小芯径熊猫型保偏光纤精准对接方法技术

本发明专利技术公开了小芯径熊猫型保偏光纤精准对接方法，本发明专利技术所述精准对接方法采用基于相互垂直双目摄像头获取光纤头附近界面图像，根据图像信息建立三维坐标信息库；采用棱镜系统和应力区识别获得完整的光纤端面形貌。分别获得待熔接光纤头附近界面轴向和端面图像后建立三维重构模型后对其进行相似度计算。当相似度超过80％达到熔接要求，根据其信息，基于光纤多自由度旋转平台，利用深度神经网络和中心寻优算法相结合实现光纤三维姿态的闭环控制自动调整，进而实现超高效率耦合、高消光比小芯径保偏光纤对接。

【技术实现步骤摘要】
小芯径熊猫型保偏光纤精准对接方法
本专利技术涉及光纤
，具体为小芯径熊猫型保偏光纤精准对接方法。
技术介绍
在保偏光纤中，传播到光纤中的线性偏振光波的偏振在传播过程中得以保持，偏振面之间光功率的交叉耦合很小或没有，这种偏振方向保持功能极为重要。目前国内暂无成熟的小芯径保偏光纤对接技术，而国外对准角度只能达到±5度以内，消光比只能达到20dB以上。而且一旦偏移角度过大，连接器端必须剪断重新加头，浪费工时，且品质难以保证。同时，尽管国内近年在保偏光纤的细径研制方向取得了较大进步，但对于40μm、60μm芯径保偏光纤，仍会存在轻度偏心的非理想结构光纤，此时对于光纤的对接则显得更为困难。目前市场上的熔接机大多数只能对包层直径为125μm的保偏光纤进行熔接，但并不能精准处理国内同心度较差的保偏光纤。公开文献“荣伟彬，高健，陈涛，王乐锋，孙立宁，超细径保偏光纤的对轴方法优化及实验，《光电工程》2010，Vol.37,No.8.”中虽然公开了一种40μm的超细径保偏光纤的侧面成像对轴方法，但其采用的是传统的POL方法改进，通过抑制数据的飘移和干扰，从而达到提到超细径保偏光纤对轴精度的目的，且最终实现的最佳重复精度水平在1.6°，因此，在超细径保偏光纤领域，光纤的对轴精度仍存在很大的提升空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供小芯径熊猫型保偏光纤精准对接方法，以解决现有技术中存在的小芯径熊猫型保偏光纤存在偏心的非理想结构时的难以高精度对接的问题。需要说明的是，本专利技术所述的小芯径熊猫型保偏光纤指的是芯径小于60μm范围内的熊猫型保偏光纤。为实现上述目的，本发提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种小芯径熊猫型保偏光纤待对接端三维图像构建方法，用于小芯径熊猫型保偏光纤精准对接方法，包括以下步骤：步骤100：基于相互垂直双目显微摄像头获取光纤待对接端附近界面图像；根据界面图像信息建立三维光纤坐标信息库；需要说明的是，所述相互垂直双目摄像头为两台参数相同的显微相机分别装配在耦合界面的两个正交侧面上构成的；在此之前，需先选择合适的参考坐标系，将相机沿坐标系x,y轴装配，相机获得的图像信息等价于三维组件在平面yoz和xoz内的二维正交投影；标定相机内外参数和相对位置，再通过特征点匹配和基线约束来寻找图像中的相同特征点，特征点提取包括初提取和精优化，最后使用标定好的相机参数、相机成像模型和特征点图像坐标获取空间点的三维坐标。步骤200：采用棱镜系统和应力区识别获得完整的光纤端面形貌；分别获得两个光纤待对接端附近界面轴向和端面图像后建立三维重构模型。进一步的，所述步骤200具体操作包括：步骤201：FPGA架构下的圆检测模块和自设直角棱镜成像系统重现应力区和纤芯的切面图像；步骤202：平行光束从侧面照射保偏光纤，保偏光纤对于侧面入射平行光近似一个柱面透镜，由于应力区、纤芯、包层等内部结构的折射率不同，而应力区结构是旋转不对称的，因此保偏光纤旋转时，光强分布随保偏光纤偏振轴方位角的不同而不同，分析光强的变化曲线就可以得出保偏光纤应力区的方位角和端面的高度信息，不平整程度；步骤203：利用正上方和侧方的CCD镜头获取光纤部分轮廓形貌；步骤204：利用改进的Hough直线检测算法提取特征值和边缘，并进行二值化处理；步骤205：再对两侧待对接光纤旋转90°从而获取完整轮廓和端面信息；步骤206：光纤的端面和轴向信息同时获取，至此重构出完整的光纤断裂点形貌；第二方面，本专利技术提供一种小芯径保偏光纤的精准对接方法，包括上述小芯径熊猫型保偏光纤待对接端三维图像构建方法，还包括以下步骤：步骤300：根据两个光纤的三维重构模型进行相似度计算，当相似度超过80％达到熔接要求；步骤400：根据相似度判断结果，基于光纤多自由度旋转平台，利用优化的神经网络算法实现光纤三维姿态的闭环控制自动调整，进而实现超高效率耦合、高消光比小芯径保偏光纤对接。进一步的，所述步骤300具体操作包括：步骤301：输入所有重构出的所有关于光纤的端面、位置、熊猫眼、同心度、切割面平整度信息；步骤302：对重构光纤进行相似度分析，相似度小于80％，则视为不合格光纤被剔除；若相似度大于80％，则进行下个步骤；步骤303：深度神经网络和中心寻优算法相结合，根据所输入信息实现多自由度同时寻优，最大光功率耦合点目标即为全局最优对接姿态点。进一步的，所述步骤400中所述光纤多自由度旋转平台为精密电机多自由度驱动平台的全自动智能对接平台。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:第一方面，本专利技术提供的一种小芯径熊猫型保偏光纤待对接端三维图像构建方法，采用双目视觉位姿标定方法，即将双目视觉技术用于细径保偏光纤的对接，提高了小芯径熊猫型保偏光纤对轴的位姿标定精确度；并采用棱镜系统和应力区识别获得完整的光纤端面形貌，从而建立精确的三维重构模型。第二方面，本专利技术提供的小芯径熊猫型保偏光纤精准对接方法，采用所述三维图像构建方法，通过智能化算法寻找最优全局对接点，是实现高消光比、低损耗的对接的前提条件；打破国外技术垄断，实现姿态误差＜0.08°的高精度三维光纤重构，便于光纤轴间倾斜和轴向间隙的耦合；且针对国内小芯径光纤制作工艺有限情况下，解决了非理想偏振结构的光纤对接精度不高的问题。通过本专利技术所述本专利技术小芯径保偏光纤的精准对接方法对接后的小芯径保偏光纤可应用于小型化的光纤陀螺仪，以超高的精度要求保持恒定的相位差从而进行惯性导航。附图说明图1为本专利技术的具体实施方式中所使用的三维调节架实物图；图2为本专利技术的具体实施方式中光纤匹配点求取示意图；图3为本专利技术的具体实施方式中对接过程中采集的原始熊猫眼图像；图4为本专利技术的具体实施方式中经阈值处理后的小芯径熊猫保偏光纤待对接端的端面即熊猫眼端面图；图5为本专利技术的具体实施方式中所述小芯径熊猫保偏光纤待对接端三维重构整体示意图；图6为本专利技术的具体实施方式中所述小芯径熊猫保偏光纤待对接端的端面重构示意图；图7为本专利技术的具体实施方式中所述双目视觉和棱镜成像装置结构示意图；图8为本专利技术的具体实施方式中所述小芯径熊猫保偏光纤精准对接后效果示意图；图9为本专利技术的具体实施方式中所述小芯径熊猫保偏光纤精准对接后进一步熔接后的效果示意图。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和具体实施方式对本专利技术公开的一种小芯径熊猫型保偏光纤精准对接方法进行详细描述。本实施例具体选择两根芯径40μm的同心度分别为3°和4°的待对接的熊猫型保偏光纤,选用1W的光源来进行实验，光纤端面图像清晰，两个应力区明显且呈现红色而端面偏向黄色，应力区与端面有着较大的差异。首先对两根待对接光纤进位姿标定，具体的过程如下：将两台焦距为1.5mm，5倍放大，物距为2.1mm，数值孔径为0.18的CCD相机分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.小芯径熊猫型保偏光纤待对接端三维图像构建方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：采用相互垂直双目显微摄像头获取两根小芯径熊猫型保偏光纤待对接端附近界面图像；根据界面图像信息建立三维光纤坐标信息库；/n步骤二：采用棱镜系统和应力区识别获得完整的光纤端面形貌；分别获得两个光纤待对接端附近界面轴向和端面图像后建立三维重构模型。/n

【技术特征摘要】
1.小芯径熊猫型保偏光纤待对接端三维图像构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采用相互垂直双目显微摄像头获取两根小芯径熊猫型保偏光纤待对接端附近界面图像；根据界面图像信息建立三维光纤坐标信息库；
步骤二：采用棱镜系统和应力区识别获得完整的光纤端面形貌；分别获得两个光纤待对接端附近界面轴向和端面图像后建立三维重构模型。


2.根据权利要求1所述的小芯径熊猫型保偏光纤待对接端三维图像构建方法，其特征在于，所述相互垂直双目摄像头为两台参数相同的显微相机分别装配在耦合界面的两个正交侧面上构成的。


3.根据权利要求1所述的小芯径熊猫型保偏光纤待对接端三维图像构建方法，其特征在于，在所述步骤一之前，需先选择合适的参考坐标系，将相机沿坐标系x,y轴装配，相机获得的图像信息等价于三维组件在平面yoz和xoz内的二维正交投影。


4.根据权利要求1所述的小芯径熊猫型保偏光纤待对接端三维图像构建方法，其特征在于，所述步骤二具体操作包括：
步骤201：FPGA架构下的圆检测模块和自设直角棱镜成像系统重现应力区和纤芯的切面图像；
步骤202：平行光束从侧面照射保偏光纤，保偏光纤对于侧面入射平行光近似一个柱面透镜，分析光强的变化曲线就可以得出保偏光纤应力区的方位角和端面的高度信息，不平整程度；
步骤203：利用正上方和侧方的CCD镜头获取光纤部分轮廓形貌；
步骤204：利用改进的Hough直线检测算法提取特征值和边缘，并进行二值化处理；
步骤205：再对两侧待对接光纤旋转90°从而获取完整轮廓和端面信息；
步骤206：光纤的端面和轴向信息同时获取，至此重构出完整...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹辉，吴卉，赵妍，张云山，李瑞民，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32