一种多模光纤的弯曲内窥成像方法及相关设备

本发明涉及光纤成像，尤其涉及一种多模光纤的弯曲内窥成像方法及相关设备。

背景技术：

1、微创和介入手术是当前医学诊疗技术发展的一个重要趋势。光学内窥镜作为微创手术的关键设备，为医生提供实时、精准的影像信息；

2、目前最先进的内窥镜可分为两类：基于光纤束或grin透镜的宽视场内窥镜和基于扫描的单模光纤内窥系统。

3、多模光纤成像技术，能够以单根光纤实现传输上万像素、甚至百万像素的成像效果，解决了内窥成像中超细与高分辨之间的矛盾，通过入射波前优化，使得在多模光纤输出段生成目标照明图案，该方法仅需单次传输矩阵标定的要求带来了成像速度上的优势，降低了成像的时间成本，多模光纤内窥系统适用于常用的自由空间显微技术；目前主流的基于多模光纤内窥成像方法主要依靠调制光纤入射端面波前，在远端出射端面生成扫描衍射受限焦点，并通过收集样品散射光强信息获得图像，其中光学反射率的变化给出物体的结构信息。

4、但是，多模光纤对外界的扰动非常敏感，以基于传输矩阵的成像方法为例，光纤的弯曲直接会导致多模光纤成像出现失真甚至失败；弯曲导致光纤局部结构发生变换，从而使得模间耦合、模间色散特性发生改变；而在柔性内窥技术的应用场景中，光纤不可避免的会随腔道发生较大弯曲，引起传输矩阵的剧烈变化。

5、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种多模光纤的弯曲内窥成像方法、系统、终端及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中多模光纤对外界的扰动敏感，在应用场景中光纤的弯曲会直接对多模光纤成像的质量产生影响的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种多模光纤的弯曲内窥成像方法，所述一种多模光纤的弯曲内窥成像方法包括如下步骤：

3、将光波输入到多模光纤中，控制所述光波对目标成像物体进行照明，得到受多模光纤弯曲扰动影响的原始图像；

4、获取所述多模光纤的参数和所述光波的参数，根据所述多模光纤的参数和所述光波的参数进行建模，得到弥散点扩展函数图像；

5、对所述弥散点扩展函数图像进行主成分分析，得到特征点扩展函数图像以及所述特征点扩展函数图像对应的系数分布；

6、根据所述特征点扩展函数图像和所述特征点扩展函数图像对应的系数分布对所述原始图像进行迭代恢复处理，得到目标图像。

7、可选地，所述的多模光纤的弯曲内窥成像方法，其中，所述的将光波输入到多模光纤中，控制所述光波对目标成像物体进行照明，得到受多模光纤弯曲扰动影响的原始图像，具体包括：

8、通过空间光调制器对所述光波进行波前整形，得到目标光波；

9、在所述多模光纤的远端根据所述目标光波输出不同的照明图案，根据不同的照明图案对所述目标成像物体进行照明，得到所述目标成像物体在不同位置的反射信息；

10、将所述反射信息转化为电信号，并从所述电信号中提取信息形成受多模光纤弯曲扰动影响的原始图像。

11、可选地，所述的多模光纤的弯曲内窥成像方法，其中，所述的获取所述多模光纤的参数和所述光波的参数，根据所述多模光纤的参数和所述光波的参数进行建模，得到弥散点扩展函数图像，具体包括：

12、获取所述多模光纤的指定参数和所述光波的指定参数，根据所述多模光纤的指定参数和所述光波的指定参数进行建模，得到指定参数下的多模光纤的可支持传播模式数和场分布情况；

13、根据所述可支持传播模式数和所述场分布情况计算得到弯曲光纤的传输矩阵与直光纤的传输矩阵，将所述弯曲光纤的传输矩阵与所述直光纤的传输矩阵的逆矩阵相乘，并进行仿真处理得到弥散点扩展函数图像。

14、可选地，所述的多模光纤的弯曲内窥成像方法，其中，所述的根据所述多模光纤的参数和所述光波的参数进行建模，得到弥散点扩展函数图像，之后还包括：

15、将所述弥散点扩展函数图像重新定义为一组正交函数的和，得到目标函数，所述目标函数表示为；

16、将所述原始图像表示为清晰的目标图像与所述目标函数卷积成像的过程，表示为：；

17、其中，为所述目标图像，为所述原始图像，，为所述目标图像的平面坐标，，为所述原始图像的平面的坐标，表示正交的目标函数分量，表示正交的目标函数分量在图像域上的变化，i表示正交的目标函数分量的序数，n表示所述目标函数的数量。

18、可选地，所述的多模光纤的弯曲内窥成像方法，其中，所述的对所述弥散点扩展函数图像进行主成分分析，得到特征点扩展函数图像以及所述特征点扩展函数图像对应的系数分布，具体包括：

19、对所述弥散点扩展函数图像进行基于主成分分析的分解建模，得到分割后的弥散点扩展函数图像；

20、将所述分割后的弥散点扩展函数图像归一化到中心位置并积分，得到所述分割后的弥散点扩展函数图像的中心位置，根据所述中心位置以及所述分割后的弥散点扩展函数图像生成分割后的弥散点扩展函数图像的协方差矩阵；

21、计算所述协方差矩阵的特征值，并对所述特征值进行分解，得到特征点扩展函数图像以及所述特征点扩展函数图像对应的系数分布。

22、可选地，所述的多模光纤的弯曲内窥成像方法，其中，所述的对所述弥散点扩展函数图像进行主成分分析，得到特征点扩展函数图像以及所述特征点扩展函数图像对应的系数分布，之后还包括：

23、将所述特征点扩展函数图像表示为，将所述特征点扩展函数图像对应的系数分布表示为。

24、可选地，所述的多模光纤的弯曲内窥成像方法，其中，所述的根据所述特征点扩展函数图像和所述特征点扩展函数图像对应的系数分布对所述原始图像进行迭代恢复处理，得到目标图像，具体包括：

25、基于卷积成像过程，

26、通过lucy-richardson算法对所述特征点扩展函数图像、所述特征点扩展函数图像对应的系数分布和所述原始图像进行反卷积处理，得到目标图像。

27、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种多模光纤的弯曲内窥成像系统，其中，所述多模光纤的弯曲内窥成像包括：

28、原始图像生成模块，用于将光波输入到多模光纤中，控制所述光波对目标成像物体进行照明，得到受多模光纤弯曲扰动影响的原始图像；

29、点扩展函数生成模块，用于获取所述多模光纤的参数和所述光波的参数，根据所述多模光纤的参数和所述光波的参数进行建模，得到弥散点扩展函数图像；

30、主成分分析模块，用于对所述弥散点扩展函数图像进行主成分分析，得到特征点扩展函数图像以及所述特征点扩展函数图像对应的系数分布；

31、目标图像恢复模块，用于根据所述特征点扩展函数图像和所述特征点扩展函数图像对应的系数分布对所述原始图像进行迭代恢复处理，得到目标图像。

32、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种终端，其中，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的多模光纤的弯曲内窥成像程序，所述多模光纤的弯曲内窥成像程序被所述处理器执行时实现如上所述的多模光纤的弯曲内窥成像方法的步骤。

33、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有多模光纤的弯曲内窥成像程序，所述多模光纤的弯曲内窥成像程序被处理器执行时实现如上所述的多模光纤的弯曲内窥成像方法的步骤。

34、本发明中，将光波输入到多模光纤中，控制光波对目标成像物体进行照明，得到受多模光纤弯曲扰动影响的原始图像；获取多模光纤的参数和光波的参数，根据多模光纤的参数和光波的参数进行建模，得到弥散点扩展函数图像；对弥散点扩展函数图像进行主成分分析，得到特征点扩展函数图像以及特征点扩展函数图像对应的系数分布；根据特征点扩展函数图像和特征点扩展函数图像对应的系数分布对原始图像进行迭代恢复处理，得到目标图像；本发明解决了光纤弯曲会直接对多模光纤成像的质量产生影响的问题，进行图像反卷积优化后其与原始图像的相关系数能够提升10%左右。