基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法技术

本发明专利技术提供一种基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法，通过获取两侧的光纤端面RGB图像；进行灰度处理得到光纤端面的灰度图；进行高斯滤波处理，进行固定阈值的二值化得到二值化图像；进行应力区Canny边缘检测，获得光纤边缘轮廓图像；采用霍夫梯度下降算法识别得到各光纤边缘轮廓图像中两圆圆心位置和纤芯圆心位置，分别得到光纤的偏振角度；对比分析得到相似度，设定相似度阈值，若达到设定相似度阈值，则给出两侧待耦合熔接光纤头空间位置信息，根据其信息，基于光纤三维与旋转平台，实现光纤三维姿态的闭环控制自动调整后，实现保偏光纤对接；若未能达到阈值，两段光纤端面不匹配；该方法，与现有技术相比，自适应良好，对接精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法
本专利技术涉及一种基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法，涉及光纤

技术介绍
熊猫眼保偏光纤在传感器领域应用的日渐活跃，推动了熊猫眼保偏光纤熔接技术相应的发展。熊猫眼保偏光纤熔接要求接点的光功率损耗尽量小、偏振保持的性能良好。而影响熊猫眼保偏光纤性能的主要因素有光纤衰耗和双折射效应，其中对熊猫眼保偏光纤最关注的因素是双折射指标。为此熊猫眼保偏光纤熔接前必须进行双折射轴的精确对准，这是熊猫眼保偏光纤熔接技术要解决的关键问题。目前主要采用光强分布检测实现光纤对准，通过获取光纤的光强曲线，得到峰值时，进行对芯，如中国专利CN201310369271.X公开的一种熊猫型保偏光纤侧视对轴装置及方法，这种方法下，存在峰值模糊、误差大、精度低的问题。上述问题是在保偏光纤熔接过程中应当予以考虑并解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法，解决现有技术中存在的如何在保偏光纤熔接前实现双折射轴的精确对准的问题。本专利技术的技术解决方案是：一种基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法，包括以下步骤，S1、将待对接的光纤分别置于光纤熔接机平台上，利用直角棱镜将两侧待对接的光纤的光路反射至摄像头的视场中，使用摄像头分别获取两侧的光纤端面RGB图像；S2、采用线性加权法，将光纤端面RGB图像进行灰度处理，分别得到光纤端面的灰度图；S3、对上一步骤得到的光纤端面的灰度图进行高斯滤波处理，分别得到高斯模糊后的高斯模糊灰度图，将所得高斯模糊灰度图进行固定阈值的二值化，得到二值化图像；S4、对得到的二值化图像分别进行应力区Canny边缘检测，采用轮廓绘制函数对目标图像进行灰度对比，输出得到只含有圆形的图像，即图像只包含光纤边缘轮廓和应力区中心轮廓以及纤芯轮廓；S5、采用霍夫梯度下降算法识别得到各光纤边缘轮廓图像中两圆圆心位置和纤芯圆心位置；在一侧光纤边缘轮廓图像中标记识别应力区的圆心为A(x1,y1)和B(x2,y2)，纤芯圆心为R1(x10,y10)，在另一侧光纤边缘轮廓图像中标记识别的应力区圆心为C(x3,y3)和D(x4,y4)，纤芯圆心为R2(x20,y20)；否则认为没有识别到应力区圆心，由光纤熔接机平台的电机驱动光纤至摄像头的视场中，返回步骤S1；S6、根据光纤边缘轮廓图像中两个标记识别的圆心坐标，分别得到光纤的偏振角度；S7、将光纤熔接机平台上的待对接的光纤进行旋转，使两侧光纤的偏振角度趋于0°，即左右两侧光纤趋于水平，由步骤S1-S6获取此时的两组图像，对比分析得到相似度，进入下一步骤；S8、设定相似度阈值，若达到设定相似度阈值，则给出两侧待耦合熔接光纤头空间位置信息，根据其信息，基于光纤三维与旋转平台，实现光纤三维姿态的闭环控制自动调整后，实现保偏光纤对接；若未能达到阈值，将左侧或者右侧光纤旋转180°，再次经过步骤S1-S7，对比相似度，若仍未能达到阈值，则两段光纤端面不匹配，重新切割或更换光纤后，返回步骤S1。进一步地，步骤S3中，对上一步骤得到的灰度图进行高斯滤波处理，具体为，S31、根据二维高斯函数计算图像中每个像素点的权重值，建立权重矩阵，设定高斯内核，在图像的水平和垂直的两个方向上，即X和Y两个方向上，设定标准差，将每个像点乘以对应权值，求和得到中心点的高斯模糊的值，计算出所有像素点的高斯模糊值，得到高斯模糊后的灰度图；S32、对上一步骤得到的高斯模糊图像进行固定阈值的二值化，根据不同阈值下应力区识别结果，选择固定二值化阈值，对每个像素点进行固定二值化处理，得到二值化图像。进一步地，步骤S5中，采用霍夫梯度下降算法识别得到各光纤边缘轮廓图像中两圆圆心位置和纤芯圆心位置，具体为，S51、对光纤边缘轮廓图使用高斯函数作为算子对图像像素求梯度值；S52、重复上一过程，计算全部像素点的邻域内的梯度值；S53、将步骤S4中所得光纤边缘轮廓图从图像空间映射到极坐标空间，也就是将光纤边缘轮廓图在X-Y坐标系中的像素点转换到变量空间，变量空间的选择是由要检测的直线形状决定的；S54、在极坐标空间中，初始化圆心空间N(a,b)，这里(a，b)表示所有可能的圆心的位置，N(a，b)是各圆心位置(a，b)的投票数，初始化为0；S55、遍历边缘二值化图像的非零像素点，沿着图形的梯度方向，将线段经过的所有累加器中的点(a,b)，对应的N(a,b)+1；S56、根据投票数，降序排序数组N(a,b)，若排序前三位的投票值N(a,b)超过设定的阈值，则选择这三个点作为应力区识别的圆心和纤芯的圆心，标记识别应力区的圆心为A(x1,y1)和B(x2,y2)、纤芯的圆心为R1(x0,y0)；在另一侧光纤边缘轮廓图像中标记识别的应力区圆心为C(x3,y3)和D(x4,y4)，纤芯圆心为R2(x20,y20)；否则认为没有识别到应力区圆心，将电机正向转动后，返回步骤S1。进一步地，步骤S56中，排序前三位的三个点中，距离另外两点的距离最相近的点，即为纤芯的圆心点，其余两点标记为应力区圆心点。进一步地，步骤S6中，根据光纤边缘轮廓图像中两个标记识别的圆心A和B的坐标，分别得到光纤的偏振角度，具体为，光纤的偏振角度θ1：同理根据标记识别的圆心C和D的坐标，得到另一侧光纤的偏振角度θ2：进一步地，步骤S7中，对比分析得到相似度，具体为，使用步骤S5中两侧已标记圆心的光纤边缘轮廓图像，将点A和点C重合计算点B和点D的坐标距离，记为L1；同理，将点B和点D坐标重合，计算点A和点C之间的距离，记为L2，计算R1和R3的距离，记为L3，相似度则为本专利技术的有益效果是：该种基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法，与现有技术相比，自适应良好，对接精度高，尤其适用于40～60um的光纤熔接。基于此技术，可适用于航天惯导市场中光纤陀螺仪和光纤熔接机的断纤对接熔接等场景。附图说明图1是本专利技术实施例基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法的流程示意图。图2是实施例中直角棱镜与摄像头的设置说明示意图。图3是实施例中直角棱镜进行光路反射的说明示意图。图4是实施例中摄像头获取两侧的光纤端面RGB图像的示意图，其中，(a)是一侧的光纤端面RGB图像，(b)是另一侧的光纤端面RGB图像。图5是实施例中灰度处理后光纤端面的灰度图的示意图，其中，(a)是一侧的光纤端面的灰度图，(b)是另一侧的光纤端面的灰度图。图6是实施例中高斯滤波处理后的高斯模糊灰度图，其中，(a)是一侧的高斯模糊灰度图，(b)是另一侧的高斯模糊灰度图。图7是实施例中二值化后的图像示意图，其中，(a)是一侧的二值化图像，(b)是另一侧的二值化图像。图8是实施例中进行应力区Canny边缘检测后的光纤边缘轮廓图像的示意图；其中，(a)是一侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法，其特征在于：包括以下步骤，/nS1、将待对接的光纤分别置于光纤熔接机平台上，利用直角棱镜将两侧待对接的光纤的光路反射至摄像头的视场中，使用摄像头分别获取两侧的光纤端面RGB图像；/nS2、采用线性加权法，将光纤端面RGB图像进行灰度处理，分别得到光纤端面的灰度图；/nS3、对上一步骤得到的光纤端面的灰度图进行高斯滤波处理，分别得到高斯模糊后的高斯模糊灰度图，将所得高斯模糊灰度图进行固定阈值的二值化，得到二值化图像；/nS4、对得到的二值化图像分别进行应力区Canny边缘检测，采用轮廓绘制函数对目标图像进行灰度对比，输出得到只含有圆形的图像，即图像只包含光纤边缘轮廓和应力区中心轮廓以及纤芯轮廓；/nS5、采用霍夫梯度下降算法识别得到各光纤边缘轮廓图像中两圆圆心位置和纤芯圆心位置；在一侧光纤边缘轮廓图像中标记识别应力区的圆心为A(x

【技术特征摘要】
1.一种基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、将待对接的光纤分别置于光纤熔接机平台上，利用直角棱镜将两侧待对接的光纤的光路反射至摄像头的视场中，使用摄像头分别获取两侧的光纤端面RGB图像；
S2、采用线性加权法，将光纤端面RGB图像进行灰度处理，分别得到光纤端面的灰度图；
S3、对上一步骤得到的光纤端面的灰度图进行高斯滤波处理，分别得到高斯模糊后的高斯模糊灰度图，将所得高斯模糊灰度图进行固定阈值的二值化，得到二值化图像；
S4、对得到的二值化图像分别进行应力区Canny边缘检测，采用轮廓绘制函数对目标图像进行灰度对比，输出得到只含有圆形的图像，即图像只包含光纤边缘轮廓和应力区中心轮廓以及纤芯轮廓；
S5、采用霍夫梯度下降算法识别得到各光纤边缘轮廓图像中两圆圆心位置和纤芯圆心位置；在一侧光纤边缘轮廓图像中标记识别应力区的圆心为A(x1,y1)和B(x2,y2)，纤芯圆心为R1(x10,y10)，在另一侧光纤边缘轮廓图像中标记识别的应力区圆心为C(x3,y3)和D(x4,y4)，纤芯圆心为R2(x20,y20)；否则认为没有识别到应力区圆心，由光纤熔接机平台的电机驱动光纤至摄像头的视场中，返回步骤S1；
S6、根据光纤边缘轮廓图像中两个标记识别的圆心坐标，分别得到光纤的偏振角度；
S7、将光纤熔接机平台上的待对接的光纤进行旋转，使两侧光纤的偏振角度趋于0°，即左右两侧光纤趋于水平，由步骤S1-S6获取此时的两组图像，对比分析得到相似度，进入下一步骤；
S8、设定相似度阈值，若达到设定相似度阈值，则给出两侧待耦合熔接光纤头空间位置信息，根据其信息，基于光纤三维与旋转平台，实现光纤三维姿态的闭环控制自动调整后，实现保偏光纤对接；若未能达到阈值，将左侧或者右侧光纤旋转180°，由步骤S1-S7获取相似度后再次进行相似度阈值对比，若仍未能达到阈值，则两段光纤端面不匹配，重新切割或更换光纤后，返回步骤S1。


2.如权利要求1所述的基于霍夫梯度下降的熊猫眼保偏光纤自适应对轴方法，其特征在于：步骤S3中，对上一步骤得到的灰度图进行高斯滤波处理，具体为，
S31、根据二维高斯函数计算图像中每个像素点的权重值，建立权重矩阵，设定高斯内核，在图像的水平和垂直的两个方向上，即X和Y两个方向上，设定标准差，将每个像点乘以对应权值，求和得到中心点的高斯模糊的值，计算出所有像素点的高斯模糊值，得到高斯模糊后的灰度图；
S32、对上一步骤得到的高斯模糊图像进行固定阈...

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