ui。
因此，可以把物体标靶固定在可以二维移动的安装座上，通过改变物体标靶的位置，使照明光照射到物体标靶的不同位置上，记录下不同位置时第一成像模块和第二成像模块上对应的全息图，通过数字全息算法计算出物体反射光经过多模光纤前(即第一成像模块处)和经过多模光纤后(即第二成像模块处)的物体图像信息。该图像信息是一个复振幅分布矩阵，包含物体图像的振幅和相位信息。把这个m×n的矩阵，转化为一个(mn)×1的列矩阵。每次改变物体标靶的位置，我们都可以在第一成像模块和第二成像模块处得到一个(mn)×1的列矩阵，通过改变物体标靶mn次，可以在第一成像模块和第二成像模块上分别得到mn个(mn)×1的列矩阵，将这mn个列矩阵组合成一个(mn)×(mn)的方阵，这样就得到Uo和Ui，其中Ui为第一成像模块上采到的全息图通过全息算法得到的图像振幅和相位信息，Uo为第二成像模块上采到的全息图通过全息算法得到的图像振幅和相位信息，Tb为物平面到像平面的传输矩阵。通过公式Tb＝Ui*Uo -1计算出多模光纤成像的传输矩阵。
其中，tx,y表示Tb中的矩阵元素，Ui(x,y)表示Ui中的矩阵元素，Uo(x,y)表示Uo中的矩阵元素，1≤x≤mn，1≤y≤mn。
本发明提供了一种简单易操作的方法，对多模光纤成像传输矩阵进行计算。传输矩阵的计算是实现多模光纤成像的关键步骤，从多模光纤中射出的携带有物体信息的光，与同频率的参考光产生干涉，在成像模块上得到全息图，然后从全息图中提取出物体的幅度和相位信息，然后再通过多模光纤成像传输矩阵，反算出物体的图像。
图2为本发明提供的多模光纤成像的实验光路图。在利用图1所示的系统计算出多模光纤的传输矩阵后，可以直接利用多模光纤的传输矩阵反解物体的图像信息。如图2所示，多模光纤的成形光路包括：氦氖激光器1，第一偏振控制器2，空间滤波器3，扩束器4，偏振分束器5，第三反射镜6，第一反射镜9，第四分束器10，第一成像模块11，第一透镜12，第二偏振控制器13，第二分束器14，第一显微物镜15，多模光纤16，第一光纤端面161，第二光纤端面162，物体标靶19，第五反射镜24。
氦氖激光器1产生一束单色的线性极化的高斯光束，经过偏振控制器2，空间滤波器3和扩束器4后，由偏振分束器5分成两束，一束为信号光，一束为参考光，信号光经过分束器14和显微物镜15聚焦后从第一光纤端面161耦合进入多模光纤，从第二光纤端面162射出传输到物体标靶19。照明光由物体标靶反射后从第二光纤端面162耦合进入多模光纤16，并传输到第一光纤端面161，再经由显微物镜15、透镜12和分束器10成像到第一成像模块11上，与由偏振分束器5产生的参考光干涉，得到全息图。
其中，偏振分束器5产生的参考光通过第五反射镜24和第一反射镜9，再经由分束器10成像到第一成像模块11。
在图2中第一成像模块11上记录下多模光纤的出射光与参考光干涉的全息图，利用数字全息算法计算出从多模光纤射出的畸变的物体图像信息，再乘以传输矩阵的逆矩阵，就可以恢复出原始的物体图像信息。
计算出多模光纤成像的传输矩阵后，通过如图3步骤就可以还原出物体的信息。图3为本发明提供的多模光纤成像的流程图；如图3所示，包括：
产生一束单色的线性极化的高斯光束；
通过分光镜等透镜将所述高斯光束分成两束，分别为信号光(光束1)和参考光(光束2)；
将所述信号光聚焦后从第一光纤端面耦合进入多模光纤，从第二光纤端面射出，准直后投射到物体标靶；
信号光被物体标靶反射；
由物体标靶反射后从第二光纤端面耦合进入多模光纤，从第一光纤端面射出；
通过透镜等镜片聚焦后成像到成像模块上；
将参考光成像到成像模块上，所述信号光与参考光在成像模块中产生干涉，得到全息图；
还原从多模光纤射出的图像，即确定全息图对应的图像振幅和相位信息；
利用传输矩阵还原物体图像信息，即若全息图对应的图像振幅和相位信息为Ui，传输矩阵为Tb，则还原的物体图像信息Uo为Uo＝Tb -1*Ui。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种获取多模光纤成像传输矩阵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
产生一束单色的线性极化的高斯光束；将所述高斯光束分成两束，分别为信号光和参考光；将所述参考光分为两束，分别为第一束参考光和第二束参考光；多模光纤的两端分别为第一光纤端面和第二光纤端面；
将所述信号光聚焦后从第一光纤端面耦合进入多模光纤，从第二光纤端面射出，准直后投射到物体标靶；将投射到物体标靶的信号光由物体标靶反射后，分成两束，分别为第一束反射信号光和第二束反射信号光；
将第一束反射信号光聚焦后从第二光纤端面耦合进入多模光纤，从第一光纤端面射出，再聚焦后成像到第一成像模块上；将所述第一束参考光成像到第一成像模块上，所述第一束反射信号光与第一束参考光在所述第一成像模块中产生干涉，得到第一全息图；
将第二束反射信号光聚焦后成像到第二成像模块上；将所述第二束参考光成像到第二成像模块上，所述第二束反射信号光与第二束参考光在所述第二成像模块中产生干涉，得到第二全息图；所述第一全息图相比第二全息图多一次多模光纤的传输；
通过所述第一全息图和第二全息图确定多模光纤的传输矩阵。
2.根据权利要求1所述的获取多模光纤成像传输矩阵的方法，其特征在于，设Ui为第一全息图对应的图像幅度和相位信息，Uo为第二全息图对应的图像幅度和相位信息，所述多模光纤的传输矩阵通过如下公式确定：Tb＝Ui*Uo -1，Tb为多模光纤的传输矩阵。
3.根据权利要求1或2所述的获取多模光纤成像传输矩阵的方法，其特征在于，设所述物体标靶上物体图像的振幅和相位信息为一个(m×n)个像素单元的复数矩阵，将(m×n)个像素单元的复数的矩阵，转化为一个(mn)×1的列矩阵，m为物体图像像素单元的行数，n为物体图像像素单元的列数；
通过改变物体标靶的位置mn次，分别得到mn个第一全息图和mn个第二全息图；
所述mn个第一全息图对应mn个(mn)×1的第一列矩阵，将所述mn个(mn)×1的第一列矩阵组合成一个(mn)×(mn)的方阵Ui；
所述mn个第二全息图对应mn个(mn)×1的第二列矩阵，将所述mn个(mn)×1的第二列矩阵组合成一个(mn)×(mn)的方阵Uo；
所述多模光纤的传输矩阵通过如下公式确定：Tb＝Ui*Uo -1，Tb为多模光纤的传输矩阵。
4.一种获取多模光纤成像传输矩阵的系统，其特征在于，包括：激光器、扩束器、偏振分束镜、第一反射镜、第一分束器、第二反射镜、第二分束器、第一成像模块、第一透镜、第三分束器、第一显微物镜、多模光纤、第二显微物镜、第四分束器、物体标靶、第二透镜、第五分束器、第二成像模块；
所述激光器产生一束单色的线性极化的高斯光束；
所述高斯光束经扩束器和偏振分束器后分成两束，分别为信号光和参考光；
所述参考光经过第一分束器分为两束，分别为第一束参考光和第二束参考光；所述多模光纤的两端分别为第一光纤端面和第二光纤端面；
所述信号光经过第二分束器和第一显微物镜聚焦后从第一光纤端面耦合进入多模光纤，从第二光纤端面射出，经过第二显微物镜准直后，投射到所述物体标靶，投射到物体标靶的信号光由物体标靶反射后，经过第三分束器分成两束，分别为第一束反射信号光和第二束反射信号光；
第一束反射信号光通过第二显微物镜聚焦后从第二光纤端面耦合进入多模光纤，从第一光纤端面射出，再经由第一显微物镜和第一透镜聚焦后，通过第四分束器成像到第一成像模块上，所述第一束参考光通过第一反射镜和第四分束器成像到第一成像模块上，所述第一束反射信号光与第一束参考光在所述第一成像模块中产生干涉，得到第一全息图；
第二束反射信号光经由第二透镜聚焦后，通过第五分束器成像到第二成像模块上，所述第二束参考光通过第二反射镜和第五分束器成像到第二成像模块上，所述第二束反射信号光与第二束参考光在所述第二成像模块中产生干涉，得到第二全息图；所述第一全息图相比第二全息图多一次多模光纤的传输，所述第一全息图和第二全息图可用于确定多模光纤的传输矩阵。
5.根据权利要求4所述的获取多模光纤成像传输矩阵的系统，其特征在于，还包括：第一偏振控制器和空间滤波器；
所述激光器产生的高斯光束先经过第一偏振控制器，然后再经过空间滤波器后入射到扩束器；
所述第一偏振控制器用于调整所述高斯光束的偏振态；
所述空间滤波器用于对所述高斯光束进行滤波。
6.根据权利要求4所述的获取多模光纤成像传输矩阵的系统，其特征在于，还包括：第三反射镜；
所述参考光先经过所述第三反射镜反射后再入射到所述第一分束器，然后经过第一分束器分为两束；
所述第三反射镜、第一反射镜和第二反射镜用于调整所述第一束参考光和第二束参考光的传播路线，使得所述第一束参考光和第二束参考光分别入射到第四分束器和第五分束器。
7.根据权利要求4所述的获取多模光纤成像传输矩阵的系统，其特征在于，还包括：第二偏振控制器和第三偏振控制器；
所述第二偏振控制器处于第一束反射信号光的光路中，用于调整第一束反射信号光的偏振态；
所述第三偏振控制器处于第二束反射信号光的光路中，用于调整第二束反射信号光的偏振态。
8.根据权利要求4至7任一项所述的获取多模光纤成像传输矩阵的系统，其特征在于，设Ui为第一全息图对应的图像幅度和相位信息，Uo为第二全息图对应的图像幅度和相位信息，所述多模光纤的传输矩阵通过如下公式确定：Tb＝Ui*Uo -1，Tb为多模光纤的传输矩阵。
9.根据权利要求4至7任一项所述的获取多模光纤成像传输矩阵的系统，其特征在于，设所述物体标靶上物体图像的振幅和相位信息为一个(m×n)个像素单元的复数矩阵，将(m×n)个像素单元的复数的矩阵，转化为一个(mn)×1的列矩阵，m为物体图像像素单元的行数，n为物体图像像素单元的列数；
改变物体标靶的位置mn次，分别得到mn个第一全息图和mn个第二全息图；
所述mn个第一全息图对应mn个(mn)×1的第一列矩阵，将所述mn个(mn)×1的第一列矩阵组合成一个(mn)×(mn)的方阵Ui；
所述mn个第二全息图对应mn个(mn)×1的第二列矩阵，将所述mn个(mn)×1的第二列矩阵组合成一个(mn)×(mn)的方阵Uo；
所述多模光纤的传输矩阵通过如下公式确定：Tb＝Ui*Uo -1，Tb为多模光纤的传输矩阵。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109445089A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-08 | 浙江大学 | 一种基于高速波前调制的多模光纤三维成像装置及方法 |
| CN109683342A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-26 | 浙江大学 | 基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置及其光斑校正方法 |
| CN111248841A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-09 | 北京邮电大学 | 一种基于低秩约束的多模光纤内窥镜成像系统 |
| CN112711030A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-27 | 武汉光目科技有限公司 | 一种显微镜面阵扫频测量装置和方法 |
| CN114967104A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-08-30 | 浙江大学 | 一种基于光场调控的传像束大视场三维成像装置及其方法 |
| CN117017168A (zh) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 一种多模光纤的弯曲内窥成像方法及相关设备 |
| WO2024057440A1 (ja) * | 2022-09-14 | 2024-03-21 | 日本電信電話株式会社 | 光計測装置及び光計測方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013188520A2 (en) * | 2012-06-12 | 2013-12-19 | Yale University | Multimode optical fiber spectrometer |
| US20160345813A1 (en) * | 2015-05-28 | 2016-12-01 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Endoscope |
-
2018
- 2018-08-01 CN CN201810863975.5A patent/CN109031915B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013188520A2 (en) * | 2012-06-12 | 2013-12-19 | Yale University | Multimode optical fiber spectrometer |
| US20160345813A1 (en) * | 2015-05-28 | 2016-12-01 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Endoscope |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘国栋等: "单根多模光纤数字扫描成像方法", 《红外与激光工程》 * |
| 贺正权: "单光纤成像技术", 《中国激光》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109445089A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-08 | 浙江大学 | 一种基于高速波前调制的多模光纤三维成像装置及方法 |
| CN109683342A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-26 | 浙江大学 | 基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置及其光斑校正方法 |
| CN109445089B (zh) * | 2018-12-25 | 2020-01-31 | 浙江大学 | 一种基于高速波前调制的多模光纤三维成像装置及方法 |
| CN109683342B (zh) * | 2018-12-25 | 2020-11-03 | 浙江大学 | 基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置及其光斑校正方法 |
| CN111248841A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-09 | 北京邮电大学 | 一种基于低秩约束的多模光纤内窥镜成像系统 |
| CN112711030A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-27 | 武汉光目科技有限公司 | 一种显微镜面阵扫频测量装置和方法 |
| CN114967104A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-08-30 | 浙江大学 | 一种基于光场调控的传像束大视场三维成像装置及其方法 |
| WO2024057440A1 (ja) * | 2022-09-14 | 2024-03-21 | 日本電信電話株式会社 | 光計測装置及び光計測方法 |
| CN117017168A (zh) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 一种多模光纤的弯曲内窥成像方法及相关设备 |
| CN117017168B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-02-27 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 一种多模光纤的弯曲内窥成像方法及相关设备 |
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