一種光學(xué)圖像增強(qiáng)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)圖像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)圖像增強(qiáng)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的光纖已被廣泛應(yīng)用于圖像傳輸領(lǐng)域。例如在醫(yī)學(xué)及工業(yè)領(lǐng)域中使用廣泛的內(nèi)窺鏡，就是采用柔軟光纖傳像束達(dá)到進(jìn)行圖像傳輸?shù)哪康?。傳像束是將多根一定長(zhǎng)度的光纖有規(guī)則地集合成束而達(dá)到能傳遞圖像的纖維光學(xué)元件，每根光纖都有良好的光學(xué)隔離效果，其獨(dú)立傳光面不受鄰近其它光纖的影響，但就一般情況而言，其主要用于傳輸圖像而沒(méi)有光學(xué)增益?，F(xiàn)有的光學(xué)信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)包括:摻雜離子光纖放大器(如摻鉺的EDFA)、激光放大器、半導(dǎo)體光放大器(SOA)、受激拉曼散射光放大器(SRS)以及光參量放大器(OPA)等，其中，受激拉曼散射光放大器(SRS)以及光參量放大器(OPA)可以實(shí)現(xiàn)較高的光學(xué)增益，在生物、醫(yī)學(xué)及遙感領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]圖像增強(qiáng)可以等效于圖像各像素點(diǎn)信號(hào)的同時(shí)增強(qiáng)，利用塊狀非線性晶體的二階非線性效應(yīng)X (2)，可通過(guò)OPA實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)?；诰w的非線性效應(yīng)如三階非線性效應(yīng)X
[3]，如SRS等，也可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)圖像的增強(qiáng)。但塊狀晶體由于長(zhǎng)度的限制，面臨一系列的困難，以塊狀晶體OPA為例，晶體越長(zhǎng)，圖像增益越大；但隨著晶體長(zhǎng)度的增加，常規(guī)OPA器件的接收角度變小，會(huì)引起圖像分辨率的惡化。簡(jiǎn)言之，就是光學(xué)圖像的增益與分辨率不可兼顧。并且，要實(shí)現(xiàn)光學(xué)圖像的增強(qiáng)，需要采用峰值功率較高的脈沖激光，一般是皮秒或飛秒激光，但這樣一來(lái)系統(tǒng)體積、能耗也會(huì)相應(yīng)較高，同時(shí)還將面臨脈沖激光的同步問(wèn)題。此外，由于塊狀晶體的增益需要嚴(yán)格控制相位匹配條件，如晶體的溫度以及角度等，現(xiàn)有OPA光學(xué)圖像增強(qiáng)技術(shù)的實(shí)用化難度較高。而隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，基于非線性光纖的光信號(hào)增強(qiáng)應(yīng)用逐漸廣泛，如光纖參量放大(F0PA)，實(shí)際上是利用三階非線性X (3)的一種四波混頻過(guò)程，通過(guò)強(qiáng)光泵浦作用下的非線性相互作用，信號(hào)光獲得增益同時(shí)產(chǎn)生和信號(hào)光共軛的閑頻光。為了得到盡可能好的增益特性，除采用強(qiáng)泵浦光之外，還可以采用非線性系數(shù)高的光纖。如近些年發(fā)展起來(lái)的一種色散小而非線性系數(shù)高的高非線性光纖(HNLF)就很適合用于光學(xué)信號(hào)放大。
[0004]但由于非線性光纖芯徑的限制，現(xiàn)有的非線性光纖主要應(yīng)用于信號(hào)的傳輸與增強(qiáng)領(lǐng)域，集中于如何在提升信號(hào)增益的同時(shí)兼顧信號(hào)帶寬的問(wèn)題，以滿足波分復(fù)用的帶寬要求，而對(duì)于非線性光纖傳遞圖像并進(jìn)行光學(xué)增強(qiáng)的研究，至今未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]本發(fā)明提供一種光學(xué)圖像增強(qiáng)方法和裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中傳像光纖束與單根非線性光纖均無(wú)法進(jìn)行圖像的光學(xué)增強(qiáng)的技術(shù)問(wèn)題。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種光學(xué)圖像增強(qiáng)方法，包括:
[0009]對(duì)目標(biāo)物成像，得到圖像信號(hào)光；
[0010]利用泵浦激光源產(chǎn)生和發(fā)射泵浦激光，將其與所述圖像信號(hào)光耦合后輸入非線性光纖傳像束，每根光纖對(duì)應(yīng)于圖像的一個(gè)像素點(diǎn)；通過(guò)選擇泵浦激光波長(zhǎng)、圖像信號(hào)光波長(zhǎng)和光纖參數(shù)，使它們滿足非線性光學(xué)過(guò)程的相位匹配條件，輸入微弱圖像各像素點(diǎn)信號(hào)經(jīng)非線性光纖傳像束實(shí)現(xiàn)并行增強(qiáng)；
[0011]將經(jīng)各像素點(diǎn)并行增強(qiáng)之后的圖像信號(hào)光進(jìn)行輸出成像。
[0012]進(jìn)一步地，
[0013]在所述對(duì)目標(biāo)物成像之前還包括:利用信號(hào)光源對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行主動(dòng)照明；
[0014]所述信號(hào)光源為:譜線寬度小于Inm的窄線寬激光；或，譜線寬度為1-1OOnm的激光；或，譜線寬度大于10nm的寬譜激光；所述光源在時(shí)域內(nèi)為連續(xù)波或脈沖分布；
[0015]所述對(duì)目標(biāo)物成像包括:將目標(biāo)物產(chǎn)生的圖像信號(hào)，利用透射式成像；或，利用反射式成像；或，利用透射和反射的組合方式成像；和/或，利用線掃描轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)更大視場(chǎng)范圍成像。
[0016]進(jìn)一步地，
[0017]所述泵浦激光源在時(shí)域內(nèi)為連續(xù)波或脈沖分布；
[0018]所述泵浦激光源為單個(gè)泵浦激光源或兩個(gè)及兩個(gè)以上泵浦激光源；
[0019]所述利用泵浦激光源產(chǎn)生和發(fā)射泵浦激光包括:控制泵浦激光的時(shí)序，對(duì)所述圖像信號(hào)光進(jìn)行距離選通，實(shí)現(xiàn)泵浦光和圖像信號(hào)光的時(shí)間同步。
[0020]進(jìn)一步地，
[0021]所述非線性光纖傳像束采用層疊式或酸溶式形成，采用光參量放大或受激拉曼散射非線性效應(yīng)，輸入與輸出端光纖束逐點(diǎn)--對(duì)應(yīng)；
[0022]所述非線性光纖傳像束中光纖為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖、色散位移光纖、色散補(bǔ)償光纖、色散平坦光纖、高非線性光纖中的一種。
[0023]進(jìn)一步地，
[0024]所述將經(jīng)各像素點(diǎn)并行增強(qiáng)之后的圖像信號(hào)光進(jìn)行輸出成像包括:將經(jīng)各像素點(diǎn)并行增強(qiáng)之后的圖像信號(hào)光進(jìn)行分離，將分離出的泵浦光進(jìn)行反射或收集，分離出的信號(hào)光或閑頻光作為平面圖像輸出成像，并進(jìn)行接收和可視化。
[0025]另一方面，本發(fā)明還提供一種光學(xué)圖像增強(qiáng)裝置，包括:成像單元、耦合增強(qiáng)單元和輸出單元，各單元順序相連，其中:
[0026]成像單元，用于對(duì)目標(biāo)物成像，得到圖像信號(hào)光，輸出至耦合增強(qiáng)單元；
[0027]耦合增強(qiáng)單元，用于利用泵浦激光源產(chǎn)生和發(fā)射泵浦激光，將其與所述圖像信號(hào)光耦合后輸入非線性光纖傳像束，每根光纖對(duì)應(yīng)于圖像的一個(gè)像素點(diǎn)；通過(guò)選擇泵浦激光波長(zhǎng)、圖像信號(hào)光波長(zhǎng)和光纖參數(shù)，使它們滿足非線性光學(xué)過(guò)程的相位匹配條件，輸入微弱圖像各像素點(diǎn)信號(hào)經(jīng)非線性光纖傳像束實(shí)現(xiàn)并行增強(qiáng)；
[0028]輸出單元，用于將經(jīng)各像素點(diǎn)并行增強(qiáng)之后的圖像信號(hào)光進(jìn)行輸出成像。
[0029]進(jìn)一步地，
[0030]所述系統(tǒng)還包括:信號(hào)光照明模塊，用于利用光源對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行主動(dòng)照明，包括信號(hào)光源、信號(hào)光整形鏡和信號(hào)光發(fā)射鏡；所述信號(hào)光源為:譜線寬度小于Inm的窄線寬激光；或，譜線寬度為1-1OOnm的激光；或，譜線寬度大于10nm的寬譜激光；所述信號(hào)光源在時(shí)域內(nèi)為連續(xù)波或脈沖分布；
[0031]所述成像單元包括:
[0032]輸入成像鏡頭，包括:成像透鏡，用于將目標(biāo)物產(chǎn)生的圖像信號(hào)利用透射式成像；或，反射鏡，用于利用反射式成像；或，成像透鏡和反射鏡的任意組合；和/或，線掃描轉(zhuǎn)鏡，用于利用掃描轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)更大視場(chǎng)范圍成像。
[0033]進(jìn)一步地，
[0034]所述耦合增強(qiáng)單元包括:
[0035]泵浦激光模塊，用于利用泵浦激光源產(chǎn)生和發(fā)射泵浦激光，包括泵浦激光源、泵浦激光整形鏡、用于將泵浦光傳輸至輸入稱合模塊的泵浦激光發(fā)射鏡、偏振態(tài)控制器以及時(shí)序控制器；所述泵浦激光源在時(shí)域內(nèi)為連續(xù)波或脈沖分布；所述泵浦激光源為單個(gè)泵浦激光源或兩個(gè)及兩個(gè)以上泵浦激光源；所述時(shí)序控制器，用于通過(guò)控制泵浦激光的時(shí)序，對(duì)所述圖像信號(hào)光進(jìn)行距離選通，實(shí)現(xiàn)泵浦光和圖像信號(hào)光的時(shí)間同步；
[0036]所述耦合增強(qiáng)單元還包括:
[0037]輸入耦合模塊，用于將泵浦激光與所述圖像信號(hào)光實(shí)現(xiàn)耦合，然后輸入非線性光纖傳像束輸入模塊；
[0038]非線性光纖傳像束輸入模塊，用于將耦合后的輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)各個(gè)像素點(diǎn)分布投射。
[0039]進(jìn)一步地，
[0040]所述耦合增強(qiáng)單元還包括:非線性光纖傳像束，用于實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)光的各像素點(diǎn)并行增強(qiáng)；
[0041]所述非線性光纖傳像束采用層疊式或酸溶式形成，利用光參量放大或受激拉曼散射非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)增強(qiáng)，輸入與輸出端光纖束逐點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)；
[0042]所述非線性光纖傳像束中光纖為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖、色散位移光纖、色散補(bǔ)償光纖、色散平坦光纖、高非線性光纖中的一種。
[0043]進(jìn)一步地,所述輸出單元包括:
[0044]非線性光纖傳像束輸出模塊，用于將經(jīng)各像素點(diǎn)并行增強(qiáng)之后的圖像信號(hào)光進(jìn)行輸出，得到信號(hào)光和閑頻光，及剩余的泵浦光；
[0045]圖像信號(hào)選擇模塊，用于將經(jīng)各像素點(diǎn)并行增強(qiáng)之后的信號(hào)光和閑頻光進(jìn)行分離，得到信號(hào)光或閑頻光；
[0046]泵浦光收集模塊，包括光束收集器或反射鏡，用于將分離出的泵浦光進(jìn)行反射或收集；
[0047]輸出成像鏡頭，用于將輸出的平面圖像成像；
[0048]帶通濾波模塊，用于對(duì)成像后的平面圖像進(jìn)行帶通濾波；
[0049]圖像接收模塊，用于對(duì)帶通濾波后的平面圖像進(jìn)行接收和可視化。
[0050](三)有益效果
[0051]可見(jiàn)，在本發(fā)明提出的一種光學(xué)圖像增強(qiáng)方法和裝置中，可以將光學(xué)圖像對(duì)應(yīng)各像素點(diǎn)進(jìn)行分布投射，逐點(diǎn)分割，再利用非線性光纖傳像束實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)的傳輸，同時(shí)對(duì)各點(diǎn)圖像進(jìn)行信號(hào)增強(qiáng)。相較于現(xiàn)有技術(shù)中的單根光纖的信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)，具有更廣泛的實(shí)用價(jià)值。
[0052]另外，本發(fā)明采用非線性光纖傳像束代替了現(xiàn)有技術(shù)中的塊狀非線性晶體進(jìn)行多點(diǎn)圖像增強(qiáng)，分辨率由非線性光纖直徑與排布方式?jīng)Q定，同時(shí)由于光纖束的作用距離可以達(dá)到公里級(jí)，降低了對(duì)泵浦激光的能量要求，從而解決了圖像信號(hào)增益與橫向分辨率不可兼得的問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合了柔軟光纖傳像束的傳像特性與非線性光纖具有的光學(xué)增益特性，可以實(shí)現(xiàn)微弱圖像信號(hào)的光學(xué)增強(qiáng)，以及對(duì)微弱圖像信號(hào)的探測(cè)和遠(yuǎn)距離傳輸，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性，降低了系統(tǒng)的整體復(fù)雜度。
【附圖