小型化探头是内窥光学相干层析成像(Optical coherence tomography, OCT)中的普遍需求。介绍了包括基于球透镜、光纤透镜、自聚焦光纤、自由曲面透镜、无透镜的OCT技术的发展历程,总结和比较了各种技术的优劣,为探头的小型化设计提出了建议。研究探头的焦深拓展技术对分辨人体内细胞的在体成像的发展具有重要意义。介绍了几种重要的适用于小型化探头的焦深拓展技术,其中基于模式干涉的探头由于易于制作、结构紧凑、传输效率高,同时具有可以优化工作距离、焦深和轴向光强均匀性的优点,在拓展小型化探头的焦深方面具有一定的发展潜力。

波前编码作为一种经典的计算成像技术, 以能够大幅度拓展光学成像系统的焦深而闻名, 并得到了学术界及工业界长期的关注。实际上, 除了焦深的拓展, 波前编码还具备实现超分辨率成像的潜力, 而这在已有的研究中鲜有讨论。一方面, 相位掩膜板的引入在降低光学系统传递函数并使其对离焦不敏感的同时, 也有效降低了欠采样数字成像系统中的混叠效应, 从而提供了更适合于进行超分辨率重构的数据源。另一方面, 相位掩膜板所引起的点扩散函数支持域的巨大化效应使得以数字的方式、从采样间隔可以被认为是无限小的、理想的光学焦平面点扩散函数来计算与特定探测器物理像元大小相对应的采样点扩散函数成为可能。因此, 从这两个特点出发, 提出了一种为波前编码系统定制的、基于单帧图像放大的超分辨率重构算法, 并且研制了原型样机对超分辨率的效果进行了检验。试验表明: 焦距50 mm/F数4.5的Cooke三片系统除了焦深拓展超过20倍且具有接近衍射受限成像品质之外, 利用复原算法能够实现至少3倍的高品质超分辨率重建效果。