一种熊猫型保偏光纤端面定轴方法技术

本发明专利技术公开了一种熊猫型保偏光纤端面定轴方法。采集熊猫型光纤的端面图像，通过图像二值化、边缘检测和圆拟合步骤后得到光纤包层圆参数，利用包层圆参数及熊猫型保偏光纤端面的几何尺寸和分布特征得到两猫眼的边缘点，通过拟合得到猫眼圆心参数，进而计算得到光纤当前偏振轴角度，完成熊猫型保偏光纤端面定轴。本发明专利技术能够从光纤端面的边缘图像中准确快速地分别提取出两个猫眼的边缘点，直接进行猫眼参数拟合计算，大幅减少了保偏光纤定轴的计算量和运算时间，实现精确快速地确定熊猫型保偏光纤的偏振轴，该方法适用于对定轴过程实时性要求较高的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种熊猫型保偏光纤端面定轴方法
本专利技术涉及光电子技术的一种光纤定轴方法，尤其涉及光纤传感领域的一种熊猫型保偏光纤端面定轴方法。
技术介绍
保偏光纤是一类具有重要应用价值的特种光纤，对沿其偏振轴方向振动的偏振光具有较强的偏振保持能力，广泛应用于光通信和光纤传感领域。在保偏光纤的应用中，尤其是保偏光纤器件的制作过程中，对两根保偏光纤偏振轴的耦合或熔接角度有较高的精度要求，因此精确确定保偏光纤的偏振轴是其应用中的一项关键技术。利用图像处理技术确定保偏光纤偏振轴的方法分为侧视成像法及端面成像法两种，侧视成像法具有对成像面距离要求严格，定轴误差大的缺点。对于端面成像法定轴，目前国内已有相关专利涉及，专利CN103645537A中只提到对保偏光纤端面图像进行特征识别，但并未阐述对哪些特征进行识别以及进行特征识别的步骤和方法；专利CN103308978A提出了一种基于端面图像对熊猫型保偏光纤定轴的方法，其中使用Hough圆变换进行猫眼检测，具有运算量大，计算时间长的缺点，不适于对定轴过程实时性要求较高的场合。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种熊猫型保偏光纤端面定轴方法，利用熊猫型保偏光纤的端面图像，充分考虑熊猫型保偏光纤端面的几何尺寸及分布特征，定轴精度高、方法实时性好。本专利技术采用的技术方案如下：1)图像预处理：获取成像清晰的熊猫型保偏光纤端面图像ImSorce，以图像左上角点为原点建立直角坐标系，将熊猫型保偏光纤端面图像ImSorce转换为灰度图像ImGray；2)包层圆参数检测：通过设定背景灰度阈值将灰度图像ImGray转为二值化图像ImBin，其中光纤部分的灰度值为255，背景部分的灰度值为0；对得到的二值化图像ImBin进行边缘检测得到光纤端面的包层边缘点，再利用最小二乘法进行圆拟合得到光纤端面包层圆心(x0,y0)和半径r0，x0,y0分别为光纤端面包层圆心的横、纵坐标；3)猫眼边缘点提取：对步骤1)得到的灰度图像ImGray进行Canny边缘检测得到光纤端面边缘图像ImDetected，扫描光纤端面边缘图像ImDetected中灰度值为255的所有像素点(x,y)并判断得到猫眼边缘点集合P，x,y分别为像素点的横、纵坐标；4)猫眼边缘点分离：通过判断各个猫眼边缘点的坐标信息，将猫眼边缘点集合P分为第一猫眼边缘点集合P1和第二猫眼边缘点集合P2；5)猫眼圆心拟合：对得到的第一猫眼边缘点集合P1和第二猫眼边缘点集合P2分别利用最小二乘法进行圆拟合，分别得到第一猫眼的圆心坐标(x1,y1)和第二猫眼的圆心坐标(x2,y2)，x1,y1分别为第一猫眼的圆心坐标的横、纵坐标，x2,y2分别为第二猫眼的圆心坐标的横、纵坐标；6)计算偏振轴角度：若x1＝x2，则熊猫型保偏光纤当前偏振轴角度θ＝90°；若则采用公式计算得到熊猫型保偏光纤当前偏振轴角度θ，完成熊猫型保偏光纤端面的定轴。所述的步骤3)中猫眼边缘点集合P由以下方式判断得到：若光纤端面边缘图像ImDetected中灰度值为255的任意像素点(x,y)与光纤端面包层圆心(x0,y0)的距离满足以下公式，并且与该像素点(x,y)以光纤端面包层圆心(x0,y0)中心对称的一像素点(2x0-x,2y0-y)的灰度值为255，则该像素点(x,y)为猫眼边缘点，所有猫眼边缘点组成猫眼边缘点集合P：其中，rmin＝9×r0/125+5,rmax＝95×r0/135,r0为步骤2)中求得的包层圆半径。所述的步骤4)具体采用以下方法：分别计算猫眼边缘点集合P中所有边缘点到包层圆心(x0,y0)的水平方向距离平均值d1和垂直方向距离平均值d2：若d1<d2，则猫眼边缘点集合P中所有满足y>y0的猫眼边缘点组成第一猫眼边缘点集合P1，所有满足y≤y0的猫眼边缘点组成第二猫眼边缘点集合P2；若d1≥d2则猫眼边缘点集合P中所有满足x>x0的猫眼边缘点组成第一猫眼边缘点集合P1，所有满足x≤x0的猫眼边缘点组成第二猫眼边缘点集合P2。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过采集熊猫型保偏光纤的端面图像并充分考虑熊猫型保偏光纤端面的几何尺寸及分布特征，具有定轴精度高、运算时间少的优点，适用于对定轴过程实时性要求较高的场合。附图说明图1是熊猫型保偏光纤端面灰度图像。图2是用于包层边缘检测的二值图像。图3是熊猫型保偏光纤包层边缘点图像。图4是熊猫型保偏光纤端面边缘图像。图5是提取的猫眼边缘点图像。图6是分离出的第一猫眼边缘点图像。图7是分离出的第二猫眼边缘点图像。图8是猫眼参数拟合结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术的实施例如下：本专利技术获取成像清晰的熊猫型保偏光纤端面图像ImSorce，以图像左上角点为原点建立直角坐标系，将熊猫型保偏光纤端面图像ImSorce转换为灰度图像ImGray，如图1所示。通过设定背景灰度阈值将灰度图像ImGray转为二值化图像ImBin，如图2所示，其中光纤部分的灰度值为255，背景部分的灰度值为0。对得到的二值化图像ImBin进行边缘检测得到光纤端面的包层边缘点，再利用最小二乘法进行圆拟合得到光纤端面包层圆心(149,149)和半径135，包层边缘点图像如图3所示。对灰度图像ImGray进行Canny边缘检测得到光纤端面边缘图像ImDetected，如图4所示。扫描光纤端面边缘图像ImDetected中灰度值为255的所有像素点(x,y)并判断得到猫眼边缘点集合P，x,y分别为像素点的横、纵坐标。猫眼边缘点集合P由以下方式判断得到：若光纤端面边缘图像ImDetected中灰度值为255的任意像素点(x,y)与光纤端面包层圆心(149,149)的距离满足并且与该像素点(x,y)以光纤端面包层圆心(149,149)中心对称的一像素点(298-x,298-y)的灰度值为255，则该像素点(x,y)为猫眼边缘点，所有猫眼边缘点组成猫眼边缘点集合P。例如，在本实施例中点(108,71)和点(190,227)到包层圆心(149,149)的距离为88，且该两点关于包层圆心(149,149)中心对称，因此点(108,71)和点(190,227)均为集合P中成员。本实施例中集合P的成员个数为422。该步骤中同时使用猫眼边缘点所处的几何位置及其关于包层圆心的对称性作为约束条件，提取的猫眼边缘点如图5所示，对比图4可以看出，该过程在准确提取出猫眼边缘点的同时，有效去除了猫眼周围的干扰点。计算得出猫眼点集合P中所有点到包层圆心(x0,y0)水平方向距离的平均值为41，垂直方向距离的平均值为39，由于距水平方向距离均值较大，因此将猫眼边缘点集合P中所有满足x>x0的猫眼边缘点组成第一猫眼边缘点集合P1，所有满足x≤x0的猫眼边缘点组成第二猫眼边缘点集合P2。分离得到两个猫眼的边缘点图像如图6，图7所示，可以看出该过程可以快速准确地将两个猫眼的边缘点分离，无需在边缘图像中进行圆检测，分离得到的边缘点可直接进行猫眼圆参数拟合，这样大幅减少了猫眼圆参数检测的计算量和运算时间，提高了猫眼圆参数检测效率。对得到的第一猫眼边缘点集合P1和第二猫眼边缘点集合P2分别利用最小二乘法进行圆拟合，分别得到第一猫眼的圆心坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熊猫型保偏光纤端面定轴方法，其特征在于步骤如下：1)图像预处理：获取成像清晰的熊猫型保偏光纤端面图像ImSorce，建立直角坐标系，将熊猫型保偏光纤端面图像ImSorce转换为灰度图像ImGray；2)包层圆参数检测：将灰度图像ImGray转为二值化图像ImBin，其中光纤部分的灰度值为255，背景部分的灰度值为0；对得到的二值化图像ImBin进行边缘检测得到光纤端面的包层边缘点，再利用最小二乘法进行圆拟合得到光纤端面包层的圆心(x0,y0)和半径r0，x0,y0分别为光纤端面包层圆心的横、纵坐标；3)猫眼边缘点提取：对步骤1)得到的灰度图像ImGray进行Canny边缘检测得到光纤端面边缘图像ImDetected，扫描光纤端面边缘图像ImDetected中灰度值为255的所有像素点(x,y)并判断得到猫眼边缘点集合P，x,y分别为像素点的横、纵坐标；4)猫眼边缘点分离：通过判断各个猫眼边缘点的坐标信息，将猫眼边缘点集合P分为第一猫眼边缘点集合P1和第二猫眼边缘点集合P2；5)猫眼圆心拟合：对得到的第一猫眼边缘点集合P1和第二猫眼边缘点集合P2分别利用最小二乘法进行圆拟合，分别得到第一猫眼的圆心坐标(x1,y1)和第二猫眼的圆心坐标(x2,y2)，x1,y1分别为第一猫眼的圆心坐标的横、纵坐标，x2,y2分别为第二猫眼的圆心坐标的横、纵坐标；6)计算偏振轴角度：若x1＝x2，则熊猫型保偏光纤当前偏振轴角度θ＝90°；若x1≠x2，则采用公式计算得到熊猫型保偏光纤当前偏振轴角度θ，完成熊猫型保偏光纤端面的定轴。...

【技术特征摘要】
1.一种熊猫型保偏光纤端面定轴方法，其特征在于步骤如下：1)图像预处理：获取成像清晰的熊猫型保偏光纤端面图像ImSorce，建立直角坐标系，将熊猫型保偏光纤端面图像ImSorce转换为灰度图像ImGray；2)包层圆参数检测：将灰度图像ImGray转为二值化图像ImBin，其中光纤部分的灰度值为255，背景部分的灰度值为0；对得到的二值化图像ImBin进行边缘检测得到光纤端面的包层边缘点，再利用最小二乘法进行圆拟合得到光纤端面包层的圆心(x0,y0)和半径r0，x0,y0分别为光纤端面包层圆心的横、纵坐标；3)猫眼边缘点提取：对步骤1)得到的灰度图像ImGray进行Canny边缘检测得到光纤端面边缘图像ImDetected，扫描光纤端面边缘图像ImDetected中灰度值为255的所有像素点(x,y)并判断得到猫眼边缘点集合P，x,y分别为像素点的横、纵坐标；4)猫眼边缘点分离：通过判断各个猫眼边缘点的坐标信息，将猫眼边缘点集合P分为第一猫眼边缘点集合P1和第二猫眼边缘点集合P2；5)猫眼圆心拟合：对得到的第一猫眼边缘点集合P1和第二猫眼边缘点集合P2分别利用最小二乘法进行圆拟合，分别得到第一猫眼的圆心坐标(x1,y1)和第二猫眼的圆心坐标(x2,y2)，x1,y1分别为第一猫眼的圆心坐标的横、纵坐标，x2,y2分别为第二猫眼的圆心坐标的横、纵坐标；6)计算偏振轴角度：若x1＝x2，则熊猫型...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡慧珠，薛蕃衍，缪立军，佘玄，舒晓武，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33