一种光纤几何参数测试方法及系统与流程

1.本发明属于光纤测试技术领域，更具体地，涉及一种光纤几何参数测试方法及系统。


背景技术：

2.现有的光纤几何参数测试过程中需要使用三轴位移台将光纤移至视场正中心位置，然后获取光纤截面图像，基于光纤截面图像再进行几何参数的测量。由于使用三轴位移台，并需要相应数量的驱动电机配合使用，使得现有的光纤几何参数测试的成本较高，故障率较高。由于需要使用三轴位移台将光纤移至视场正中心位置的操作，因此测试速度较慢、测试效率较低，且对操作者的要求较高。此外，目前多芯光纤的测试测量主要是人工完成，存在测量精度不够、不确定性高、耗时久等缺点。


技术实现要素：

3.本发明通过提供一种光纤几何参数测试方法及系统，解决现有技术中光纤几何参数测试成本较高、故障率较高、操作较复杂、测试速度较慢的问题。
4.本发明提供一种光纤几何参数测试方法，包括以下步骤：
5.步骤1、将待测光纤放置在直线单轴位移台上，通过调节所述直线单轴位移台使所述待测光纤的截面在相机中清晰成像，得到光纤截面图像；
6.步骤2、基于所述光纤截面图像得到包层拟合信息和芯层拟合信息；
7.步骤3、对所述包层拟合信息、所述芯层拟合信息分别进行畸变修正，得到修正后的包层拟合信息和修正后的芯层拟合信息；
8.步骤4、基于所述修正后的包层拟合信息和所述修正后的芯层拟合信息得到光纤几何参数测试结果。
9.优选的，所述步骤1中，所述待测光纤为多芯光纤，得到的所述光纤截面图像为包含包层及单个点亮芯层的截面图像。
10.优选的，所述步骤1中，所述待测光纤为单芯光纤，得到的所述光纤截面图像为包含包层及点亮芯层的截面图像。
11.优选的，所述步骤2包括以下子步骤：
12.步骤201、对所述光纤截面图像进行预处理；
13.步骤202、对预处理后的图像进行包层定位与拟合，得到包层拟合椭圆，并获得包层对应的拟合参数；
14.步骤203、对预处理后的图像进行芯层定位与拟合，得到芯层拟合椭圆，并获得芯层对应的拟合参数。
15.优选的，所述步骤201中，所述预处理包括：调整图像的亮度和对比度，以优化边界，加大边界两端灰度差。
16.优选的，所述步骤202中，基于预处理后的图像，利用质心函数获得包层的质心位
置；基于所述质心位置，通过边缘检测算法得到包层的边缘信息；基于所述包层的边缘信息进行椭圆拟合，得到所述包层拟合椭圆。
17.优选的，所述步骤203中，基于预处理后的图像，利用最大夹钳函数定位点亮芯层的位置；定位点亮芯层的位置后，通过边缘检测算法得到点亮芯层的边缘信息；基于所述点亮芯层的边缘信息进行椭圆拟合，得到所述芯层拟合椭圆。
18.优选的，所述步骤3中，对所述相机进行标定，得到所述相机的径向畸变系数；根据所述径向畸变系数对拟合参数进行修正；其中，所述拟合参数包括包层对应的拟合参数和芯层对应的拟合参数。
19.优选的，利用棋盘标定的方法对所述相机进行标定，得到所述相机的径向畸变系数；
20.其中，矫正径向畸变前后的坐标关系为：
21.x
′
＝x(1+k1r2+k2r4+k3r6)
22.y
′
＝y(1+k1r2+k2r4+k3r6)
23.r2＝x2+y224.其中，k1、k2、k3为径向畸变系数，x、y为矫正径向畸变前的图像坐标，x'、y'为矫正径向畸变后的图像坐标。
25.优选的，所述步骤4中，所述待测光纤为多芯光纤，所述光纤几何参数测试结果包括：包层参数、芯层参数和芯间距；
26.所述包层参数包括：包层拟合椭圆的圆心位置、包层拟合椭圆长半轴的长度a1、包层拟合椭圆短半轴的长度b1、包层拟合椭圆的直径d1＝a1+b1、包层的不圆度
27.所述芯层参数包括每个芯层对应的：芯层拟合椭圆的圆心位置、芯层拟合椭圆长半轴的长度a2、芯层拟合椭圆短半轴的长度b2、芯层拟合椭圆的直径d2＝a2+b2、芯层的不圆度
28.所述芯间距基于获取的多个芯层拟合椭圆的圆心位置计算得到。
29.优选的，所述步骤4中，所述待测光纤为单芯光纤，所述光纤几何参数测试结果包括：包层参数和芯层参数；
30.所述包层参数包括：包层圆的圆心位置、包层椭圆长半轴的长度a1、包层椭圆短半轴的长度b1、包层圆的直径d1＝a1+b1、包层的不圆度
31.所述芯层参数包括：芯层圆的圆心位置、芯层椭圆长半轴的长度a2、芯层椭圆短半轴的长度b2、芯层圆的直径d2＝a2+b2、芯层的不圆度
32.另一方面，本发明提供一种光纤几何参数测试系统，包括：图像获取单元、初步拟合模块、畸变修正模块、拟合测量模块；
33.所述图像获取单元用于得到光纤截面图像；
34.所述初步拟合模块用于基于所述光纤截面图像得到包层拟合信息和芯层拟合信息；
35.所述畸变修正模块用于基于所述包层拟合信息和所述芯层拟合信息得到修正后
的包层拟合信息和修正后的芯层拟合信息；
36.所述拟合测量模块用于基于所述修正后的包层拟合信息和所述修正后的芯层拟合信息得到光纤几何参数测试结果；
37.所述光纤几何参数测试系统用于实现上述的光纤几何参数测试方法中的步骤。
38.优选的，所述图像获取单元包括：光源、聚焦准直器件、直线单轴位移台、驱动电机和相机；所述光源产生的光经所述聚焦准直器件后注入至待测光纤的输入端，以点亮芯层；所述驱动电机与所述直线单轴位移台连接，用于控制所述直线单轴位移台进行前后移动，使所述待测光纤的输出端的截面在所述相机中清晰成像；所述相机用于得到所述光纤截面图像。
39.优选的，所述图像获取单元还包括：背景照明器件和放大器件；所述背景照明器件用于照明所述待测光纤的输出端的背景，以增强图像对比度；所述放大器件设置在所述相机的前方，用于对光纤截面进行放大。
40.本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
41.在发明中，将待测光纤放置在直线单轴位移台上，通过调节直线单轴位移台使待测光纤的截面在相机中清晰成像，得到光纤截面图像；然后基于光纤截面图像得到包层拟合信息和芯层拟合信息；对包层拟合信息、芯层拟合信息分别进行畸变修正，得到修正后的包层拟合信息和修正后的芯层拟合信息；最后基于修正后的包层拟合信息和修正后的芯层拟合信息得到光纤几何参数测试结果。相比于传统的光纤几何测试过程中必须将光纤移至视场正中心位置的操作，本发明无需此操作，而是通过畸变修正直接对光纤截面图进行处理以得到测试结果。本发明将三轴位移台简化为直线单轴位移台，相应的也减少了驱动电机数量，本发明能够降低成本、降低故障率；本发明在调节位移台的时候，也只用进行前进后退操作实现对焦即可，相较于传统的三轴位移台的调节操作，本发明简化了操作，能够提高测量速度。本发明可应用于多芯光纤、单芯光纤的几何参数测量，特别是提供了一种与现有多芯光纤测试方法完全不同的测试方法及系统。
附图说明
42.图1为本发明实施例1提供的一种光纤几何参数测试方法的流程示意图；
43.图2为实施例1的步骤1中一种八芯光纤中单个芯层点亮的光纤截面图像；
44.图3为实施例1的步骤201中预处理后得到的图像；
45.图4为实施例1的步骤202中拟合包层椭圆的图像；
46.图5为实施例1的步骤203中利用最大夹钳函数定位点亮芯层的位置的图像；
47.图6为实施例1的步骤203中拟合芯层椭圆及步骤3中对芯层拟合椭圆进行畸变修正后的图像；
48.图7为实施例1的步骤4中包层拟合椭圆长半轴、包层拟合椭圆短半轴的示意图；
49.图8为实施例1的步骤4中芯层拟合椭圆长半轴、芯层拟合椭圆短半轴的示意图。
具体实施方式
50.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
51.实施例1：
52.实施例1提供了一种光纤几何参数测试方法，参见图1，包括以下步骤：
53.步骤1、将待测光纤放置在直线单轴位移台上，通过调节所述直线单轴位移台使所述待测光纤的截面在相机中清晰成像，得到光纤截面图像。
54.具体的，所述待测光纤为多芯光纤，得到的所述光纤截面图像为包含包层及单个点亮芯层的截面图像。例如，图2为一种八芯光纤中单个芯层点亮的截面图像。
55.步骤2、基于所述光纤截面图像得到包层拟合信息和芯层拟合信息。
56.具体的，所述步骤2包括以下子步骤：
57.步骤201、对所述光纤截面图像进行预处理。
58.所述预处理包括：调整图像的亮度和对比度，以优化边界，加大边界两端灰度差，参见图3。
59.步骤202、对预处理后的图像进行包层定位与拟合，得到包层拟合椭圆，并获得包层对应的拟合参数。
60.具体的，基于预处理后的图像，利用质心函数获得包层的质心位置；基于所述质心位置，通过边缘检测算法得到包层的边缘信息；基于所述包层的边缘信息进行椭圆拟合，得到所述包层拟合椭圆，参见图4。
61.即先利用质心函数找到包层的质心，然后以质心为中心做大小两个同心圆，两个同心圆形成的环形区域内进行边缘检测，然后进行椭圆拟合，实现定位椭圆。
62.步骤203、对预处理后的图像进行芯层定位与拟合，得到芯层拟合椭圆，并获得芯层对应的拟合参数。
63.具体的，基于预处理后的图像，利用最大夹钳函数定位点亮芯层的位置，参见图5；定位点亮芯层的位置后，通过边缘检测算法得到点亮芯层的边缘信息；基于所述点亮芯层的边缘信息进行椭圆拟合，得到所述芯层拟合椭圆，参见图6。
64.步骤3、对所述包层拟合信息、所述芯层拟合信息分别进行畸变修正，得到修正后的包层拟合信息和修正后的芯层拟合信息。
65.具体的，对所述相机进行标定，得到所述相机的径向畸变系数；根据所述径向畸变系数对拟合参数进行修正；其中，所述拟合参数包括包层对应的拟合参数和芯层对应的拟合参数。对芯层拟合椭圆进行畸变修正后得到的修正拟合椭圆参见图6。
66.例如，可利用棋盘标定的方法对所述相机进行标定，得到所述相机的径向畸变系数；其中，矫正径向畸变前后的坐标关系为：
67.x
′
＝x(1+k1r2+k2r4+k3r6)
68.y
′
＝y(1+k1r2+k2r4+k3r6)
69.r2＝x2+y270.其中，k1、k2、k3为径向畸变系数，x、y为矫正径向畸变前的图像坐标，x'、y'为矫正径向畸变后的图像坐标。
71.步骤4、基于所述修正后的包层拟合信息和所述修正后的芯层拟合信息得到光纤几何参数测试结果。
72.所述光纤几何参数测试结果包括：包层参数、芯层参数和芯间距。
73.所述包层参数包括：包层拟合椭圆的圆心位置、包层拟合椭圆长半轴的长度a1、包
层拟合椭圆短半轴的长度b1、包层拟合椭圆的直径d1＝a1+b1、包层的不圆度参见图7。
74.所述芯层参数包括每个芯层对应的：芯层拟合椭圆的圆心位置、芯层拟合椭圆长半轴的长度a2、芯层拟合椭圆短半轴的长度b2、芯层拟合椭圆的直径d2＝a2+b2、芯层的不圆度参见图8。
75.所述芯间距基于获取的多个芯层拟合椭圆的圆心位置计算得到。
76.实施例1应用图像处理及机器视觉技术，提出了一种多芯光纤的几何测试方法，能够大幅提高测试效率及测量准确性，极大减少人工参与，同时能够降低成本、降低设备故障率。
77.实施例2：
78.与实施例1不同的是，实施例2是对单芯光纤进行几何参数测试。具体的，实施例2提供了一种光纤几何参数测试方法，包括以下步骤：
79.步骤1、将待测光纤放置在直线单轴位移台上，通过调节所述直线单轴位移台使所述待测光纤的截面在相机中清晰成像，得到光纤截面图像。
80.具体的，所述待测光纤为单芯光纤，得到的所述光纤截面图像为包含包层及点亮芯层的截面图像。
81.步骤2、基于所述光纤截面图像得到包层拟合信息和芯层拟合信息。
82.步骤3、对所述包层拟合信息、所述芯层拟合信息分别进行畸变修正，得到修正后的包层拟合信息和修正后的芯层拟合信息。
83.步骤4、基于所述修正后的包层拟合信息和所述修正后的芯层拟合信息得到光纤几何参数测试结果。
84.所述光纤几何参数测试结果包括：包层参数和芯层参数。
85.所述包层参数包括：包层拟合椭圆的圆心位置、包层拟合椭圆长半轴的长度a1、包层拟合椭圆短半轴的长度b1、包层拟合椭圆的直径d1＝a1+b1、包层的不圆度
86.所述芯层参数包括：芯层拟合椭圆的圆心位置、芯层拟合椭圆长半轴的长度a2、芯层拟合椭圆短半轴的长度b2、芯层拟合椭圆的直径d2＝a2+b2、芯层的不圆度
87.实施例2中的步骤2和步骤3与实施例1类似，因此不再赘述。
88.实施例3：
89.实施例3提供了一种光纤几何参数测试系统，包括：图像获取单元、初步拟合模块、畸变修正模块、拟合测量模块；所述图像获取单元用于得到光纤截面图像；所述初步拟合模块用于基于所述光纤截面图像得到包层拟合信息和芯层拟合信息；所述畸变修正模块用于基于所述包层拟合信息和所述芯层拟合信息得到修正后的包层拟合信息和修正后的芯层拟合信息；所述拟合测量模块用于基于所述修正后的包层拟合信息和所述修正后的芯层拟合信息得到光纤几何参数测试结果。
90.所述光纤几何参数测试系统用于实现如实施例1或实施例2所述的光纤几何参数测试方法中的步骤。即实施例3提供的系统中每个单元或模块实现的功能与实施例1或实施
例2中的方法步骤对应，因此对系统的理解参见实施例1或实施例2即可，在此不赘述。
91.其中，所述图像获取单元包括：光源(例如，具体可采用白光光源)、聚焦准直器件(例如，具体可采用透镜组)、直线单轴位移台、驱动电机和相机；所述光源产生的光经所述聚焦准直器件后注入至待测光纤的输入端，以点亮芯层；所述驱动电机与所述直线单轴位移台连接，用于控制所述直线单轴位移台进行前后移动，使所述待测光纤的输出端的截面在所述相机中清晰成像；所述相机用于得到所述光纤截面图像。
92.优选的方案中，所述图像获取单元还包括：背景照明器件和放大器件；所述背景照明器件用于照明所述待测光纤的输出端的背景，以增强图像对比度；所述放大器件设置在所述相机的前方，用于对光纤截面进行放大。
93.本发明实施例提供的一种光纤几何参数测试方法及系统至少包括如下技术效果：
94.(1)相比于传统的光纤几何测试过程中必须将光纤移至视场正中心位置的操作，本发明无需此操作，而是通过畸变修正直接对光纤截面图进行处理以得到测试结果。本发明将三轴位移台简化为直线单轴位移台，相应的也减少了驱动电机数量，本发明能够降低成本、降低故障率；本发明在调节位移台的时候，也只用进行前进后退操作实现对焦即可，相较于传统的三轴位移台的调节操作，本发明简化了操作，能够提高测量速度。
95.(2)本发明提供了一种与现有多芯光纤测试方法完全不同的测试方法及系统，本发明能够快速便捷智能地进行多芯光纤几何测量，结果准确，极大减少人工参与。
96.(3)本发明可推广至单芯光纤或其他特殊光纤的几何测量。
97.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。