[发明专利]一种基于端面图像自相关的光纤保偏熔接旋转角对准方法

摘要

本发明公开了一种基于端面图像自相关的光纤保偏熔接旋转角对准方法。本发明通过熔接机的端面成像装置，获得两段光纤端面的图像，使用边缘检测和圆拟合方法提取出光纤端面区域的图像；通过计算不同角度时的自相关系数，并比较水平截线上的频率分量，完成两段光纤端面旋转角对准。本发明提供的基于端面图像自相关的光纤保偏熔接旋转角对准方法，适用于需要进行保偏熔接的光纤，如熊猫型保偏光纤、多芯光纤等，对于不同种类的两段光纤也可以进行熔接，具有适用性广、精度高的特点。

主权项

1.一种基于端面图像自相关的光纤保偏熔接旋转角对准方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获得两段光纤端面的图像：通过熔接机的端面成像装置，分别获得第一待熔光纤和第二待熔光纤的清晰的端面图像；(2)包层圆参数检测：将第一待熔光纤端面的彩色图像转换为灰度图像，对灰度图像进行滤波，使图像更加平滑，减小光纤端面上切割缺口造成的影响，得到灰度图像grayScaleImg，以grayScaleImg的左上方顶点为原点建立直角坐标系，第一行像素的排列方向为x轴的正方向，第一列像素的排列方向为y轴的正方向；将grayScaleImg转换为二值图像binaryImg，binaryImg中非光纤端面部分的灰度值为0，光纤端面区域的灰度值为255；检测binaryImg中光纤包层的边缘，对包层边缘上所有的像素点进行圆拟合，拟合出的包层圆半径为R，圆心坐标为(x₁,y₁)；以(x₁,y₁)为中心，从grayScaleImg中提取出像素点数量为m×n个的光纤端面区域灰度值矩阵K(m,n)，m、n分别为灰度值矩阵的行数和列数，m、n为奇数且m＞2R、n＞2R，K(m,n)的中心即为grayScaleImg中包层的圆心(x₁,y₁)；(3)计算第一待熔光纤不同旋转角度β时的自相关系数R_β：以角度步长θ将灰度值矩阵K(m,n)绕矩阵中心进行插值逆时针旋转，旋转角度为β时的灰度值矩阵为K_β′，β＝a×θ，a为整数，使矩阵K_β′和K(m,n)的中心重合，然后将K_β′中越过矩阵K(m,n)边线的像素位置去掉，对K_β′中缺少的像素位置以背景灰度值backgroundVal进行填充，得到元素数量为m×n的灰度值矩阵K_β(m,n)，所述背景灰度值指grayScaleImg左上角顶点像素的灰度值；将K_β(m,n)进行上下翻转得到flipK_β(m,n)，计算灰度值矩阵K_β(m,n)和flipK_β(m,n)的自相关系数R_β，则R_β为角度为β时第一待熔光纤的自相关系数，不同旋转角度β时的自相关系数R_β组成自相关系数向量R；(4)获得第一待熔接光纤的旋转角度：对得到的自相关系数向量R中的元素进行归一化，归一化后自相关系数的最小值为0，最大值为1；由于光纤端面的径向对称轴和grayScaleImg中x轴平行时的自相关系数比其他旋转角度高，所以自相关系数与角度β的曲线具有N个峰值，其中第一个峰值对应的角度为β1，第二个峰值对应的角度为β2，提取出K_β1(m,n)与K_β2(m,n)中第行，第1到第列的灰度值，得到灰度值向量对灰度值向量进行快速傅里叶变换，得到各个频率分量的模值组成的向量计算中直流分量freqData_β1(1)与其他非直流频率分量的模值的比值ratio_β1，计算中直流分量freqData_β2(1)和其他非直流频率分量模值的比值ratio_β2，ratio_β1和ratio_β2中较大的值对应的角度为β1max，当第一待熔光纤的旋转角度为β1max时光纤端面的径向对称轴和grayScaleImg中的x轴平行，其径向对称轴上灰度值的频率分量中高频成分较多，β1max为第一待熔光纤端面对准时的旋转角度；(5)获得第二待熔光纤的旋转角度：对第二待熔光纤重复步骤(2)‑(4)，得到第二待熔光纤对应的旋转角度β2max；(6)第一待熔光纤和第二待熔光纤对准：将得到的旋转角度β1max和β2max输入熔接机，分别使第一待熔光纤和第二待熔光纤旋转β1max和β2max，旋转方向和端面图像旋转的方向一致，完成第一待熔光纤和第二待熔光纤旋转角精确对准。