一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法，具体包括如下步骤：S1：对飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的可见光成像光路进行准直；S2：通过飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的计算机，打开CCD相机配套的成像软件，开启飞秒激光直写光纤光栅制备装置的实时捕捉影像模式；S3：通过飞秒激光直写光纤光栅制备装置，得到聚焦在光纤中轴线上的成像图片和成像图片对应的特征曲线；S4：根据成像图片和特征曲线，获取光纤中心轴线轨迹坐标，得到光纤上待刻光纤光栅长度的中心轴线轨迹。本发明专利技术根据光纤轨迹的非线性特性，采用非线性寻迹准直法，提高了光纤光栅制备的效率和可重复性，同时也降低了投入成本。

A method based on image recognition technology to automatically track the central axis of optical fiber core

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法
本专利技术涉及光纤布拉格光栅寻迹
，尤其涉及一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法。
技术介绍
目前，光栅轨迹的准直通常采用定点且拉动光纤法和两点法。前者是将光纤固定在精密加工的D-型玻璃套管中，其中，D-型玻璃套管位置固定，将入射激光束准直到D-型玻璃内的纤芯中，通过拉动光纤，在纤芯中形成光栅结构。该方法已经实现了50毫米长的光纤光栅。然而，入射光束需从D-型抛光面的法线入射，并且所用D-型玻璃套管的内径必须要与光纤外径完全匹配，不同外径的光纤需要采用不同内径的D-型玻璃套管等因素，从而导致该方法的灵活性较差且成本较高。后者，两点法是线性准直光纤法，将光纤的两端固定在三维位移平台上，通过准直光栅的起点和终点，得到线性光栅轨迹。然而，由于光纤存在一定的重力，且在轴向存在一定的应力、扭曲和尺寸不均匀性等因素，同时位移平台的平整度和移动直线度是有限的等原因，所以两点固定法得到光纤的实际轨迹是非线性的，通过上述的两点(起点和终点)准直法必然与光纤实际轨迹发生偏离，导致光栅耦合效率低，甚至无法制备出光纤光栅，重复性差等劣势。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有光栅轨迹的准直存在灵活性差、成本高和重复性差的问题，本专利技术提出一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法，所述方法具体包括如下步骤：S1：对飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的可见光成像光路进行准直；S2：通过所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的计算机，打开CCD相机配套的成像软件，开启所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置的实时捕捉影像模式；S3：通过所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置，得到聚焦在光纤中轴线上的成像图片和成像图片对应的特征曲线；S4：根据所述成像图片和特征曲线，获取光纤中心轴线轨迹坐标，得到光纤上待刻光纤光栅长度的中心轴线轨迹。进一步地讲，在所述步骤S1中，所述准直后的可见光成像光路，具体为：可见光光束经过所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的聚焦透镜后，进入二向色镜中，通过所述二向色镜的高透，垂直入射所述CCD相机的成像芯片中心。进一步地讲，在所述步骤S3中，得到聚焦在光纤中轴线上的成像图片和成像图片对应的特征曲线，具体如下：S3.1：调整所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中三维位移平台的X轴、Y轴和Z轴位置，在所述成像软件中得到光纤的成像图片；S3.2：根据所述光纤的成像图片，在所述光纤的成像图片上做一条横穿光纤且垂直光纤轴向的参考线，同时通过图像处理软件，获得沿参考线的强度分布曲线；S3.3：调节所述三维位移平台的Y轴位置，完成所述光纤在三维位移平台中XY平面内Y轴中心位置的准直，得到所述光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标；S3.4：将所述三维位移平台的Y轴移至光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标处，调节所述三维位移平台的Z轴位置，完成所述光纤在三维位移平台中XZ平面内Z轴中心位置的准直，得到所述光纤在XZ平面内Z轴的中心位置坐标；S3.5：将所述三维位移平台的Y轴移至光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标处，所述三维位移平台的Z轴移至光纤在XZ平面内Z轴的中心位置坐标处，重复步骤S3.1和步骤S3.2，获得所述位置的成像图片和沿参考线的强度分布曲线，即为所述聚焦在光纤中轴线上的成像图片和成像图片对应的特征曲线。进一步地讲，在所述步骤S3.1中，调整所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中三维位移平台的X轴、Y轴和Z轴位置，具体为：任意设置所述三维位移平台的移动步长和速度，同时左右移动所述三维位移平台的X轴，前后移动所述三维位移平台的Y轴，直至在所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置的待刻光纤光栅的起点位置位于聚焦透镜的正下方，再上下移动所述三维位移平台的Z轴。进一步地讲，在所述步骤S3.2中，所述沿参考线的强度分布曲线中的离散峰为折射率跳变界面，峰值幅度大小与光纤中相邻材料之间折射率的差值大小相关。进一步地讲，在所述步骤S3.3中，得到所述光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标，具体如下：S3.3.1：根据所述光纤的纤芯直径大小，获取三维位移平台中Y轴的第一个移动步长大小，具体为：dy0＝2*Dcore其中：dy0为三维位移平台中Y轴的第一个移动步长大小，Dcore为光纤的纤芯直径大小；S3.3.2：根据所述三维位移平台中Y轴的第一个移动步长大小，将所述Y轴向任意方向移动dy0，同时重复步骤S3.2，得到沿参考线的强度分布曲线；S3.3.3：根据所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中飞秒激光中心波长的大小，设置三维位移平台中Y轴的第二个移动步长大小，并将所述三维位移平台中Y轴的第二个移动步长大小标记为dy1；S3.3.4：根据所述Y轴移动第一个移动步长大小时的方向，向所述方向的反方向移动dy1，同时重复步骤S3.2，得到沿参考线的强度分布曲线；S3.3.5：重复步骤S3.3.4操作M-Y次，将所有所述沿参考线的强度分布曲线进行比较，当纤芯位置的峰值大小和包层界面位置的峰值大小相接近时，所述强度分布曲线对应的Y轴坐标即为光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标。进一步地讲，在所述步骤S3.4中，得到所述光纤在XZ平面内Z轴的中心位置坐标，具体如下：S3.4.1：将所述三维位移平台的Y轴移至光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标处，同时通过所述光纤的纤芯直径大小，设置三维位移平台中Z轴的第一个移动步长大小，具体为：dz0＝Dcore其中：dz0为三维位移平台中Z轴的第一个移动步长大小，Dcore为光纤的纤芯直径大小；S3.4.2：根据所述三维位移平台中Z轴的第一个移动步长大小，将所述Z轴向任意方向移动dz0；S3.4.3：判断所述光纤位置是否位于聚焦透镜的聚焦范围内，若位于，则根据Z轴移动第一个移动步长大小时的方向，向所述方向的反方向移动2dz0，若不位于，则所述Z轴保持不动；S3.4.4：重复步骤S3.2，得到沿参考线的强度分布曲线；S3.4.5：根据所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中飞秒激光中心波长的大小，设置三维位移平台中Z轴的第二个移动步长大小，并将所述三维位移平台中Z轴的第二个移动步长大小标记为dz1；S3.4.6：根据所述光纤位置判断后Y轴移动的方向，向所述方向的反方向移动dz1，同时重复步骤S3.2，得到沿参考线的强度分布曲线；S3.4.7：重复步骤S3.4.6操作M-Z次，将所有所述沿参考线的强度分布曲线进行比较，当纤芯位置的峰值大小和包层界面位置的峰值大小均由大变小时，直至消失的临界点所在的强度分布曲线对应的Z轴坐标，即为所述光纤在XZ平面内Z轴的中心位置坐标。进一步地讲，所述M-Y的大小和M-Z的大小，具体为：...

【技术保护点】
1.一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：/nS1：对飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的可见光成像光路进行准直；/nS2：通过所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的计算机，打开CCD相机配套的成像软件，开启所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置的实时捕捉影像模式；/nS3：通过所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置，得到聚焦在光纤中轴线上的成像图片和成像图片对应的特征曲线；/nS4：根据所述成像图片和特征曲线，获取光纤中心轴线轨迹坐标，得到光纤上待刻光纤光栅长度的中心轴线轨迹。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
S1：对飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的可见光成像光路进行准直；
S2：通过所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的计算机，打开CCD相机配套的成像软件，开启所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置的实时捕捉影像模式；
S3：通过所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置，得到聚焦在光纤中轴线上的成像图片和成像图片对应的特征曲线；
S4：根据所述成像图片和特征曲线，获取光纤中心轴线轨迹坐标，得到光纤上待刻光纤光栅长度的中心轴线轨迹。


2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述准直后的可见光成像光路，具体为：
可见光光束经过所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中的聚焦透镜后，进入二向色镜中，通过所述二向色镜的高透，垂直入射所述CCD相机的成像芯片中心。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，得到聚焦在光纤中轴线上的成像图片和成像图片对应的特征曲线，具体如下：
S3.1：调整所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中三维位移平台的X轴、Y轴和Z轴位置，在所述成像软件中得到光纤的成像图片；
S3.2：根据所述光纤的成像图片，在所述光纤的成像图片上做一条横穿光纤且垂直光纤轴向的参考线，同时通过图像处理软件，获得沿参考线的强度分布曲线；
S3.3：调节所述三维位移平台的Y轴位置，完成所述光纤在三维位移平台中XY平面内Y轴中心位置的准直，得到所述光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标；
S3.4：将所述三维位移平台的Y轴移至光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标处，调节所述三维位移平台的Z轴位置，完成所述光纤在三维位移平台中XZ平面内Z轴中心位置的准直，得到所述光纤在XZ平面内Z轴的中心位置坐标；
S3.5：将所述三维位移平台的Y轴移至光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标处，所述三维位移平台的Z轴移至光纤在XZ平面内Z轴的中心位置坐标处，重复步骤S3.1和步骤S3.2，获得所述位置的成像图片和沿参考线的强度分布曲线，即为所述聚焦在光纤中轴线上的成像图片和成像图片对应的特征曲线。


4.根据权利要求3所述的一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法，其特征在于，在所述步骤S3.1中，调整所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置中三维位移平台的X轴、Y轴和Z轴位置，具体为：
任意设置所述三维位移平台的移动步长和速度，同时左右移动所述三维位移平台的X轴，前后移动所述三维位移平台的Y轴，直至在所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置的待刻光纤光栅的起点位置位于聚焦透镜的正下方，再上下移动所述三维位移平台的Z轴。


5.根据权利要求3所述的一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法，其特征在于，在所述步骤S3.2中，所述沿参考线的强度分布曲线中的离散峰为折射率跳变界面，峰值幅度大小与光纤中相邻材料之间折射率的差值大小相关。


6.根据权利要求3所述的一种基于图像识别技术自动完成光纤纤芯中轴线寻迹的方法，其特征在于，在所述步骤S3.3中，得到所述光纤在XY平面内Y轴的中心位置坐标，具体如下：
S3.3.1：根据所述光纤的纤芯直径大小，获取三维位移平台中Y轴的第一个移动步长大小，具体为：
dy0＝2*Dcore
其中：dy0为三维位移平台中Y轴的第一个移动步长大小，Dcore为光纤的纤芯直径大小；
S3.3.2：根据所述三维位移平台中Y轴的第一个移动步长大小，将所述Y轴向任意方向移动dy0，同时重复步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：施进丹，冯宪，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32