随着临床医学中微创和无创手术的发展,医用内窥镜成为术前检查和治疗最重要的辅助器械和诊治手段之一。为实现活体器官、组织内部细胞级清晰成像这一重要需求,医用内窥镜不断向高分辨率、光纤化以及探头微型化方向发展。当前,医用光纤型内窥镜大多使用由许多单模光纤组成的光纤束传输图像,可分辨像素总数无法超过光纤总数。单根多模光纤成像技术因其可以在一个光纤纤芯半径内同时传输数千种模式,克服了上述单模光纤束成像技术在成像分辨率与束半径之间无法有效平衡的难题,成为当前研究热点。然而,由于模式色散、模式耦合等非理想因素导致多模光纤远端输出光场强度分布通常呈不利的散斑图案,目前单根多模光纤成像技术大多需要繁琐的光纤校准、精确的波前整形以及视场范围内的逐点扫描成像。为克服上述缺陷,本文引入压缩感知技术的模糊感知性能以及鬼成像单像素探测技术的强鲁棒性,搭建单根多模光纤成像实验系统,实现厘米级景深的成像能力以及抗宏观光纤弯曲的强鲁棒性。该方案突破了传统的光点扫描成像方式,具有低复杂性、强普适性和高实用性,为单根多模光纤成像技术应用于内窥镜做出有力探索。论文的创新点和主要工作如下:1.提出基于压缩感知鬼成像的单根多模光纤成像方案本文根据多模光纤模式特性和压缩感知鬼成像的模糊感知性能,建立基于压缩感知鬼成像的单根多模光纤成像理论模型,搭建软物体仿真平台验证可行性。通过理论和实验探究基于四步相移算法的传输矩阵测量法、基于半定规划算法的传输矩阵测量法和基于光纤远端光场存储法的不同预校准方案的校准效率、硬件复杂度、算法复杂度和适应场景,最终选定基于光纤远端光场存储的预校准与压缩感知鬼成像相结合的单根多模光纤成像方案,高效、高信噪比地重建多种未知物体图像。在此基础上,进一步探究了不同成像物体、多种常用商用多模光纤、不同采样次数下的成像质量,验证了成像方案的高效性以及强普适性。2.探究校准失配对成像质量的影响,实现厘米级景深的成像能力本文在探究校准失配对成像质量的影响过程中,发现光束扩散导致成像方案仅有微米级景深的成像能力,提出将光纤准直器引入基于压缩感知鬼成像的单根多模光纤成像方案中,不仅降低了空间光耦合到光纤中的难度,而且将成像景深提升三个数量级,达到可适应多种成像场景实际应用的厘米级。3.探究光纤弯曲对成像质量的影响,实现对抗光纤弯曲强鲁棒性的成像能力本文充分利用压缩感知凸优化算法固有的模糊感知本领和鬼成像单像素探测方案内禀的抗扰动特性,探究了光纤弯曲对本文实验方案成像效果的影响。相比基于光纤传输矩阵测量的单根多模光纤成像方案,该系统能够对抗2厘米以上的光纤弯曲,具有更强的鲁棒性。