一種光纖陣列纖芯距精密測量方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光纖陣列纖芯距精密測量方法和系統(tǒng)，其中，所述方法包括：利用預設的標定模板進行標定，獲得誤差；通過預設的測量模板，采集所述被測光纖陣列端面圖像，所述測量模板與所述被測光纖陣列端面對應固定在可移動的工作臺上，所述光纖陣列的光纖中有光源光線在傳導；根據(jù)所述測量模板，按照預設的算法，將采集的多幅圖像按順序進行拼接復原，并對其進行處理，得到處理后的圖像，根據(jù)所述處理后的圖像和所述誤差，計算纖芯位置。本發(fā)明能夠在不提高成本的情況下，有效提高光纖陣列纖芯距測量的精度。
【專利說明】一種光纖陣列纖芯距精密測量方法和系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測量【技術領域】，尤其涉及一種光纖陣列纖芯距精密測量方法和系統(tǒng)?！颈尘凹夹g】
[0002]光纖陣列是光纖通信系統(tǒng)中光學器件與光纖之間連接應用最廣泛的器件，主要應用在平面光波導器件、LD/PD陣列光纖器件、陣列波導光柵光通信網(wǎng)、密集波分復用以及多通道微光學模塊中，具有柔性傳像、使用空間自由度大、易實現(xiàn)細長結構、重量輕等特點。光纖陣列有125 μ m、127 μ m、250 μ m三種類型的纖芯距，通道數(shù)有1,2,4, 8，16，32，64等，最多可達128通道數(shù)。由于制造和裝配誤差，會導致光纖放在V型槽內排列不是嚴格的等間距。對應用于各領域中能夠實現(xiàn)光纖陣列與光學元件的精確連接，光纖陣列的纖芯位置誤差是造成耦合損耗的關鍵因素。因此，為了能夠實現(xiàn)光纖陣列與光學元件的精確連接，最大限度的減少耦合損耗，提高耦合過程中的對準精度，對光纖陣列纖芯位置的精密檢測非常必要。
[0003]目前，用于進行光纖陣列纖芯位置測量的方法和系統(tǒng)大致有以下幾種。
[0004]一種測量方式是人工測量，也就是說，人工觀察顯微鏡，移動夾持有光纖陣列的工作臺，使纖芯與標靶中心對齊，再通過工作臺光柵尺的反饋數(shù)據(jù)讀出纖芯間的實際相對數(shù)值。但這種測量方法效率低，測量結果受人為影響比較嚴重，為了滿足量產(chǎn)化的需要，降低成本并提高生產(chǎn)效率，需要研制出非接觸、高精度的自動化光纖陣列間距測量設備。
[0005]另外幾種測量方法的測量精度比較高，一種是相對測量法，具體過程是，固定在壓電調節(jié)器上的標準光纖陣列做高速的旋轉運動，與被測樣本陣列纖芯重疊耦合，測量出旋轉運動產(chǎn)生的光纖耦合參數(shù)，從而獲得光纖陣列纖芯的偏移距離和偏移方向。另一種是，通過白光源透射到光纖陣列(FA)，近場模式(NFP)光學輪廓儀可以觀測到FA的中心，NFP光學輪廓儀將通過監(jiān)視過程來查找每個光纖中心坐標的集合中心。該幾種方法測量精度高，耗時短，但它們都有一個共同的缺點，就是測量設備十分昂貴，對于許多科研單位、機構院校及一些企業(yè)，要想購買一套測量設備進行相關的測量研究，是一件十分困難的事情。
[0006]還有一種方法是，使用一個精確的光纖陣列模板作參考，經(jīng)過圖像識別與處理得到光纖陣列的纖芯坐標值以及V型槽的頂點坐標，通過計算機計算得到光纖陣列的纖芯位置分布圖以及V型槽的頂點分布圖。該方法不需要亞微米級高精度線性傳送平臺，相對而言，該測量系統(tǒng)更為緊湊，價格也比較低廉，但由于該方法沒有對其測量系統(tǒng)進行標定，且測量方法中也沒有對多幅圖像進行拼接復原的步驟，測量模板中也確實輔助拼接的相關設置，因此其測量精度偏低。
[0007]綜上所述，現(xiàn)有的測量方法和系統(tǒng)，有的測量技術精度偏低，而精度高的測量技術又系統(tǒng)復雜，且價格昂貴。因此，現(xiàn)在急需研究出精簡、經(jīng)濟、高精度的測量光纖陣列纖芯位置的方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】
[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供一種光纖陣列纖芯距精密測量方法，所述方法包括:[0009]步驟A，利用預設的標定模板進行標定，從而獲得系統(tǒng)誤差；
[0010]步驟B，通過預設的測量模板，采集所述被測光纖陣列端面圖像，所述測量模板與所述被測光纖陣列端面對應固定在可移動的工作臺上，所述光纖陣列的光纖中有光源光線在傳導，首次采集的圖像包括至少兩個纖芯，移動工作臺，再采集所述被測光纖陣列端面圖像，再次采集的圖像包括至少兩個纖芯，且至少有一個纖芯為上一次所采集的圖像中的纖芯之一，繼續(xù)按同方向移動工作臺，重復采集圖像的過程，直至整個所述被測光纖陣列端面被采集完畢；
[0011]步驟C，根據(jù)所述測量模板，按照預設的算法，將采集的多幅圖像按順序進行拼接復原，并對其進行處理，得到處理后的圖像，根據(jù)所述處理后的圖像和所述系統(tǒng)誤差，計算纖芯位置。。
[0012]本發(fā)明還提供一種光纖陣列纖芯距精密測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0013]標定模板，用于標定系統(tǒng)中顯微放大模塊的誤差；
[0014]測量模板，用于置于與被測光纖陣列端面相對應的位置上；
[0015]工作臺，用于固定放置被測光纖陣列，并能帶動被測光纖陣列進行移動；
[0016]圖像采集模塊，用于通過光源，采集疊加了測量模板的所述被測光纖陣列端面圖像，首次采集的圖像包括至少兩個纖芯，在移動工作臺后，再次采集所述被測光纖陣列端面圖像，再次采集的圖像包括至少兩個纖芯，且至少有一個纖芯為上一次所采集的圖像中的纖芯之一，在繼續(xù)按同一方向移動工作臺后，重復所述圖像采集的過程，直至整個所述被測光纖陣列端面被采集完畢；
[0017]圖像處理模塊，用于根據(jù)所述測量模板，按照預設的算法，將采集的多幅圖像按順序進行拼接復原，并對其進行處理，計算纖芯位置。
[0018]本發(fā)明提供的技術方案，能夠有效的降低光纖陣列纖芯距的測量成本，同時還能保證其較高的測量精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明提供的一種光纖陣列纖芯距精密測量方法的流程圖。
[0020]圖2是本發(fā)明提供的一種標定模板的結構示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明提供的一種利用標定模板對圖像采集設備進行標定的流程圖。
[0022]圖4是本發(fā)明提供的一種測量模板結構示意圖。
[0023]圖5A是本發(fā)明提供的一種前后兩幅圖像位置發(fā)生偏差時的示意圖。
[0024]圖5B是本發(fā)明提供的一種前后兩幅圖像位置無偏差時的示意圖。
[0025]圖6是本發(fā)明提供的另一種測量模板結構示意圖。
[0026]圖7是本發(fā)明提供的一種光纖陣列纖芯距精密測量裝置的示意圖。
[0027]圖8A是本發(fā)明提供的一種兩幅圖像位置錯誤的示意圖。
[0028]圖8B是本發(fā)明提供的一種兩幅圖像位置正確的示意圖。
[0029]圖9是現(xiàn)有技術提供的一種測量模板的結構示意圖。
[0030]圖10是本發(fā)明提供的一種計算纖芯距的圖像處理算法的流程圖。
[0031]圖11是本發(fā)明提供的一種經(jīng)過處理的光纖陣列端面顯微放大圖像。
圖12是本發(fā)明提供的一種光纖陣列纖芯距精密測量系統(tǒng)示意圖。【具體實施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0033]方法實施例:
[0034]請參考圖1，該圖示出了本發(fā)明進行光纖陣列纖芯距測量的方法實施例的流程，本實施例可以包括以下步驟。
[0035]步驟101，利用預設的標定模板進行標定，從而獲得誤差。
[0036]所述標定模塊，為用于標定的特制模板，之所以要使用標定模板，得先從標定開始說起。
[0037]標定一般是指，對所使用儀器的準確度(精度)進行檢測，從而確定儀器或測量系統(tǒng)的輸入一輸出關系，賦予儀器或測量系統(tǒng)分度值；確定儀器或測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標；消除系統(tǒng)誤差，改善儀器或系統(tǒng)的精確度。因此，在科學測量中，標定是一個不容忽視的重要步驟。由于本發(fā)明提供的技術方案需利用對被測光纖陣列端面進行放大，再采集放大的圖像，所以在進行測量之前，需先對進行顯微放大的裝置進行標定，而標定模板就是為標定而特制的一種器件，如圖2所示。
[0038]請參考圖3，利用標定模板進行標定的過程，可以包括以下步驟:
[0039]步驟201，將標定 模板放置于圖像采集設備前。
[0040]通常情況下，標定模板會放置于圖像采集設備前，使得標定模板上的幾何圖形可以被清楚的顯示在所采集到的圖像上。
[0041]步驟202，采集標定模板的圖像。
[0042]為了能夠獲取該測量系統(tǒng)的相關誤差參數(shù)，需采集標定模板的圖像，通過對所采集的圖像上的幾何圖形與實際的標定圓點的差異來確定誤差參數(shù)，具體的確定誤差參數(shù)的過程，在后續(xù)步驟中，會進一步進行說明。
[0043]步驟203，檢測出圖像中的幾何圖形。
[0044]采集完標定模板的圖像之后，需對所采集的圖像進行進一步的分析檢測，獲取到圖像中各幾何圖像的尺寸及位置信息。該獲取標定圓點相關信息的過程，在后續(xù)步驟中會進行詳細說明。
[0045]步驟204，計算出顯微放大設備的相關參數(shù)。
[0046]根據(jù)步驟203所獲取到的信息，計算出相關參數(shù)，例如，所述標定模板上的幾何圖像為標定圓點，且該標定圓點的實際直徑和間距是已知的，那么將圖像中某一標定圓點的直徑Φ1，與該標定圓點的實際直徑Φ2相比，也就是Φ1/Φ2，從而計算出放大倍數(shù)。與此相似的，可以根據(jù)其他信息，計算出系統(tǒng)誤差、像差等參數(shù)。
[0047]在現(xiàn)有技術中，通常都沒有針對光纖陣列測量的專用標定模板，所以其測量精度往往不夠理想。但本發(fā)明提供了一種專門針對該測量光纖陣列纖芯位置的技術方案的標定豐旲板，可以有效提聞測量精度。
[0048]步驟102，通過預設的測量模板，采集所述被測光纖陣列端面圖像，首次采集的圖像包括至少兩個纖芯，移動工作臺，再采集所述被測光纖陣列端面圖像，再次采集的圖像包括至少兩個纖芯，且至少有一個纖芯為上一次所采集的圖像中的纖芯之一，繼續(xù)按同方向移動工作臺，重復采集圖像的過程，直至整個所述被測光纖陣列端面被采集完畢。[0049]該步驟中的測量模板與步驟101中的標定模板是兩種不同的模板:測量模板是在對被測光纖陣列進行實際測量的時候使用；標定模板則是在進行標定時使用。二者的用途雖然不同，但其制作材料及工藝則基本相同，模板的制作材料通常為較透明，厚度小，強度好，熱脹系數(shù)低的材質，例如光學玻璃，然后將該材質通過微納米光刻工藝進行加工，制成所需模板，其結構如圖4所示。由圖4可以看出，測量模板通常包括圖像編碼信息，該圖像編碼信息可以設置成如圖4所示的測量模板，在該測量模板的中間設置一條較長的主線，以及在主線上還設置有短線，所說的主線和短線就是圖像編碼信息，當然圖像編碼信息也不僅僅局限與主線和短線，也可以設置成其他可以進行圖像編碼的幾何圖形。在說明測量模板上設置主線和短線的原因之前，先要對測量光纖陣列纖芯的技術難點進行說明。
[0050]由于光纖陣列纖芯的測量屬于高精度測量，其測量基本都是在納米級，一根光纖的纖芯直徑通常最多只有幾十微米，要想較為準確的對光纖陣列的纖芯進行相關測量，就必須使用高精度的測量設備。在進行此類測量時，對光纖陣列測量端面圖像進行放大是必不可少的步驟之一，由于進行顯微放大的設備的視場面積有限，那么在進行高精度測量時，被測光纖陣列的纖芯將被放大許多倍，這樣一來，視場中往往只能包含I至2個纖芯，而一個被測端面通常會包含多個纖芯，如果想要知道每個纖芯的位置，那么就要獲取到整個被測端面上所有纖芯的位置信息。這也是在進行光纖陣列纖芯位置測量中必需解決的技術難點之一。所以，現(xiàn)有技術通常是一次只獲取一個纖芯的位置信息，再將多次獲取到的信息進行綜合處理，最后得到需要的結果。因此，在實際應用過程中，為了能夠獲取到所有纖芯的位置信息，需要對光纖陣列會進行移動，這也就是為什么要將光纖陣列放置在可移動工作臺上的原因，因為這樣光纖陣列就可以隨工作臺的移動而移動了。而且一般可移動工作臺是三維可以移動工作臺，可以進行對其移動距離進行準確控制。然而在移動過程中，光纖陣列的位置可能會發(fā)生微小的偏移，為了能夠發(fā)現(xiàn)并校正這微小的偏差，而現(xiàn)有的一些技術方案在進行測量時，由于技術的局限，無法很好的克服這些偏差，而導致測量的準確性不夠聞。
[0051]由于在本發(fā)明中，所述測量模板上一般設置有一條較長的主線，該主線提供輔助校準信息。例如，請參看圖5A和圖5B，圖中直線為主線，圓形為纖芯。當采集到的前一幅圖像a和后一幅圖像b的位置關系發(fā)生偏差時，其主線就不在一條直線上，需進行校正，校正后，圖像a與圖像b上的主線就在一條直線上。這里需要說明的是，由于主線的寬度過寬，會影響測量的準確性，但寬度過窄，不利于后期圖像處理，所以主線寬度的設置需根據(jù)實際測量需要選擇適宜的寬度。經(jīng)過反復試驗，可以清楚的知道，主線的線寬最好在I μ m~5 μ m之間。
[0052]除了主線，所述測量模板上還可以設置若干條短線，該短線是用于對光纖陣列端面圖像中的纖芯進行編碼，短線的編碼規(guī)則一般是每一根纖芯進行一次編碼，所以短線之間的距離就是光纖陣列標準纖芯距。以32通道光纖陣列為例，標準纖芯距為127μπι，所以模板上短線之間的距離為127 μ m，那么該模板可用于通道數(shù)小于32，標準纖芯距為127 μ m的光纖陣列纖芯距的測量。而且，短線可以如圖2所示與主線成一定夾角，還可以與主線垂直(如圖6所示)。由于在進行多次圖像采集時，可以利用該短線對圖像進行標記，防止在對多幅圖像進行拼接時，發(fā)生拼接錯誤，所以短線的設置方式并不局限于圖4和圖6所示方式，只有可以起到標記識別的作用即可。[0053]這里需要說明的是，上文所述光纖陣列的通道數(shù)，即光纖陣列包含的光纖數(shù)量，而光纖陣列端面上的纖芯即光纖的端面。也就是說，有I個通道的光纖陣列包含有I根光纖，光纖陣列端面上有I個纖芯；有32個通道的光纖陣列就包含有32根光纖，光纖陣列端面上就有32個纖芯。
[0054]另外，上述標定模板和測量模板通常情況下其制作材質和加工工藝基本相同，尺寸大小也基本一致。因此，可以將二者制作成一塊模板，也就是說，一塊模板上，一部分是標定模板，另一部分是測量模板，這樣使用起來更加方便，使更換模板的工序變得更加簡單。
[0055]為了能夠準確測量，被測光纖陣列通常會被固定在一個用于測量的工作臺上，且該工作臺為可移動的平臺，工作臺上設置有夾具，用于將光纖陣列以及覆蓋在其測量端面上的模板固定住，防止其移位而影響測量。工作臺內部一般設有高精控制裝置，用于控制工作臺的臺面在水平或垂直方向上，根據(jù)需要進行精確移動。由于光纖陣列和模板固定在了工作臺上，所以當工作臺的臺面移動時，光纖陣列和模板也會隨之移動。
[0056]這里需要進行說明的是，由于一般光纖陣列的端面會有一個8°的傾斜面，如圖7所示，如果將光纖陣列放置在普通水平的夾具上，那么其被測端面會與垂直平面有8°的夾角，在進行圖像采集時，獲取到的圖像會因為該夾角而失真。為了解決這個問題，本發(fā)明會特制夾具1，該夾具I會相應的設置一個8°的傾斜角，當光纖陣列放置于該夾具I上時，被測端面與工作臺平面垂直，這樣就很好的克服了圖像采集時失真的問題。同時為了更好的固定被測光纖陣列，夾具I上通常還設置有擋板2，用于防止光纖陣列插入夾具時，插入過度；以及設置有卡壓部件3，用于將光纖陣列固定在夾具I上，以防止光纖陣列從夾具I上脫落。由于該夾具I的其他零部件，與一般夾具相類似，故此處不再做詳細說明。這里需要說明的是，圖7所示夾具I僅僅只是一個示例性的設計方式，在實際應用過程中，只要夾具能夠使被測端面與工作臺平面垂直，且固定在工作臺上即可。
[0057]通常情況下，可以使用攝像頭拍攝被模板覆蓋的被測光纖陣列的端面。為了便于后期的處理，一般還會使用圖像采集卡獲取數(shù)字化視頻圖像信息，并將其存儲和播放出來的硬件設備。采集測量端面圖像的具體過程是，攝像頭會通過模板拍攝被測光纖陣列的測量端面，而圖像采集卡會通過拍攝的圖像，獲取圖像信息，然后將圖像信息保存起來，以供日后進行輸出調用。
[0058]另外，根據(jù)前文的描述，可以清楚的知道在一次圖像采集過程中，通常無法獲取到全部纖芯的圖像信息，這也是光纖陣列纖芯測量的技術難點之一。現(xiàn)有技術一般是，一次只獲取一個纖芯的圖像信息，進行多次采集，再將多次獲取到的信息進行綜合處理，最后得到需要的結果，但所得到的結果不是太準確。而本發(fā)明每次采集的圖像通常包括兩個纖芯，其采集過程一般是，第一次采集第I個纖芯和第2個纖芯的圖像，然后通過移動工作臺來移動被測光纖陣列，直至將其移動到適合攝像頭拍攝的位置，然后再進行第二次采集，獲得第2個纖芯和第3個纖芯的圖像，本次采集接收后，繼續(xù)移動工作臺，再進行采集，如此反復，直至整個測量端面的所有纖芯被采集完畢，則整個圖像采集完成。
[0059]例如，現(xiàn)有4通道的光纖陣列，即測量端面有4個纖芯，將模板覆蓋在光纖陣列的端面上后，移動光纖陣列至適合攝像頭拍攝的位置，使攝像頭正好可以拍攝到第I個和第2個纖芯，在拍攝結束后，繼續(xù)移動光纖陣列，使攝像頭可以拍攝到第2個和第3個纖芯，在拍攝結束后，繼續(xù)移動光纖陣列，使攝像頭可以拍攝到第3個和第4個纖芯，則整個測量端面圖像采集完畢。除了上述拍攝方式外，還可以采用其他拍攝方式，例如第一次拍攝第I個和第2個纖芯，第二次拍攝第3個和第4個纖芯。當然，在實際操作過程中，也可以根據(jù)需要采用不同的拍攝方式。
[0060]步驟105，根據(jù)所述測量模板，按照預設的算法，將采集的多幅圖像按順序進行拼接復原，并對其進行處理，得到處理后的圖像，根據(jù)所述處理后的圖像和所述誤差，計算纖芯位置。
[0061]由步驟102可知，為了能夠獲取整個光纖陣列測量端面的圖像，通常會進行多次圖像采集，從而得到多幅圖像。為了便于處理，通常會將采集的多幅圖像按順序進行拼接，將其復原為整幅光纖陣列測量端面的圖像。這里需要注意的是，由于覆蓋在測量端面上的測量模板上設置有圖像編碼信息，因此在進行圖像拼接時，可以根據(jù)該圖像編碼信息判斷出所采集的圖像是否出現(xiàn)錯誤。例如，如果采用的拍攝方式是，第I次拍攝第I個和第2個纖芯，第2次拍攝第2個和第3個纖芯，那么如圖8A所示，其采集的圖像的順序正確，但如果如圖SB所示，那說明所采集的圖像排列順序錯誤，或者是拍攝時漏拍了纖芯。從而可以判斷出所采集的圖像是否出現(xiàn)錯誤。出錯的原因可以是圖像采集的時間十分迅速，通常是拍攝完第一幅圖像后，工作臺立刻移動，再拍攝下一幅圖像，在此過程中，有可能因為工作臺移動速度沒有跟上采集圖像的速度而出現(xiàn)錯誤；又或者在進行圖像排列時，出現(xiàn)前后兩幅圖像順序顛倒，等等。而與此同時，測量模板上還設置有圖像編碼信息，例如測量模板中間的主線，在將所采集好的圖像按順序進行排列后，即可根據(jù)主線對圖像中纖芯的偏移進行校正，由于前文已做說明，此處不再贅述。測量模板上設置的類似主線和短線這樣的圖像編碼信息，進一步提高了本發(fā)明所提供的技術方案的準確性和可靠性。但在一些現(xiàn)有的技術方案中，提供的測量模板通常是一個個連續(xù)的方形框，如圖9所示，該方形框不具備本發(fā)明提供的測量模板的校正和輔助拼接的功能，從而影響測量精度，所以本發(fā)明提供的技術方案相對現(xiàn)有技術中使用測量模板的方案測量精度更高。
[0062]由于在實際應用中，為了能夠使采集的圖像更加清晰，易于辨識，通常會設置光源，將該光源發(fā)出的光經(jīng)過準直透鏡后進入光纖傳導，使得所采集的圖像上光纖纖芯為一個高亮光點，這樣更利于后期按照預設的算法對圖像拼接復原，進行處理，進而使得根據(jù)圖像處理計算出的結果更加精確，提高了本發(fā)明技術方案的測量精度。
[0063]請參考圖10，對采集的圖像進行處理的過程可以包括以下步驟:
[0064]步驟301，讀取采集的光纖陣列端面圖像，并進行平滑濾波預處理。
[0065]這里值得注意的是，由于在實際應用過程中，所采集到的圖像可能由于圖像采集設備或者外界條件的影響而不是十分理想，為了能夠從圖像中更好的獲取到所需的信息，通常會對圖片進行平滑濾波預處理。當然，這并不是必須步驟，如果采集到的圖像十分清晰，完全符合預定要求，那么該步驟可以省略。
[0066]步驟302，提取定位光纖的成像區(qū)域，即感興趣區(qū)域。
[0067]由前述內容可知，由于設置的光源發(fā)出的可見光進入光纖進行傳導，使得光纖陣列測量端面上的纖芯呈現(xiàn)高亮，這樣就可以提取出光纖纖芯的成像區(qū)域。
[0068]步驟303，對感興趣區(qū)域進行亞像素級的邊緣提取并定位圓心。
[0069]這里可以采用二項式插值算法等算法對感興趣區(qū)域進行邊緣提取，然后利用最小二乘擬合法或對稱擬合法確定圓心。[0070]步驟304，計算出兩個纖芯中心的實際距離。
[0071]在采集完圖像后，根據(jù)圖像采集模塊的設置參數(shù)及所選用的顯微放大模塊的放大倍率計算出纖芯中心的實際距離。
[0072]例如，圖像處理模塊對圖像采集模塊采集到的圖像進行上述處理后，得到如圖11所示圖像，那么圖中黑色實線圓為纖芯，黑色虛線框是提取出的兩個感興趣區(qū)域，黑色直線就是要計算的纖芯距。
[0073]由于上文所提到的平滑濾波預處理、提取定位光纖的成像區(qū)域、二項式插值算法以及最小二乘擬合法屬于現(xiàn)有技術，則此處不再贅述。
[0074]由于在現(xiàn)有技術中，沒有最后的拼接還原步驟，其獲取到的只是單個纖芯相對于標準量的位置關系。而本發(fā)明提供的技術方案，可以通過對采集圖像的拼接還原，獲取到整個測量端面的組合圖像，進而更為準確的獲知測量端面上每個纖芯的位置關系，進一步的提高了該技術方案的測量精度。
[0075]裝置實施例:
[0076]請參考圖12，該圖示出了本發(fā)明提供的一種測量光纖陣列纖芯距的系統(tǒng)結構圖。該系統(tǒng)包括標定光源、標定模板(圖12中未示出)、測量模板、工作臺、圖像采集模塊以及圖像處理模塊。
[0077]其中，所述標定模板是用于標定系統(tǒng)誤差的一種特質的模板，該標定模板的結構一般如圖2所示，標定模板中通常會設置多個幾何圖形，各圖形按照設計要求排列，所述幾何圖形的大小與相對位置都是已知的，在優(yōu)選的實施方式中，該幾何圖形通常為圓形，即標定圓點，各標定圓點的直徑相同，標定圓點之間的間距也相同，但在實際應用中，可以根據(jù)需要，設計直徑或間距不同的標定圓點，且標定點也不局限于圓形，也可是方形等其他形狀。
[0078]另外，標定模板上的幾何圖形，通常尺寸較小，這是由于光纖陣列纖芯的測量通常是納米級的，所以用于采集圖像的設備的放大倍數(shù)一般都比較大，如果幾何圖形的尺寸過大，在采集的圖像時，很可能整個圖像只有一個幾何圖形或者只有幾何圖形的部分，也就無法獲取幾何圖形的信息，進而無法計算出相關參數(shù)，直徑影響測量精度。所以，在標定模板的制作過程中，需根據(jù)實際情況設計幾何圖形的大小和間距等。
[0079]在制作好標定模板后，可以按照以下步驟進行標定，其具體流程如圖3所示。
[0080]步驟201，將標定模板放置于圖像采集設備前；
[0081]步驟202，采集標定模板的圖像；
[0082]步驟203，檢測出圖像中的標定圓點；
[0083]步驟204，計算出圖像采集設備的相關參數(shù)。
[0084]在現(xiàn)有技術中，通常都沒有針對光纖陣列測量的專用標定模板，所以其測量精度往往不夠理想。但本發(fā)明提供了一種專門針對該測量光纖陣列纖芯位置的技術方案的標定豐旲板，可以有效提聞測量精度。
[0085]在進行完標定后，即可進入對光纖陣列的實際測量過程中。在實測時，需先將標定模板撤換為測量模板，才能進行后續(xù)步驟。
[0086]這里所說的測量模板，用于置于與被測光纖陣列端面相對應的位置上，優(yōu)選的實施方式是覆蓋在被測光纖陣列的測量端面上，該測量模板與之前所描述的標定模板是兩種不同的模板:測量模板是在對被測光纖陣列進行實際測量的時候使用；標定模板則是在進行標定時使用。二者的用途雖然不同，但其制作材料及工藝則基本相同，模板的制作材料通常為較透明，厚度小，強度好，熱脹系數(shù)低的材質，例如光學玻璃、石英玻璃、工程塑料等。然后將該材質通過微納米光刻、或者半導體加工等工藝進行加工，制成所需模板，其結構如圖4所示。所述測量模板包括圖像編碼信息，由圖4可以看出，測量模板的中間通常會設置一條較粗的主線，在主線上還設置有短線，這里的主線和短線就是圖像編碼信息。測量模板上設置的類似主線和短線這樣的編碼信息通常是使用高精度的加工設備進行加工得到的，例如高精度干涉儀等，這樣就確保測量模板的精度，從而保證了整個測量系統(tǒng)的測量精度。
[0087]另外，上述標定模板和測量模板通常情況下其制作材質和加工工藝基本相同，長度也基本一致。因此，可以將二者制作成一塊模板，也就是說，一塊模板上，一部分是標定模板，另一部分是測量模板，這樣使用起來更加方便，使更換模板的工序變得更加簡單。
[0088]制作好的測量模板在使用時，被固定在可移動的工作臺上。該工作臺除了用于固定測量模板，還用于固定放置被測光纖陣列，并能帶動被測光纖陣列進行移動。
[0089]所述工作臺通常包括一個三維移動平臺，可實現(xiàn)三個維度的移動。在工作臺的內部一般設置有控制裝置，由于控制工作臺的臺面在水平或垂直方向上進行精確移動，不同型號的工作臺，其移動精度不同，也會對整個測量系統(tǒng)的測量精度產(chǎn)生影響，因此在選擇工作臺時，要根據(jù)所需的測量精度來進行選擇。由于工作臺是由控制裝置來控制移動的，基本不需要人工干預，因此其移動的準確性很高，移動速度也很快，從而使得整個測量系統(tǒng)的精度和速度都比較高。
[0090]需要說明的是，由于一般光纖陣列的端面會有一個8°的傾斜面，如圖7所示，如果將光纖陣列放置在普通水平的夾具上，那么其被測端面會與垂直平面有8°的夾角，在進行圖像采集時，獲取到的圖像會因為該夾角而失真。為了解決這個問題，本發(fā)明會特制夾具1，該夾具I會相應的設置一個8°的傾斜角，當光纖陣列放置于該夾具I上時，被測端面與工作臺平面垂直，這樣就很好的克服了圖像采集時失真的問題。同時為了更好的固定被測光纖陣列，夾具I上通常還設置有擋板2，用于防止光纖陣列插入夾具I時，插入過度；以及設置有卡壓部件3，用于將光纖陣列固定在夾具I上，以防止光纖陣列從夾具I上脫落。由于該夾具的其他零部件，與一般夾具相類似，故此處不再做詳細說明。
[0091]在固定好光纖陣列后，就可以用圖像采集模塊對光纖陣列的測量端面進行圖像采集。所述圖像采集模塊通常會包括攝像頭，用于拍攝被模板覆蓋的被測光纖陣列的端面。為了便于后期的處理，圖像采集模塊一般還包括圖像采集卡，它是一種可以獲取數(shù)字化視頻圖像信息，并將其存儲和播放出來的硬件設備。通常情況下，圖像采集模塊采集測量端面圖像的具體過程是，攝像頭會通過模板拍攝被測光纖陣列的測量端面，而圖像采集卡會通過拍攝的圖像，獲取圖像信息，然后將圖像信息保存起來，以供日后進行輸出調用。
[0092]另外，通常情況下，用于圖像采集設備通常會標有圖像放大倍數(shù)等參數(shù)，但在實際應用中，由于其制造過程及使用過程中，出現(xiàn)的加工誤差或使用磨損都有可能使得圖像采集設備的實際放大倍數(shù)等參數(shù)不是其所標示出的數(shù)值。所以在實際測量過程中，通常會利用標定模板對圖像采集設備以及整個測量系統(tǒng)的誤差進行標定。另外，這里可以使用CXD攝像頭，也可以是CMOS攝像頭，又或者是其他可用于進行圖像采集的攝像裝置。
[0093]需要說明的是，所述圖像采集模塊所采集的測量端面圖像是經(jīng)過放大處理的圖像。由于一般多模光纖陣列中的纖芯直徑為62.5 μ m,單模光纖陣列的纖芯直徑為8~10 μ m,人眼根本無法識別，因此本發(fā)明提供的測量光纖陣列中纖芯距的系統(tǒng)還包括顯微放大模塊，用于放大測量端面，從而得到放大的測量端面圖像。其中，顯微放大模塊可以是光學顯微鏡，也可以是其可以對測量端面進行放大的設備。因此，在優(yōu)選的實施方式用，圖像采集模塊中的攝像頭透過光學顯微鏡對光纖陣列的測量端面進行拍攝。而且，在選擇顯微放大設備作為顯微放大模塊時，應保證滿足圖像分辨率要求，使得顯微視場包括至少相鄰兩根線芯。
[0094]由于在實際應用中，為了能夠使采集的圖像更加清晰，易于辨識，通常會設置光源，將該光源發(fā)出的光經(jīng)過準直透鏡后進入光纖傳導，使得所采集的圖像上光纖纖芯為一個高亮光點，這樣更利于后期圖像的處理，進而使得根據(jù)圖像處理計算出的結果更加精確，提高了本發(fā)明技術方案的測量精度。這里需要說明的是，所述光源可以是白光光源，也可以是LED光源，也可以是激光光源，只要是可以提高足夠光強的光源均可，而光源光強是根據(jù)系統(tǒng)放大倍數(shù)、對圖像分辨率的要求等條件進行設置。通常來說，圖像分辨率要求越高，系統(tǒng)放大倍數(shù)越大，其光源需要的強度也越強。
[0095]在圖像采集模塊采集完圖像之后，就需要用圖像處理模塊對所采集的圖像進行處理。由前述內容可知，了能夠獲取整個光纖陣列測量端面的圖像，通常會進行多次圖像采集，從而得到多幅圖像，因此圖像處理模塊會將采集的多幅圖像按順序進行拼接復原，并對其進行處理，根據(jù)所述模板計算纖芯位置。 [0096]請參考圖10，對采集的圖像進行處理的過程可以包括以下步驟:
[0097]步驟301，讀取采集的光纖陣列端面圖像，并進行平滑濾波預處理；
[0098]步驟302，提取定位光纖的成像區(qū)域，即感興趣區(qū)域；
[0099]步驟303，采用二項式插值算法對該區(qū)域進行亞像素級的邊緣提取并利用最小二乘擬合法定位圓心；
[0100]步驟304，根據(jù)圖像采集模塊的設置參數(shù)及所選用的顯微放大模塊的放大倍率計算出兩個纖芯中心的實際距離。
[0101]由于上文所提到的平滑濾波預處理、提取定位光纖的成像區(qū)域、二項式插值算法以及最小二乘擬合法屬于現(xiàn)有技術，則此處不再贅述。
[0102]由于在現(xiàn)有技術中，沒有最后的拼接還原步驟，其獲取到的只是單個纖芯相對于標準量的位置關系。而本發(fā)明提供的技術方案，可以通過對采集圖像的拼接還原，獲取到整個測量端面的組合圖像，進而更為準確的獲知測量端面上每個纖芯的位置關系，進一步的提高了該技術方案的測量精度。
[0103]同時，本發(fā)明提供的測量系統(tǒng)無需復雜的高精度宏微雙驅動亞微米級的定位平臺或者精密光柵，僅需通過圖像拼接與模式識別提取出測量結果，即可實現(xiàn)光纖陣列高精度、自動化的精密測量，較現(xiàn)有的大型測量設備，具有設備緊湊、成本低廉的優(yōu)點。
[0104]對于本發(fā)明的裝置實施例而言，由于其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。
[0105]以上對本發(fā)明提供的測量光纖陣列纖芯位置的方法及系統(tǒng)進行了詳細說明。本發(fā)明提供的技術方案利用專門設計的標定模板對測量系統(tǒng)進行標定，再將測量模板覆蓋整個光纖陣列的測量端面，然后采用精密微動工作臺移動被測光纖陣列，同時連續(xù)拍攝經(jīng)過顯微放大的纖芯端面圖像，利用專門設計的測量模板校正相鄰兩根光纖在移動過程中偏移扭轉的角度，并作為連續(xù)拍攝的顯微圖像拼接的輔助參數(shù)。對拍攝的多幅顯微圖像進行拼接復原后，再對復原后的顯微圖像進行亞像素精度級的目標識別與信息提取，然后根據(jù)顯微模塊的設計參數(shù)計算纖芯位置。
[0106]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內。
【權利要求】
1.一種光纖陣列纖芯距精密測量方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟A，利用預設的標定模板進行標定，從而獲得誤差； 步驟B，通過預設的測量模板，采集所述被測光纖陣列端面圖像，所述測量模板與所述被測光纖陣列端面對應固定在可移動的工作臺上，所述光纖陣列的光纖中有光源光線在傳導，首次采集的圖像包括至少兩個纖芯，移動工作臺后，再采集所述被測光纖陣列端面圖像，再次采集的圖像包括至少兩個纖芯，且至少有一個纖芯為上一次所采集的圖像中的纖芯之一，繼續(xù)按同方向移動工作臺，重復采集圖像的過程，直至整個所述被測光纖陣列端面被采集完畢； 步驟C，根據(jù)所述測量模板，按照預設的算法，將采集的多幅圖像按順序進行拼接復原，并對其進行處理，得到處理后的圖像，根據(jù)所述處理后的圖像和所述誤差，計算纖芯位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量模板包括圖像編碼信息，用于提供圖像拼接的輔助特征，以及作為測量標準量；所述標定模板包括若干大小與相對位置已知的幾何圖形。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖像為經(jīng)過顯微放大的測量端面圖像。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C還包括:將光纖陣列置于可移動工作臺的特制夾具上。
5.根據(jù)權利要求1所 述的方法，其特征在于，所述步驟D還包括:在采集測量端面圖像前，將光源通過光纖傳導，使纖芯呈現(xiàn)高亮。
6.一種光纖陣列纖芯距精密測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 標定模板，用于標定系統(tǒng)中顯微放大模塊的誤差； 測量模板，用于置于與被測光纖陣列端面相對應的位置上； 工作臺，用于固定放置被測光纖陣列，并能帶動被測光纖陣列進行移動； 圖像采集模塊，用于通過光源，采集疊加了測量模板的所述被測光纖陣列端面圖像，首次采集的圖像包括至少兩個纖芯，在移動工作臺后，再次采集所述被測光纖陣列端面圖像，再次采集的圖像包括至少兩個纖芯，且至少有一個纖芯為上一次所采集的圖像中的纖芯之一，在繼續(xù)按同一方向移動工作臺后，重復所述圖像采集的過程，直至整個所述被測光纖陣列端面被采集完畢； 圖像處理模塊，用于根據(jù)所述測量模板，按照預設的算法，將采集的多幅圖像按順序進行拼接復原，并對其進行處理，計算纖芯位置。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量模板包括圖像編碼信息，用于提供圖像拼接的輔助特征，以及作為測量標準量；所述標定模板包括若干大小與相對位置已知的幾何圖形。
8.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述顯微放大模塊，用于放大測量端面，從而得到放大的測量端面圖像；所述顯微放大模塊的放大倍率至少使采集的圖像中包括兩個纖芯。
9.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括夾具，用于將光纖陣列置于可移動工作臺上。
10.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括光源，用于通過光纖傳導，使纖芯呈現(xiàn)1?殼 。
【文檔編號】G01B11/14GK104019757SQ201410230896
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】陳青山, 呂勇, 劉力雙, 牛春輝, 李小英, 耿蕊, 李響, 王潤蘭, 薛媛 申請人:北京信息科技大學, 陳青山