利用超表面反射器堆叠表征光纤传输矩阵以实现无远端接入的透镜自由成像
光学
2019-12-18 v2 图像与视频处理
摘要
通过发丝般细的光纤形成图像的能力有望在从生物医学成像到工业检测的新应用中开辟道路。遗憾的是，其部署一直受限，因为机械形变（如弯曲）和温度的微小变化会完全扰乱光学信息、扭曲图像。由于此类变化是动态的，校正它们需要在成像前立即原位测量光纤传输矩阵（TM）。TM 标定通常需要同时访问光纤的近端和远端端面，而在大多数实际应用场景中，若不借助笨重的远端光学元件破坏纤细外形，这是不可行的。在此，我们引入一种新方法，在反射模式下确定多模光纤（MMF）或多芯光纤（MCF）的 TM，而无需访问远端端面。在远端端面使用一薄层结构化超表面反射器堆叠，以引入波长依赖、空间异质的反射率分布。我们推导了一个一阶光纤模型来补偿 TM 中这些波长依赖的变化，并表明因此三个波长下的反射数据可用于通过迭代优化算法明确重建完整 TM。随后我们提出 TM 重建后的样品照明与成像方法。与先前方法不同，我们的方法不要求 TM 为酉矩阵，从而适用于物理真实的光纤系统。我们首先使用模拟的非酉光纤和含噪反射矩阵，接着使用实测的密集排布 MCF 的大得多的 TM，最后使用从 MMF 记录的实测多波长 TM 集合，展示了 TM 重建与成像。我们的发现为发丝细光纤中的原位在线传输矩阵标定铺平了道路。
引用
@article{arxiv.1904.02644,
title = {Characterising optical fibre transmission matrices using metasurface reflector stacks for lensless imaging without distal access},
author = {George S. D. Gordon and Milana Gataric and Alberto Gil C. P. Ramos and Ralf Mouthaan and Calum Williams and Jonghee Yoon and Timothy D. Wilkinson and Sarah E. Bohndiek},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.02644},
year = {2019}
}
备注
Main text: 38 pages, 9 Figures, Appendices: 26 pages, 6 Figures. Corrected author affiliation