光纤几何参数检测研究课件

光纤几何参数检测研究

指导老师：学生姓名： 专业：主要内容：课题的主要研究内容2课题的取得研究成果334下一步的工作设想课题的目的和意义

1

在制备D型光纤时，对普通光纤进行侧面抛磨，为了更好的探究D型光纤侧面抛磨深度对其特性的影响，需要适时的测量D型光纤的侧面抛磨深度。在拉制新型的特种光纤时，需要了解新型特种光纤的性能，而特种光纤端面的几何参数（特种光纤纤芯的分布、几何尺寸以及包层和空气孔的中心位置）是研究新型光纤特性以及保证光纤生产质量的前提和基础。一般的光纤直径大约在100μm左右，所以在生产和科研的过程中很难用常规的方法精确测量，本课题提出了基于机器视觉技术检测光纤几何参数的测量方法是非常有意义的。论文课题的目的和意义主要内容：课题的主要研究内容2课题的取得研究成果334下一步的工作设想课题的目的和意义

11、光纤几何参数检测系统的整体方案设计。

2、光纤几何参数检测系统的标定设计。

3、光纤几何参数检测系统的调焦方案设计。

4、光纤几何参数检测系统的图像处理算法。

5、光纤几何参数检测系统的实验结果分析。课题的主要研究内容

光纤通过显微成像系统在图像传感器上形成暗影图像，摄像机把图像传输到计算机中，通过图像处理的方法计算出数字图像的尺寸。光纤几何参数检测系统的整体方案设计

光学测量原理图

光纤几何尺寸的计算公式为：d=α×ΔN/β。d为光纤的直径，α为CMOS摄像机的像元尺寸，β为检测系统的放大倍率，ΔN为被测光纤在CMOS耙面所遮挡的像元数目。标定靶标

显微物镜转接筒

显微物镜

大恒USB工业摄相机光纤几何参数检测系统的硬件选择

亮度可调的LED背光光源

在检测光纤参数之前，要先对检测系统进行标定，得到此时显微系统的标定系数k，测量光纤几何参数时，对采集的光纤图像通过图像处理的方法计算得到光纤图像的几何数据为D，这样就可以得到光纤几何参数值d=D×k。

检测系统用宽为125μm的标定线和长轴为125μm，短轴为100μm的椭圆进行标定。光纤检测系统的标定光纤检测系统光源以及照明方式的选择环形LED高角度照明背光LED高角度照明环形LED低角度照明背光LED低角度照明环形LED正向照明

背光LED正向照明

环形LED正向照明光纤图像

背光LED正向照明光纤图像125μm标定线的对焦图像125μm标定线的离焦图像常用调焦函数评价综述1、时域分析法。2、频域分析法。3、信息学调焦函数法。4、统计学调焦函数法。

绝对方差函数梯度向量平方函数梯度向量模函数Roberts函数Brenner函数Tenengrad函数调焦平价函数的对比试验1、图像预处理算法。2、图像边缘检测算法。3、亚像素边缘检测算法。4、光纤几何量的定位算法。光纤几何参数检测系统的图像处理算法软件算法流程图

根据摄像机产生的噪声类型，图像预处理主要选择的滤波算法有均值滤波算法和中值滤波算法。图像的预处理算法采集的光纤图像5×5均值滤波的图像5×5中值滤波的图像一列光纤图像的傅里叶变换均值滤波一列图像的傅里叶变换中值滤波一列图像的傅里叶变换Robert边缘检测Sobel边缘检测Prewitt边缘检测Kirsch边缘检测Laplace边缘检测Canny边缘检测边缘检测实验图像亚像素边缘检测

上述边缘检测算法定位精度为整像素级，为了提高系统的测量精度，可以通过提高摄像机的分辨率，这样成本太大，还可以通过软件的方法即亚像素细分的方法来提高精度。根据系统检测图像的特点，本系统选择基于灰度距的亚像素细分的方法实现亚像素边缘定位。光纤端面几何测量算法椭圆芯光纤端面图

光纤端面几何量包括：包层、空气孔的直径和中心位置，椭圆芯的长、短轴以及纤芯的中心相对于包层中心的坐标。椭圆芯光纤图像的灰度直方图

为了更好的对光纤端面图像进行观察和分析，对特种光纤的端面图像做灰度直方图。如右图所示：光纤端面的二值化图像

参考上面灰度直方图，对端面图像进行二值化，当二值化的阈值选取100时，可以得到包层的轮廓和空气孔的轮廓。

从光纤端面的二值化图像可以看出，图像中并非简单的两个圆，根据图像的特点，本系统采用Hough变换同时检测包层和空气孔，同时利用曲线拟合的方法计算出包层和空气孔的直径和中心坐标。椭圆光纤芯的二值化图像

通过上述端面图像的灰度直方图分布，重新选择二值化的阈值，再一次对光纤端面图像进行二值化，由直方图可知阈值选择灰度值大于150，根据多次实验效果，本系统选择阈值为180。对端面图像二值化如下图所示：提取两个椭圆芯的轮廓

上图可以看出图像为两个椭圆图像，必须通过算法把这两个椭圆轮廓提取出来然后进行曲线拟合，从而计算出椭圆纤芯图像的几何参数，本系统采用的是链码跟踪的方法来提取一幅图像上的多个椭圆轮廓。

光纤端面的整体检测图像测量次数12345678910光纤像素宽度（pixel）240.55240.73240.66240.60240.73240.55240.61240.64240.56240.43测量光纤际宽度（μm）124.6124.7124.6124.6124.5124.6124.6124.6124.6124.6测量次数12345678910光纤像素宽度（pixel）242243244243244244244243243244测量光纤实际宽度（μm）125.3125.8126.4125.8126.4126.4125.8125.8125.8126.4

对标准光纤像素级测量结果

对标准光纤亚像素级测量结果

由上表像素级测量光纤的平均宽度为126.0μm。

由上表亚像素级测量光纤的平均宽度为124.6μm。

光纤端面几何参数的实际测量平均值，包层和空气孔的直径分别为114.2μm和73.5μm。椭圆芯1的长轴和短轴分别为4.63μm和10.00μm，椭圆芯2的长轴和短轴分别为4.63μm和10.00μm。以包层的圆心为坐标原点，计算两个椭圆芯的中心坐标相对于坐标原点的距离分别为34.8μm和34.3μm。两个椭圆芯的中心距离为68.8μm。主要内容：课题的主要研究内容2课题的取得研究成果334下一步的工作设想课题的目的和意义

11、课题完成了D型光纤侧面抛磨系统测量部分的硬件设计。2、完成了特种光纤端面几何参数检测系统的硬件设计。3、课题完成了D型光纤侧面抛磨系统和特种光纤端面几何参数检测系统的软件设计。4、根据课题的研究内容，发表了一篇学术论文。课题的取得研究成果D型光纤侧面抛磨检测系统光纤检测系统的硬件系统特种光纤端面几何参数检测系统光纤几何参数检测系统的软件系统

光纤测量软件主界面实时测量侧面光纤抛磨深度软件界面

测量软件采用的是双线程的工作模式，主线程实时采集图像，分线程每十帧图片抽取一帧图像进行测量计算。

本课题主要完成了光纤几何参数检测系统的开发，功能包括D型光纤侧面抛磨深度的测量和特种光纤端面几何参数的测量。主要工作完成了检测系统的硬件结构的设计，以及上位机测量软件的开发。最后光纤几何参数检测系统工作正常，满足测量的要求和各项指标。课题完成的工作量主要内容：课题的主要研究内容2课题的取得研究成果334下一步的工作设想课题的目的和意