一种光学图像增强方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学图像技术领域，尤其涉及一种光学图像增强方法和装置。
【背景技术】
[0002]常规的光纤已被广泛应用于图像传输领域。例如在医学及工业领域中使用广泛的内窥镜，就是采用柔软光纤传像束达到进行图像传输的目的。传像束是将多根一定长度的光纤有规则地集合成束而达到能传递图像的纤维光学元件，每根光纤都有良好的光学隔离效果，其独立传光面不受邻近其它光纤的影响，但就一般情况而言，其主要用于传输图像而没有光学增益。现有的光学信号增强技术包括:掺杂离子光纤放大器(如掺铒的EDFA)、激光放大器、半导体光放大器(SOA)、受激拉曼散射光放大器(SRS)以及光参量放大器(OPA)等，其中，受激拉曼散射光放大器(SRS)以及光参量放大器(OPA)可以实现较高的光学增益，在生物、医学及遥感领域具有广阔的应用前景。
[0003]图像增强可以等效于图像各像素点信号的同时增强，利用块状非线性晶体的二阶非线性效应X (2)，可通过OPA实现图像增强。基于晶体的非线性效应如三阶非线性效应X
[3]，如SRS等，也可以实现光学图像的增强。但块状晶体由于长度的限制，面临一系列的困难，以块状晶体OPA为例，晶体越长，图像增益越大；但随着晶体长度的增加，常规OPA器件的接收角度变小，会引起图像分辨率的恶化。简言之，就是光学图像的增益与分辨率不可兼顾。并且，要实现光学图像的增强，需要采用峰值功率较高的脉冲激光，一般是皮秒或飞秒激光，但这样一来系统体积、能耗也会相应较高，同时还将面临脉冲激光的同步问题。此外，由于块状晶体的增益需要严格控制相位匹配条件，如晶体的温度以及角度等，现有OPA光学图像增强技术的实用化难度较高。而随着光纤通信技术的发展，基于非线性光纤的光信号增强应用逐渐广泛，如光纤参量放大(F0PA)，实际上是利用三阶非线性X (3)的一种四波混频过程，通过强光泵浦作用下的非线性相互作用，信号光获得增益同时产生和信号光共轭的闲频光。为了得到尽可能好的增益特性，除采用强泵浦光之外，还可以采用非线性系数高的光纤。如近些年发展起来的一种色散小而非线性系数高的高非线性光纤(HNLF)就很适合用于光学信号放大。
[0004]但由于非线性光纤芯径的限制，现有的非线性光纤主要应用于信号的传输与增强领域，集中于如何在提升信号增益的同时兼顾信号带宽的问题，以满足波分复用的带宽要求，而对于非线性光纤传递图像并进行光学增强的研究，至今未见相关报道和应用。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明提供一种光学图像增强方法和装置，以解决现有技术中传像光纤束与单根非线性光纤均无法进行图像的光学增强的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供一种光学图像增强方法，包括:
[0009]对目标物成像，得到图像信号光；
[0010]利用泵浦激光源产生和发射泵浦激光，将其与所述图像信号光耦合后输入非线性光纤传像束，每根光纤对应于图像的一个像素点；通过选择泵浦激光波长、图像信号光波长和光纤参数，使它们满足非线性光学过程的相位匹配条件，输入微弱图像各像素点信号经非线性光纤传像束实现并行增强；
[0011]将经各像素点并行增强之后的图像信号光进行输出成像。
[0012]进一步地，
[0013]在所述对目标物成像之前还包括:利用信号光源对目标物进行主动照明；
[0014]所述信号光源为:谱线宽度小于Inm的窄线宽激光；或，谱线宽度为1-1OOnm的激光；或，谱线宽度大于10nm的宽谱激光；所述光源在时域内为连续波或脉冲分布；
[0015]所述对目标物成像包括:将目标物产生的图像信号，利用透射式成像；或，利用反射式成像；或，利用透射和反射的组合方式成像；和/或，利用线扫描转镜实现更大视场范围成像。
[0016]进一步地，
[0017]所述泵浦激光源在时域内为连续波或脉冲分布；
[0018]所述泵浦激光源为单个泵浦激光源或两个及两个以上泵浦激光源；
[0019]所述利用泵浦激光源产生和发射泵浦激光包括:控制泵浦激光的时序，对所述图像信号光进行距离选通，实现泵浦光和图像信号光的时间同步。
[0020]进一步地，
[0021]所述非线性光纤传像束采用层叠式或酸溶式形成，采用光参量放大或受激拉曼散射非线性效应，输入与输出端光纤束逐点--对应；
[0022]所述非线性光纤传像束中光纤为标准单模光纤、色散位移光纤、色散补偿光纤、色散平坦光纤、高非线性光纤中的一种。
[0023]进一步地，
[0024]所述将经各像素点并行增强之后的图像信号光进行输出成像包括:将经各像素点并行增强之后的图像信号光进行分离，将分离出的泵浦光进行反射或收集，分离出的信号光或闲频光作为平面图像输出成像，并进行接收和可视化。
[0025]另一方面，本发明还提供一种光学图像增强装置，包括:成像单元、耦合增强单元和输出单元，各单元顺序相连，其中:
[0026]成像单元，用于对目标物成像，得到图像信号光，输出至耦合增强单元；
[0027]耦合增强单元，用于利用泵浦激光源产生和发射泵浦激光，将其与所述图像信号光耦合后输入非线性光纤传像束，每根光纤对应于图像的一个像素点；通过选择泵浦激光波长、图像信号光波长和光纤参数，使它们满足非线性光学过程的相位匹配条件，输入微弱图像各像素点信号经非线性光纤传像束实现并行增强；
[0028]输出单元，用于将经各像素点并行增强之后的图像信号光进行输出成像。
[0029]进一步地，
[0030]所述系统还包括:信号光照明模块，用于利用光源对目标物进行主动照明，包括信号光源、信号光整形镜和信号光发射镜；所述信号光源为:谱线宽度小于Inm的窄线宽激光；或，谱线宽度为1-1OOnm的激光；或，谱线宽度大于10nm的宽谱激光；所述信号光源在时域内为连续波或脉冲分布；
[0031]所述成像单元包括:
[0032]输入成像镜头，包括:成像透镜，用于将目标物产生的图像信号利用透射式成像；或，反射镜，用于利用反射式成像；或，成像透镜和反射镜的任意组合；和/或，线扫描转镜，用于利用扫描转镜实现更大视场范围成像。
[0033]进一步地，
[0034]所述耦合增强单元包括:
[0035]泵浦激光模块，用于利用泵浦激光源产生和发射泵浦激光，包括泵浦激光源、泵浦激光整形镜、用于将泵浦光传输至输入稱合模块的泵浦激光发射镜、偏振态控制器以及时序控制器；所述泵浦激光源在时域内为连续波或脉冲分布；所述泵浦激光源为单个泵浦激光源或两个及两个以上泵浦激光源；所述时序控制器，用于通过控制泵浦激光的时序，对所述图像信号光进行距离选通，实现泵浦光和图像信号光的时间同步；
[0036]所述耦合增强单元还包括:
[0037]输入耦合模块，用于将泵浦激光与所述图像信号光实现耦合，然后输入非线性光纤传像束输入模块；
[0038]非线性光纤传像束输入模块，用于将耦合后的输入信号对应各个像素点分布投射。
[0039]进一步地，
[0040]所述耦合增强单元还包括:非线性光纤传像束，用于实现图像信号光的各像素点并行增强；
[0041]所述非线性光纤传像束采用层叠式或酸溶式形成，利用光参量放大或受激拉曼散射非线性效应实现图像信号增强，输入与输出端光纤束逐点一一对应；
[0042]所述非线性光纤传像束中光纤为标准单模光纤、色散位移光纤、色散补偿光纤、色散平坦光纤、高非线性光纤中的一种。
[0043]进一步地,所述输出单元包括:
[0044]非线性光纤传像束输出模块，用于将经各像素点并行增强之后的图像信号光进行输出，得到信号光和闲频光，及剩余的泵浦光；
[0045]图像信号选择模块，用于将经各像素点并行增强之后的信号光和闲频光进行分离，得到信号光或闲频光；
[0046]泵浦光收集模块，包括光束收集器或反射镜，用于将分离出的泵浦光进行反射或收集；
[0047]输出成像镜头，用于将输出的平面图像成像；
[0048]带通滤波模块，用于对成像后的平面图像进行带通滤波；
[0049]图像接收模块，用于对带通滤波后的平面图像进行接收和可视化。
[0050](三)有益效果
[0051]可见，在本发明提出的一种光学图像增强方法和装置中，可以将光学图像对应各像素点进行分布投射，逐点分割，再利用非线性光纤传像束实现图像信号的传输，同时对各点图像进行信号增强。相较于现有技术中的单根光纤的信号增强技术，具有更广泛的实用价值。
[0052]另外，本发明采用非线性光纤传像束代替了现有技术中的块状非线性晶体进行多点图像增强，分辨率由非线性光纤直径与排布方式决定，同时由于光纤束的作用距离可以达到公里级，降低了对泵浦激光的能量要求，从而解决了图像信号增益与横向分辨率不可兼得的问题。本发明实施例结合了柔软光纤传像束的传像特性与非线性光纤具有的光学增益特性，可以实现微弱图像信号的光学增强，以及对微弱图像信号的探测和远距离传输，提高了系统的实用性，降低了系统的整体复杂度。
【附图