随着全球数据量的爆炸式增长，对多维数据高速采集和长距离传输的需求日益增加。工业制造等领域的在线视频监控大大提高了生产效率，同时降低了安全风险。实时全球视频通话彻底改变了人们的日常生活。
现有系统可以利用高性能探测器、图像传感器和其他技术来收集光、声音和微波等载体信息。然后，这些数据通过电缆、网络、通信和光纤等各种介质传输回作员。
然而，在需要对狭窄或难以进入的区域进行观测的场景中，需要前端采集设备和电子电路(完成信息压缩、编码、调制等工作)对数据传输进行处理，这对系统的时效性和抗干扰能力提出了特殊的要求。
近年来，光纤凭借其传输损耗小、容量大等特点，在数据传输中得到广泛应用。虽然利用多芯光纤实现的波分复用(WDM)、空分复用(SDM)等技术，大大提升了系统的传输容量和效率，但传输过程仍然需要经过多次信号转换。
全光采集和传输使图像信息能够以光速从一端传输到另一端，而无需额外的电子元件。
光纤束可以直接转换和端到端传输二维光场，在航空航天、工业生产和医疗保健等难以接近和遮挡的极端环境中至关重要。然而，光纤束通常长度有限、成本高昂，并且由于制造限制，在确保长距离数据传输过程中的质量方面面临挑战。
研究人员已经开发出各种全光网络，用于信息收集、加密传输和图像分类等任务，有望为下一代通信奠定基础。
然而，这些系统在实际部署中遇到了一些实际障碍，通常只与激光等相干光源兼容。因此，迫切需要一种高效、大容量、抗干扰的图像采集和传输系统。
在《光电进展》杂志上发表的一项新研究中，研究人员提出了一种全光纤多路复用并行采集和传输一体式系统，称为多芯光纤采集和传输图像系统(MFAT)，以应对上述挑战。
前端设计无需电子电路，省去了复杂的信号转换过程，适合各种环境，并且能够抵御非相干光源产生的噪声。图像数据通过光纤耦合在光域中编码。
多芯光纤的多通道特性有利于实现大容量、高质量的传输，同时利用数字光圈技术可以从完全隐藏原始信息的端面图像中进行图像恢复和重建，从而实现最远一公里距离的实时场景重建。
图像采集和传输过程包括两个主要阶段：编码和解码。编码阶段依赖于光纤传播模式激发的原理，其中到达不同光纤芯端面的不同入射光角度会激发不同的传播模式。
在大多数自然环境中，每个光纤芯通道内的图案可以被视为激发不同模式的所有物点的合成。因此，来自入射光场的信息被编码在多芯光纤的空间和模式分量中以供传输。然而，准确确定每个模式的占用率通常具有挑战性，并且需要大量的计算资源。
针对这一问题，本研究引入了一种基于图像处理方法的经济高效的数字孔径解码技术，以实现快速重建。通过提取和计算不同光纤芯区域的特征值，可以实现在光纤传输模式维度内解码各种空间信息。
本研究展示了该系统在直接图像传输和编码图像传输两种模式下的性能。直接图像传输模式可以直接观察远端场景，而编码图像传输可以与数字编码技术相结合，实现多维数据的加密传输。
时间和空间信道的并发复用大大提高了传输容量。此外，融合偏振、波长和其他信道复用技术进一步增强了系统的传输容量。
研究还深入探讨了影响系统重建效果的因素，如温度变化、弯曲、算法鲁棒性等，该方案在远距离图像采集和传输，特别是在极端环境下具有重要的应用价值。
抗干扰的紧凑结构是传输全局高速实时媒体流的基础，更多维信息的挖掘和利用，结合先进的算法，为开发下一代全光并行传输系统提供了潜力。
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