阅读说明：本技术 一种长距离传送成像光纤装置 (Long-distance transmission imaging optical fiber device ) 是由 何赛灵 吴胜楠 蔡夫鸿 徐展鹏 于 2020-07-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种长距离传送成像光纤装置,包括：感知阵列模块,传输光纤,接收阵列模块；所述感知阵列模块包括若干微纳光纤组成的纤维束和封装模块,所述封装模块将所述若干微纳光纤组成的纤维束进行封装；所述传输光纤两端分别与所述感知阵列模块和所述接收阵列模块一一对应连接；所述接收阵列模块用于接收处理通过所述传输光纤传递的所述感知阵列模块感知的光场信息；所述传输光纤采用单模光纤、多模光纤或保偏光纤,一端通过腐蚀工艺或者拉锥技术以形成上述若干微纳光纤组成的纤维束,紧挨着的相邻微纳光纤之间距决定感知阵列模块的空间分辨率。本发明可通过普通石英光纤便可实现光纤成像,成本较低,可实现高分辨率,制作方法简单。(The invention discloses a long-distance transmission imaging optical fiber device, which comprises: the sensing array module, the transmission optical fiber and the receiving array module; the sensing array module comprises a fiber bundle consisting of a plurality of micro-nano optical fibers and an encapsulation module, and the encapsulation module encapsulates the fiber bundle consisting of the micro-nano optical fibers; two ends of the transmission optical fiber are respectively connected with the sensing array module and the receiving array module in a one-to-one correspondence manner; the receiving array module is used for receiving and processing the light field information sensed by the sensing array module transmitted through the transmission optical fiber; the transmission optical fiber adopts a single mode optical fiber, a multimode optical fiber or a polarization maintaining optical fiber, one end of the transmission optical fiber forms a fiber bundle consisting of the micro-nano optical fibers through a corrosion process or a tapering technology, and the space resolution of the sensing array module is determined by the space between adjacent micro-nano optical fibers. The invention can realize optical fiber imaging through common quartz optical fiber, has lower cost, can realize high resolution and has simple manufacturing method.)

一种长距离传送成像光纤装置

技术领域

本发明涉及光纤成像领域，特别是涉及一种长距离传送成像光纤装置。

背景技术

近年来，如何长距离实现成像成为了一个研究方向，其中单光纤成像由于光纤本身的各项优势成为了一大热点。单光纤成像技术可利用单根光纤传输获取包含二维或三维图像信息的光场，包括强度分布、相位分布和光束波前等信息，近年来在成像机理、成像质量和应用研究等方面都取得了长足的进步，而且由于光纤可以穿过管子或者浸在液体当中，克服了传统光电学器件的缺点，在医学检测、海洋勘测等各方面都有了重要应用。

但目前常见的单光纤成像系统需要购置大量成像光纤，成像光纤(或者叫RGB光纤)，传输波长范围介于可见光到近红外，具有中等和较高的数值孔径（NA），这类光纤直径很细，其结构是将许多一定长度的光纤单丝集合成束，两端的单丝按一一对应关系以高密度排列，经固化研磨后即成为传像束。在传像束一端投射的图像被其中的每根单丝分割成每个不同的像元，分别传送至另一端面再集合成像，目前市面上的成像光纤成本较高，这提高了光纤成像系统的成本（尤其长距离传递带高光谱信息的图像）。

因此，需要一种成像光纤装置，可以实现较高空间分辨率并且不需要采购或定制价格昂贵的长距离特殊成像光纤，并且可以集成到多种成像系统及相关应用中。

发明内容

基于此，本发明提供一种长距离传送成像光纤装置。

本发明提供一种长距离传送成像光纤装置，包括：感知阵列模块，传输光纤，接收阵列模块；所述感知阵列模块包括若干微纳光纤组成的纤维束和封装模块，所述封装模块将所述若干微纳光纤组成的纤维束进行封装；所述传输光纤两端分别与所述感知阵列模块和所述接收阵列模块一一对应连接；所述接收阵列模块用于接收处理通过所述传输光纤传递的所述感知阵列模块感知的光场信息；所述传输光纤采用单模光纤、多模光纤或保偏光纤, 一端通过腐蚀工艺或者拉锥技术以形成上述若干微纳光纤组成的纤维束，紧挨着的相邻微纳光纤之间距决定感知阵列模块的空间分辨率。

在一种可选的实施方式中，所述若干传输光纤可通过管束保护套进行保护，所述管束保护套可由聚氯乙烯等防腐聚合物类材料组成。

在一种可选的实施方式中，所述接收阵列模块可由若干光电传感器、CCD传感器、光谱仪、高光谱成像仪等光信息处理设备组成。

在一种可选的实施方式中，还包括激发光模块，所述激发光模块可由所述传输光纤构成，也可以使用外置光源。

在一种可选的实施方式中，所述外置光源可为可见光波段光源。

在一种可选的实施方式中，当所述感知阵列模块与待成像面有一定距离时，在接收阵列模块处因光场散射形成图像散斑，图像散斑可看作物面光场与传输光纤点扩散函数卷积的结果。

在一种可选的实施方式中，图像散斑可通过两种方法实现图像还原：方法一，对每一已知距离，对已知物面图像信号进行散斑捕获，通过散斑对物面图像解卷积，求出传输光纤点扩散函数随物距的变化关系，从而针对不同的物面图像，实现不同物距下散斑的解卷积还原。点扩散函数的获取方式还可建立在大量多次标定数据下，结合机器学习等人工智能手段，实现点扩散函数的精确测量。方法二，对每一已知距离，图像散斑可以看作物面上每一点在像面形成的散斑之和，每一点形成的散斑之间随物面上不同点的位置而具有相关性。将散斑进行自相关运算，即可保留原图像信息，消除点扩散函数的影响，进而还原出原图像。

在一种可选的实施方式中，还包括激光测距模块。对未知位置的物面，测距模块可以实现相应距离的测量。物面到感知阵列的距离可用于散斑图像的还原分析。

相比于现有技术，本发明提供的一种长距离传送成像光纤装置通过普通的石英光纤便可实现长距离光纤成像，不需要大量高价的成像光纤，成本较低，并且可以通过控制微纳光纤的直径大小提高分辨率，制作方法简单，并且可以集成到多种成像系统及相关应用中，可用于海洋、医学等多个领域。

附图说明

图1为本发明一实施方式的长距离传送成像光纤装置的结构示意图；

图2为本发明一实施方式的长距离传送成像光纤装置感知阵列模块的正视图；

图中，样品面1、激光测距模块2、感知阵列模块3、传输光纤4，接收阵列模块5、激发光模块6、纤维束7、封装模块8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称与另一个元件“连接”或元件被称为“连接至”另一个元件时，它可以直接与另一个元件连接或者也可以存在居中的元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1、2所示，1为样品面，2为激光测距模块，3为感知阵列模块，4为若干传输光纤，5为接收阵列模块，6为激发光模块，7为若干微纳光纤组成的纤维束，8为封装模块。

一种长距离传送成像光纤装置，包括：带有表面保护涂层的感知阵列模块3，若干传输光纤4，接收阵列模块5；所述感知阵列模块3包括内部的若干微纳光纤组成的纤维束7和外部的封装模块8；所述传输光纤4两端分别与所述感知阵列模块3和所述接收阵列模块5连接；所述接收阵列模块5用于接收所述传输光纤4传递的光场信息。所述传输光纤可使用普通的单模光纤、多模光纤或保偏光纤, 它们的一端通过腐蚀工艺或者拉锥技术以形成上述若干微纳光纤组成的纤维束7（紧挨着的相邻微纳光纤之间距决定了感知阵列模块的空间分辨率），在本实施例中，如果选用保偏光纤的话，采用拉锥技术处理保偏光纤以形成外径为20微米的均匀微纳光纤，光的偏振状态可以转化成空间形状上的每个单独的光纤的图像, 对每个光纤的光偏振态的实时监测可以实现高分辨率图像。使用所述封装模块8将所述微纳光纤组成的纤维束7进行封装，所述传输光纤4可使用管束保护套保护，并与所述接收阵列模块5一一对应连接（在长距离传输路途中这些传输光纤的相对空间位置可受环境影响而变化，但不影响它们在始末两端的一一对应关系），所述接收阵列模块5可以接收处理来自所述感知阵列模块3的光场信息。

在一种可选的实施方式中，所述若干传输光纤4可通过管束保护套进行保护，所述管束保护套可由聚氯乙烯等防腐聚合物类材料组成。

在一种可选的实施方式中，所述接收阵列模块5采用若干光电传感器、CCD传感器、光谱仪、高光谱成像仪等光信息处理设备。在本实施例中，使用高光谱成像仪以获取目标的高光谱信息，同时可在某一波长处实现图像还原，实现物面的高光谱探测。

在一种可选的实施方式中，还包括激发光模块6，所述激发光模块6可由所述传输光纤构成，也可以使用外置光源。在本实施例中，所述激发光模块由外置光源构成，所述外置光源为工作波长为650～670nm的激光二极管模块。

在一种可选的实施方式中，所述感知阵列模块3可与待成像面成一定距离，相较于传统装置感知模块必须紧贴待测样品的条件，该方式极大扩展了该装置的工作距离，有利于部分非接触检测需求场合的应用。所述接收阵列模块5通过将捕获的散斑信号解卷积、自相关等运算操作后，实现散斑到原图像的还原。

在本实施例中，所述感知阵列模块3位于水下，所述接收阵列模块5位于地面上，该装置可用于远程测量水下的生物信息。工作时所述感知阵列模块3中的所述若干微纳光纤组成的纤维束7由于半径很小，可使得紧挨着的相邻微纳光纤之间距很小，从而保证了感知阵列模块3较高的空间分辨率，即每一根光纤像一个离散的像素点形成最终的像素图像并通过所述传输光纤4传输到所述接收阵列模块5，即使管束保护套破损时导致所若干传输光纤4变成松散的光线束，也不影响光场信息的获取与处理。

在本实施例中，所述的激发光模块6发光，照亮待测样品面（物面）1。所述的感知阵列模块3距离样品1保持一段距离，该距离通过所述的激光测距模块2测得，记为d。样品1的光场分布记为O(d)，同时所述传输光纤4的点扩散函数记为PSF(d)，对每个不同距离d，所述接收阵列模块5采集到的散斑信号为I(d)。则有如下对应关系：

I(d) = O(d) x PSF(d)，

对任意距离d，事先对应测量不同d下标准样品O(d)对应的标准I(d)，由此标定出任意距离d下对应的PSF(d)。此后对于任意样品的测量，只需测出相应的I(d)，结合PSF(d)进行解卷积运算，即可还原任意样品的光场分布O(d)。通过该解卷积的方法，即可实现一定距离下散斑图像的原物图像还原。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。本发明的保护范围应以所附权利要求书为准。