CN108871307B - 基于图像识别与光功率反馈的y波导芯片直接耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，属于光纤传感技术领域。本装置主要包括光路单元、图像采集单元、运动执行单元和图像处理与控制单元。图像采集单元包括直角棱镜、三个相机和三个LED；运动执行单元包括Y波导固定机构、架设相机的电动台、控制输入端、前输出端和后输出端姿态的六维电动台，以及运动控制器。图像处理与控制单元先根据相机采集的图像调整输入端、前输出端和后输出端的位姿，再根据光功率计测量的环形器返回的光功率值精调耦合点。本发明避免了光纤陀螺内部两个熔接点，简化了光纤陀螺制作工艺，减小了光纤熔接引入的背向反射和偏振串音，提高了光纤陀螺测量精度、寿命和质量。

Description

基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片直接耦合装置

技术领域

本发明涉及一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，属于光纤传感技术领域。

背景技术

集成光学技术起源于二十世纪八十年代初，受启发于集成电路，把多个光学分离器件集成在同一芯片上，减小系统的体积和重量，提高系统可靠性。经过近三十年的研发，集成光学器件在国外已进入产业化阶段，代表产品有光强度调制器和用于光纤陀螺的Y波导集成光学器件。

光纤陀螺仪是基于萨格纳克效应的角速率传感器，是光纤传感领域最重要的成就之一。由于其体积小、精度覆盖范围大、可靠性高等优点，已成为惯性技术中的重要器件，并且广泛应用于各种飞行器、舰船、定位定向以及地质、石油勘探等领域。

目前，光纤陀螺普遍采用宽谱光源、Y波导芯片和保偏光纤环方案。其目前成熟的制作技术为：首先将Y波导芯片的入光点、前出光点、后出光点分别与辅助输入端尾纤、前输出端、后输出端进行耦合。在耦合过程中通过向输入端注入光照，监测输出端光功率实现耦合质量监测，当耦合质量达到光纤陀螺制作要求后，固化耦合点；然后使用保偏光纤熔接机熔接辅助尾纤与光纤环。

前述的现有技术存在的问题有：首先，光纤环与辅助尾纤熔接时，由于光路闭合，无法对熔接质量进行监测，导致辅助尾纤与光纤环之间的熔接点极易由于端面反射及偏振交叉耦合引入背向反射和偏振串音，同时引入熔接损耗，造成信噪比下降，最终导致光纤陀螺的精度降低；其次，由于上述熔接点连接处无硬件结构为其提供保护和支撑，连接处容易发生断裂，导致光纤陀螺的寿命和质量大幅降低；另外，前述的光纤陀螺制作过程中还存在需要对光纤进行多次连接操作的问题，导致光纤陀螺生产过程复杂，增加了制作成本。

公开号为CN 102927979A的中国专利申请在2013年2月13日公开了一种光纤陀螺及其制作过程中在线检测光纤耦合质量的方法。其中，为了实现Y波导与光纤环直接对接耦合，还在Y波导芯片内、位于Y波导两侧各设置有一条直波导作为辅助波导，可借由检测尾纤和直波导之间的耦合质量来反应Y波导和光纤环之间的耦合质量。但是此方案存在以下问题：光纤耦合质量严重依赖于直波导的加工技术，若直波导存在加工偏差，直波导的耦合质量不能精确反映光纤环和Y波导的耦合质量；该方案未涉及自动耦合技术，耦合精度受限于人力操作水平，可靠性差。

发明内容

为了解决现有制作光纤陀螺时存在生产过程复杂的问题，并进一步提高光纤陀螺测量精度和光路可靠性，本发明提出一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，采用图像识别方法可以快速准确实现Y波导芯片、保偏光纤六维姿态实时测量，采用光功率计反馈方法可以在线获取耦合器返回光功率大小，根据姿态信息和光功率信息调整输入端、前输出端、后输出端位置，实现与Y波导芯片入光点、前出光点、后出光点的精密耦合。

本发明提供的一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，包括光路单元、图像采集单元、运动执行单元和图像处理与控制单元。

所述的光路单元中包括待耦合的Y波导芯片、输入端、前输出端、后输出端和光纤环，并设置光功率计测量输入端返回的光功率大小。

所述的运动执行单元包括：用于固定Y波导芯片的Y波导固定机构，架设左相机的一维电动台，架设右相机的二维电动台，架设后相机的三维电动台，分别控制输入端、前输出端和后输出端姿态的三个六维电动台，以及运动控制器。运动控制器向一维电动台、二维电动台、三维电动台以及三个六维电动台发送姿态控制信号。

所述的运动控制器包括可编程逻辑控制器和步进梯形程序。运动控制器采用分时复用技术，将6个电动台的24轴电机分为四组，每组控制6个维度，利用可编程逻辑控制器的6路脉冲接口控制6个维度。步进梯形程序包括指令的接收、指令的理解、缓冲区状态识别、脉冲输出和脉冲输出状态监控。

所述的图像采集单元包括直角棱镜、三个相机、三个LED和网络交换机；三个相机分别位于Y波导芯片的左侧、右侧和后侧，并且均水平放置，分别标记为左相机、右相机和后相机；三个LED分别以与光纤轴线成30度方向角斜照射输入端、前输出端和后输出端；直角棱镜安装于Y波导固定机构的上盖底面；网络交换机用于三个相机与台式计算机之间图像传输；

所述的图像采集单元，在打开三个LED时，左相机采集前输出端和后输出端的端面图像，右相机采集输入端的端面图像和Y波导芯片的出光点上棱图像，在关闭三个LED，打开红光光源时，右相机采集Y波导芯片的前出光点和后出光点图像。所述的后相机在三维电动台的带动下，采集输入端、Y波导芯片、前输出端和后输出端的后视图像以及由直角棱镜反射的顶视图像。

所述的图像处理与控制单元包括计算机及直接耦合程序。所述的计算机连接三个相机、光功率计和运动控制器。所述的直接耦合程序包括：提取Y波导芯片、输入端、前输出端和后输出端的三维角度和三维位置，将控制三个六维电动台运动的指令输出给运动控制器；在利用相机采集的图像调整输入端、前输出端和后输出端的姿态后，根据光功率计的测量值调节输入端、前输出端和后输出端获取最终的耦合点。

所述的直接耦合程序，利用相机采集的图像调整输入端、前输出端和后输出端的姿态，具体包括：

利用右相机采集的图像识别输入端端面纤芯、偏振轴和Y波导芯片偏振角，控制夹持输入端的六维电动台旋转光纤，减小输入端偏振角和Y波导芯片偏振角的角度差；

利用左相机采集的图像识别前输出端端面纤芯坐标和偏振角，以及后输出端端面纤芯坐标和偏振角，结合右相机识别的Y波导芯片偏振角信息，控制夹持前输出端或后输出端的六维电动台旋转光纤，减小前输出端与Y波导芯片的偏振角的角度差，减小后输出端与Y波导芯片的偏振角的角度差；

利用后相机采集的图像识别输入端上棱角度、Y波导芯片入光点上棱角度、输入端侧棱角度和Y波导芯片入光点侧棱角度，调整输入端的偏摆和俯仰；利用后相机采集的图像识别前输出端上棱角度、Y波导芯片出光点上棱角度、前输出端侧棱角度和Y波导芯片出光点侧棱角度，调整前输出端的偏摆和俯仰；利用后相机采集的图像识别后输出端上棱角度、Y波导芯片出光点上棱角度、后输出端侧棱角度和Y波导芯片出光点侧棱角度，调整后输出端的偏摆和俯仰；

利用后相机采集的图像识别Y波导芯片入光点坐标和Y波导芯片入光点侧棱上顶点坐标，得到Y波导芯片入光点三维坐标，根据输入端上棱、侧棱，解算输入端耦合点，结合右相机采集的输入端纤芯信息，得到输入端耦合点的三维坐标，计算与Y波导芯片入光点位置偏差，以调整输入端三维平移；

输入端调整完成后，打开红光光源，由右相机采集Y波导芯片前出光点和后出光点图像，根据图像确定前出光点和后出光点的上下、前后位置，由后相机采集Y波导芯片出光点上棱，综合得到Y波导芯片前出光点、后出光点的三维坐标；根据前输出端上棱、侧棱，解算前输出端耦合点，并结合左相机采集的前输出端纤芯信息，得到前输出端耦合点的三维坐标，计算与Y波导芯片前出光点三维位置偏差，调整前输出端三维平移；同理，调整后输出端的三维位移。

所述的图像处理与控制单元由图像处理方法完成输入端、前输出端、后输出端三维角度调节和左右位置调节，上下位置和前后位置初步调节；由光功率计输出功率大小，按照从前到后、从上到下的顺序在边长6um矩形框内，以50nm步距依次调节输入端、前输出端和后输出端，找到功率数值最大时对应的输入端、前输出端和后输出端的位置，作为最终的耦合点。

相对于现有技术，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明提供的基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，避免了光纤陀螺内部两个熔接点，简化了光纤陀螺制作工艺，提高了光纤陀螺内部光纤的机械性能；避免光纤熔接引入背向反射和偏振串音对光纤陀螺测量精度的影响；同时提高光纤陀螺的寿命和质量。

(2)本发明采用图像处理方法获取光纤和Y波导芯片六维位姿信息，合理选用光学放大镜头，使得装置既能满足测量精度要求，实现光纤和Y波导芯片精确对准，又具有足够大的测量范围，降低装置对光纤初始安装精度要求。装置采用后相机俯视图像、后视图像，左相机图像，右相机图像四个视角识别姿态，利用信息的冗余提高了装置运行的鲁棒性。

(3)本发明利用两个输出端与Y波导芯片形成回路，将光功率计置于环形器返回端监测光功率变化，解决了Y波导芯片与光纤环之间无监测点的问题，通过返回的光功率值可以单独精确调节输入端、前输出端与后输出端的上下前后位置，保证耦合质量。

(4)本发明在Y波导芯片顶盖底面安装直角棱镜，通过调节后相机上下位置，自主选择是否选用直角棱镜切换相机视角，实现了一个相机观测后视图和俯视图的功能，减少相机个数，减小了直接耦合装置体积，同时降低了成本。

(5)本发明使用PLC作为运动控制器，抗电磁干扰强，使得装置直接耦合运行更加稳定；采用分时复用技术利用PLC六路脉冲接口实现24轴电机控制，避免了多个PLC的使用，节省了直接耦合装置的体积。

附图说明

图1是本发明基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置整体结构示意图；

图2是本发明中运动执行单元中运动控制器的步进梯形程序流程图；

图3是本发明中图像处理与控制单元中图像识别待提取图像特征的示意图；

图4是本发明中图像处理与控制单元中直线特征提取算法的流程图；

图5是本发明中图像处理与控制单元中圆形特征提取算法的流程图。

图中：

1-宽谱光源；2-红光光源；3-第一环形器；4-第二环形器；5-输入端；6-Y波导芯片；

7-前输出端；8-后输出端；9-光纤环；10-直角棱镜；11-左相机；12-右相机；13-后相机；

14-第一LED；15-第二LED；16-第三LED；17-第一六维电动台；18-第二六维电动台；

19-第三六维电动台；20-一维电动台；21-二维电动台；22-三维电动台；23-Y波导固定机构；

24-运动控制器；25-台式计算机；26-光功率计；27-网络交换机。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种Y波导芯片与保偏光纤环直接耦合装置，包括：光路单元、图像采集单元、运动执行单元、图像处理与控制单元和人机交互单元。

光路单元包含宽谱光源(SLD)1、红光光源2、第一环形器3、第二环形器4、输入端5、Y波导芯片6、前输出端7、后输出端8和光纤环9，为实施本发明的作用对象。光路单元还包括光功率计26。第一环形器3和第二环形器4包括环形器输入端、输出端和返回端。宽谱光源1与第一环形器3输入端相连，红光光源2与第一环形器3返回端相连，第一环形器3的应用可以实现宽谱光源1和红光光源2的在线切换。第二环形器4输入端连接第一环形器3输出端，输出端接在输入端5上。输入端5为带有铌酸锂小块的光纤尾纤，前输出端7和后输出端8分别为光纤环9的两端尾纤，并在两端尾纤分别粘接在铌酸锂小块上。本发明的目的是调整输入端5、前输出端7及后输出端8的位置，实现与Y波导芯片6的入光点、前出光点、后出光点的精密耦合。本发明装置在光路单元中，光功率计26连接在第二环形器4返回端，用于测量由输入端5返回的光功率大小。

运动执行单元包括第一六维电动台17、第二六维电动台18、第三六维电动台19、一维电动台20、二维电动台21、三维电动台22、Y波导固定机构23以及运动控制器24。Y波导固定机构23用于固定Y波导芯片6，一维电动台20实现左相机11对焦，二维电动台21实现右相机12对焦与X轴平移，三维电动台22实现后相机13的三维位置控制。第一六维电动台17上安装光纤夹具夹持输入端5，控制输入端5的六维姿态，第二六维电动台18上安装光纤夹具夹持前输出端7，控制前输出端7的六维姿态，第三六维电动台19上安装光纤夹具夹持后输出端8，控制后输出端8的六维姿态。运动控制器24向一维电动台20、二维电动台21、三维电动台22、第一六维电动台17、第二六维电动台18和第三六维电动台19这些位移台，发送姿态控制信号。

运动控制器24包括可编程逻辑控制器(PLC)和步进梯形程序。步进梯形程序包含图像处理与控制单元发送的姿态调节指令接收、位移台运动控制所需的脉冲输出和脉冲输出状态的反馈。运动控制器24采用分时复用技术将二十四轴电机控制分为四组，每组控制六个维度，按照功能需求将同时调节的位移台规划为一组，第一组包括架设左相机的一维电动台20、架设右相机的二维电动台21、架设后相机的三维电动台22；第二组为控制输入端5姿态的第一六维电动台17；第三组为控制前输出端7的第二六维电动台18；第四组为控制后输出端8的第三六维电动台19。并且分时复用技术的使用有效地减少了对运动控制器24脉冲输出接口的需求，有效的减小了运动控制器24的体积。步进梯形程序包括指令的接收、指令的理解、缓冲区状态识别、脉冲输出和脉冲输出状态监控。如图2所示，PLC首先初始化指令接收，设置指令接收缓冲区，并允许接收；接收到一组指令后存入接收缓冲区中，从接收缓冲区中读取一组指令，理解指令，输出相应数量脉冲控制对应位移台运动，监控脉冲输出状态，当输出完成后，从接收缓冲区继续读取下一组指令。当接收缓冲区满后，PLC向计算机25发送信号，暂停数据发送。

图像采集单元包括直角棱镜10、左相机11、右相机12、后相机13、第一LED(发光二极管)14、第二LED 15、第三LED16和网络交换机27。网络交换机27用于扩展网络接口，实现左相机11、右相机12、后相机13与台式计算机25之间图像传输。左相机11和右相机12采用高分辨率CCD(电荷耦合器件)相机提取输入端5端面、前输出端7端面和后输出端8端面。后相机13采用高分辨率分辨率CMOS(互补金属氧化物半导体)相机。直角棱镜10安装于Y波导固定机构23的上盖底面。第一LED14以与光纤轴线成30度角方向斜照射输入端5，第二LED15以与光纤轴线成30度角方向斜照射前输出端7，第三LED16以与光纤轴线成30度角方向斜照射后输出端8。打开三个LED14,15,16，左相机11采集前输出端7和后输出端8的端面图像，采集获得前输出端7的左视图，图像如图3中的放大区域所示，以及获得后输出端8的左视图。右相机12采集输入端5端面图像，获取输入端5的右视图和Y波导芯片的出光点上棱图像。关闭三个LED14,15,16，打开红光光源2，右相机12采集Y波导芯片6的前出光点、后出光点图像。后相机13自带光源，不需添加额外光源。后相机13在三维电动台22的带动下，上移至合适高度，同时调整三维电动台22另两个维度，采集由直角棱镜10反射的输入端5、Y波导芯片6、前输出端7、后输出端8的顶视图像，下移后相机13至合适高度，同时调整三维位移台22另两个维度，采集输入端5、Y波导芯片6、前输出端7、后输出端8的后视图像。

图像处理与控制单元包括台式计算机25及计算机25上的直接耦合程序。根据耦合状态向控制运动控制器24发送信号，实现对一维电动台20、二维电动台21，三维电动台22、第一六维电动台17、第二六维电动台18、以及第三六维电动台19的控制。台式计算机25连接三个相机11,12,13、光功率计26和运动控制器24。直接耦合程序包括：提取Y波导芯片、输入端、前输出端和后输出端的三维角度信息程序，三维角度为俯仰角、偏摆角和偏振角；提取Y波导芯片、输入端、前输出端和后输出端的三维位置信息程序；输出控制三个六维电动台运动的指令输出给运动控制器；在利用相机采集的图像调整输入端、前输出端和后输出端的姿态后，根据光功率计的测量值精确调节输入端、前输出端和后输出端前后、上下位置获取最终的耦合点。

台式计算机25采集左相机11、右相机12、后相机13图像信息，对图像特征识别，如图3所示，执行直接耦合程序。利用右相机12采集的图像识别输入端5端面纤芯、偏振轴和Y波导芯片6偏振角，偏振角识别完成后，控制第一六维电动台17旋转光纤，减小输入端5偏振角和Y波导芯片6偏振角的角度差。利用左相机11采集的图像，识别前输出端7端面纤芯坐标和偏振角，以及后输出端8端面纤芯坐标和偏振角，偏振角识别完成后，结合右相机12识别的Y波导芯片偏振角信息，由第二六维电动台18或第三六维电动台19旋转光纤，减小前输出端7和Y波导芯片6的偏振角的角度差，减小后输出端8和Y波导芯片6的偏振角的角度差。利用后相机13采集的图像识别入端上棱角度、入光点上棱角度、入端侧棱角度和入光点侧棱角度，根据得到的角度差控制输入端5的偏摆和俯仰。同理，利用后相机13采集的图像识别前出端上棱角度、出光点上棱角度、前出端侧棱角度和出光点侧棱角度，根据得到的角度差调整前输出端7的偏摆和俯仰。利用后相机13采集的图像识别后出端上棱角度、出光点上棱角度、后出端侧棱角度和出光点侧棱角度，根据得到的角度差调整后输出端8的偏摆和俯仰。利用后相机13采集的图像识别Y波导芯片6的入光点坐标和入光点侧棱上顶点坐标，综合得到Y波导芯片入光点三维坐标信息，根据输入端5上棱、输入端5侧棱解算输入端耦合点，并结合右相机12采集的输入端5纤芯信息，得到输入端5耦合点三维坐标，计算与Y波导芯片6入光点三维位置偏差，以调整输入端5三维平移。输入端5调整完成后，打开红光光源2，由右相机12观察Y波导芯片出光点上棱，采集Y波导芯片6前出光点和后出光点图像，根据图像信息确定前出光点和后出光点的上下、前后位置，由后相机13采集Y波导芯片6出光点上棱，综合得到Y波导芯片6前出光点、后出光点三维坐标；根据前输出端7上棱、侧棱，解算前输出端耦合点，并结合左相机11采集的前输出端7纤芯信息，得到前输出端7耦合点三维坐标，计算与Y波导芯片6前出光点三维位置偏差，由此调整前输出端7三维平移。同理调整后输出端8三维位移。

上述图像识别提供的输入端5、前输出端7、后输出端8耦合点的上下、前后坐标精度不能满足直接耦合精度要求，本发明装置进一步依据光功率计26光强大小进行精调。打开宽谱光源1，由光功率计26输出功率大小精调输入端5、前输出端7和后输出端8的上下、前后位置。按照从前到后，从上到下的顺序在边长6um矩形框内，以50nm步距依次调节输入端5、前输出端7和后输出端8，同时由台式计算机25计录光功率计26功率大小，找到功率数值最大时对应的输入端5、前输出端7和后输出端8的位置信息，将输入端5、前输出端7和后输出端8移至最大功率处，固化耦合点，自动直接耦合工序结束。

上述直接耦合程序中利用后相机13采集的输入端5、前输出端7、后输出端8和Y波导芯片6俯视图、后视图，并由此得到的输入端5、前输出端7和后输出端8上棱角度、侧棱角度、三维坐标和Y波导芯片6入光点上棱角度、入光点侧棱角度、出光点上棱角度、出光点侧棱角度以及Y波导芯片6偏振角的提取，实质均为直线特征识别，其中的坐标提取实际提取直线交点。输入端5、前输出端7、后输出端8三维坐标和偏振角度的识别实质为圆形特征识别。

针对上述直线特征提取输入图像有如下特征：一幅图像存在一条直线、两条直线或多条直线不同情况；存在多条直线时，其相对方位固定；直线角度变化很小，但直线位置变化较大。为了提高装置的鲁棒性，本发明直接耦合程序中采用了自适应滑窗法，如图4所示，具体为：设置窗口大小与滑窗步距的初始值，滑动窗口，切割得到子图像，用Candy算子提取子图像边缘，采用迭代最小二乘法拟合直线方程，满足角度限定条件的直线才会被输出，若在限定的循环次数中不能找到预期直线，改变窗口大小和滑窗步距，重新搜索直线。本发明根据图像特征采用了滑窗法对直线特征提取，采用迭代拟合的最小二乘法优化直线边缘，实现了图像中多实现目标、高精度的提取。

针对上述光纤端面图像噪声较大的特点，本发明采用抗干扰性强的随机圆检测算法提取纤芯坐标和两个熊猫眼轮廓。如图5所示，计算机25读入相机采集的一帧图像，首先采用Canny算子提取图像边缘，随后从边缘图像中随机抽取4个点，利用其中3个点构造圆形，验证第4个点是否在所构造的3个圆形上，若不在则重新取样；若在，则验证其余边缘点中在构造圆上点的个数，若点的个数满足限定条件，则构造圆形为真实圆，否则重新取样。从图像中检测到3个圆后，将半径最大的圆的圆心作为纤芯坐标，两个小圆的连心线作为偏振角。本发明采用随机圆检测算法提取光纤纤芯坐标和偏振角，相比传统的Hough变换抗干扰强。

随后，人机交互单元包括台式计算机25及用户操作界面，界面接受操作者键盘、鼠标事件输入，控制直接耦合装置的操作工序，实时显示相机图像和光功率大小，实现对Y波导芯片自动直接耦合装置的控制与耦合质量在线监测。

Claims (8)

1.一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，包括光路单元、图像采集单元、运动执行单元和图像处理与控制单元；

所述的光路单元中包括待耦合的Y波导芯片、输入端、前输出端、后输出端和光纤环，并设置光功率计测量输入端返回的光功率大小；

所述的运动执行单元包括：用于固定Y波导芯片的Y波导固定机构，架设左相机的一维电动台，架设右相机的二维电动台，架设后相机的三维电动台，分别控制输入端、前输出端和后输出端姿态的三个六维电动台，以及运动控制器；运动控制器向一维电动台、二维电动台、三维电动台以及三个六维电动台发送姿态控制信号；

所述的图像采集单元包括直角棱镜、三个相机、三个发光二极管LED和网络交换机；三个相机分别位于Y波导芯片的左侧、右侧和后侧，并且均水平放置，分别标记为左相机、右相机和后相机；三个LED分别以与光纤轴线成30度方向角斜照射输入端、前输出端和后输出端；直角棱镜安装于Y波导固定机构的上盖底面；网络交换机用于三个相机与台式计算机之间图像传输；

所述的图像处理与控制单元包括计算机及直接耦合程序；所述的计算机连接三个相机、光功率计和运动控制器；所述的直接耦合程序包括：提取Y波导芯片、输入端、前输出端和后输出端的三维角度和三维位置，将控制三个六维电动台运动的指令输出给运动控制器；在利用相机采集的图像调整输入端、前输出端和后输出端的姿态后，根据光功率计的测量值调节输入端、前输出端和后输出端获取最终的耦合点；

所述的直接耦合程序，利用相机采集的图像调整输入端、前输出端和后输出端的姿态，具体包括：

利用右相机采集的图像识别输入端端面纤芯、偏振轴和Y波导芯片偏振角，控制夹持输入端的六维电动台旋转光纤，减小输入端偏振角和Y波导芯片偏振角的角度差；

利用左相机采集的图像识别前输出端端面纤芯坐标和偏振角，以及后输出端端面纤芯坐标和偏振角，结合右相机识别的Y波导芯片偏振角信息，控制夹持前输出端或后输出端的六维电动台旋转光纤，减小前输出端与Y波导芯片的偏振角的角度差，减小后输出端与Y波导芯片的偏振角的角度差；

利用后相机采集的图像识别输入端上棱角度、Y波导芯片入光点上棱角度、输入端侧棱角度和Y波导芯片入光点侧棱角度，调整输入端的偏摆和俯仰；利用后相机采集的图像识别前输出端上棱角度、Y波导芯片出光点上棱角度、前输出端侧棱角度和Y波导芯片出光点侧棱角度，调整前输出端的偏摆和俯仰；利用后相机采集的图像识别后输出端上棱角度、Y波导芯片出光点上棱角度、后输出端侧棱角度和Y波导芯片出光点侧棱角度，调整后输出端的偏摆和俯仰；

利用后相机采集的图像识别Y波导芯片入光点坐标和Y波导芯片入光点侧棱上顶点坐标，得到Y波导芯片入光点三维坐标，根据输入端上棱、侧棱，解算输入端耦合点，结合右相机采集的输入端纤芯信息，得到输入端耦合点的三维坐标，计算与Y波导芯片入光点位置偏差，以调整输入端三维平移；

输入端调整完成后，打开红光光源，由右相机采集Y波导芯片前出光点和后出光点图像，根据图像确定前出光点和后出光点的上下、前后位置，由后相机采集Y波导芯片出光点上棱，综合得到Y波导芯片前出光点、后出光点的三维坐标；根据前输出端上棱、侧棱，解算前输出端耦合点，并结合左相机采集的前输出端纤芯信息，得到前输出端耦合点的三维坐标，计算与Y波导芯片前出光点三维位置偏差，调整前输出端三维平移；同理，调整后输出端的三维位移。

2.根据权利要求1所述的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，所述的光路单元包括宽谱光源、红光光源、第一环形器、第二环形器、输入端、Y波导芯片、前输出端、后输出端、光纤环和光功率计；宽谱光源与第一环形器的输入端相连，红光光源与第一环形器的返回端相连；第二环形器的输入端连接第一环形器的输出端，输入端连接在第二环形器的输出端；光功率计连接在第二环形器的返回端。

3.根据权利要求1所述的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，所述的运动控制器包括可编程逻辑控制器和步进梯形程序；运动控制器采用分时复用技术，将6个电动台的24轴电机分为四组，每组控制6个维度，利用可编程逻辑控制器的6路脉冲接口控制6个维度；步进梯形程序包括指令的接收、指令的理解、缓冲区状态识别、脉冲输出和脉冲输出状态监控。

4.根据权利要求1所述的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，所述的图像采集单元，在打开三个LED时，左相机采集前输出端和后输出端的端面图像，右相机采集输入端的端面图像和Y波导芯片的出光点上棱图像，在关闭三个LED，打开红光光源时，右相机采集Y波导芯片的前出光点和后出光点图像；所述的后相机在三维电动台的带动下，采集输入端、Y波导芯片、前输出端和后输出端的后视图像以及由直角棱镜反射的顶视图像。

5.根据权利要求1所述的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，所述的直接耦合程序，提取输入端、前输出端和后输出端的上棱角度、侧棱角度、三维坐标和Y波导芯片入光点上棱角度、Y波导芯片入光点侧棱角度、Y波导芯片出光点上棱角度、Y波导芯片出光点侧棱角度以及Y波导芯片的偏振角，是采用直线特征提取方法；所述的直线特征提取方法，采用自适应滑窗法，利用迭代的最小二乘法拟合直线方程。

6.根据权利要求1所述的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，所述的直接耦合程序，提取输入端、前输出端、后输出端的三维坐标和偏振角度，是采用圆形特征提取方法；所述的圆形特征提取方法为随机圆检测算法。

7.根据权利要求1所述的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，所述的计算机根据光功率计输出功率大小，按照从前到后、从上到下的顺序在边长6um矩形框内，以50nm步距依次调节输入端、前输出端和后输出端，找到功率数值最大时对应的输入端、前输出端和后输出端的位置，作为最终的耦合点。

8.根据权利要求1所述的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，所述的装置还包括人机交互单元，用于用户控制直接耦合装置的操作工序，实时显示相机图像和光功率大小，对耦合质量进行在线监测。

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