共聚焦激光显微内窥镜（CLE）可以进行在体组织显微成像，实现实时病理学诊断，而光电探测器作为CLE系统的核心部件，影响共聚焦图像质量。对比分析光电倍增管（PMT）和雪崩光电二极管（APD）在CLE中的性能表现，建立基于PMT和APD探测电路的CLE成像信号信噪比分析模型，理论分析光电探测器及其放大电路噪声、放大增益、输入光信号等参数对成像信号信噪比的影响。搭建基于PMT和APD双光路探测系统，对均匀荧光溶液和组织样品进行成像。研究结果表明，当样品荧光功率大于10 nW时，所选取PMTSS与APD120A2的输出图像质量接近，信噪比相差小于0.67 dB，APD以更高的性价比实现与PMT相当的成像性能。

激光散斑衬比成像(LSCI)技术广泛应用于大视场的组织表层血流成像,当需要实时在体监测生物体深层组织或腔内组织的血流分布及变化时,将LSCI与内镜成像技术结合是解决LSCI成像深度问题的有效途径。为此,搭建了商用腹腔镜LSCI成像系统,并对微流体仿体和兔子大肠进行成像。实验结果表明,所搭建的系统可以校正静态散射以及消除系统噪声对散斑衬比度的影响,利用单次曝光下的散斑衬比测量值可以实现血流的定量监测,该商用腹腔镜LSCI成像系统将具有重要的临床应用潜力。

使用往复式逐行扫描的方式可以提高激光共聚焦显微内窥镜的成像速度和数据利用率, 但这种扫描方式也会带来图像畸变和错位问题, 从而影响系统成像质量。受扫描畸变影响, 图像错位程度不一致, 后期处理难以得到理想的校正效果。本文基于共振振镜的运动规律, 推导了均匀空间采样过程中的采样时间函数, 通过非等时采样方法校正了振镜速度变化带来的横向畸变。利用互相关法评价图像错位程度, 采用遗传算法获得最优的采样开始时刻, 实现了图像错位的校正。最终通过调整采样开始时刻和时间间隔在数据采集环节校正了图像畸变和错位。为了验证图像畸变校正和错位校正效果, 本文搭建了基于往复式逐行扫描方式的激光共聚焦显微内窥成像系统。实验结果表明, 该方法能够有效地校正图像畸变和错位, 图像的横向分辨率。与现有方法相比, 本文方法将图像的局部分辨率由10 pixel提高到6 pixel。

可靠准确的参考光检测是提高直接测距型激光主动成像系统测距精度的关键因素之一, 对基于PIN探测器的参考光检测电路设计进行了深入研究。首先, 对比分析了雪崩光电二极管(APD)和PIN光电二极管性能及其供电电路的难度。综合考虑参考光功率稳定特性及参考光光路设计难度, 选择PIN探测器进行激光雷达参考光检测。详细分析了高压集成芯片LT3482作为常规电源和利用电流监测模式驱动PIN探测器时的差别。选择高增益带宽积跨阻放大器OPA657N实现PIN探测器电流电压转换, 对其关键外围元件参数的选取进行了详细分析。同时介绍了超高速比较器MAX9601的应用注意事项。最后, 设计了电路板并进行实验验证。结果表明: 对脉冲为10 ns的激光光源, 当PIN探测器施加89.449 V的偏置电压时, 其输出电流信号经跨阻放大器后电压幅值达到-3.7 V, 可保证起始信号可靠检出, 但脉冲展宽为15 ns。整个模块可有效给出参考光对应的计时起始信号。基于集成高压芯片驱动的PIN探测器配合恒定阈值时刻鉴别方法在直接测距型激光主动成像系统参考光检测中是切实可行的。