CN111829443A - 一种光纤间距测量系统及其测量方法 - Google Patents

一种光纤间距测量系统及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤间距测量系统及其测量方法，包括处理器、采集模块、三维调节模块和光纤尾纤，所述采集模块包括设有同轴光源感光元件，所述三维调节模块用于调节光纤尾纤与所述感光元件的位置，所述同轴光源用于向所述光纤尾纤发射光信号，以使所述感光元件采集光纤尾纤端面图像，所述处理器根据预存第一数据和所述感光元件反馈的光纤尾纤端面图像，采用预设方式确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。通过采集光纤尾纤端面图像，省去了复杂的几何光学显微成像，减少反射的噪声，提高了测量准确度，在进行图像识别时省去了复杂的去噪处理，同时三维调节模块降低了对焦调试操作，实现了高效、方便、准确地测量出光纤尾纤纤芯间距离。

Description

一种光纤间距测量系统及其测量方法
技术领域
本发明涉及光通信器件技术领域，尤其涉及一种光纤间距测量系统及其测量方法。
背景技术
光纤尾纤作为DWDM器件制作过程中的关键物料，其纤芯间距离的准确性，直接影响着DWDM器件参数性能，通过对光纤尾纤间距测量与分类，能够实现对DWDM器件中心波长的严格控制。因此开发出一套高效、操作简单、性能好的光纤间距测量系统，对于DWDM器件甚至整个光无源器件制造来说，显得尤为重要。
现在公开的光纤间距测量方案主要分为：1.图像处理类，如专利文件(公开号：CN106840008A)公开了一种光纤间距测量系统及测量方法，将待测光纤阵列的端面置于显微物镜的前焦面附近，物距稍大于焦距，采样光阑置于显微物镜的后焦面上，图像采集芯片置于显微物镜的像面上。相干光源通过光分路器分成多路，分别接入待测光纤阵列的尾纤，再从光纤端面出射，依次经过显微物镜、采样光阑，入射在图像采集芯片上，获得光纤端面处光斑的图像，再由图像处理模块进行分析，得到光纤间距信息。2.机器视觉类，如专利文件(公开号：CN201910243470.3)公开了一种SAB安全气囊尺寸视觉测量方法，其采用机械视觉方法进行尺寸测量，运动多个降噪算法对图像进行滤波和锐化，然后通过CANNY边缘检测，对图像增强后滤波，再结合图像形态学算去出背景及其它噪声，以及结合采用投影法与灰度直方图得出像素距离，并通过最小二乘法进行直线拟合，最终得出外轮廓尺寸。
然而现有的技术方案存在组件过多、系统搭建占用孔间大、调试难度高、计算复杂且准确度低，如何通过占用空间少的简单组件构造，高效、方便、准确地测量出光纤间距成为业内亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种光纤间距测量系统及其测量方法。
本发明所采用的第一技术方案是：
一种光纤间距测量系统，包括处理器、采集模块、三维调节模块和光纤尾纤，所述采集模块包括感光元件，所述感光元件设有同轴光源，所述感光元件与所述处理器连接，所述光纤尾纤固定在所述三维调节模块内，所述三维调节模块用于调节光纤尾纤与所述感光元件的位置，以使光纤尾纤处于预设点，所述同轴光源用于向所述光纤尾纤发射光信号，以使所述感光元件采集光纤尾纤端面图像，所述处理器根据预存第一数据和所述感光元件反馈的光纤尾纤端面图像后，采用预设方式确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。
可选地，所述预存第一数据包括光纤半径，所述预设方式包括圆检测函数，所述确定光纤尾纤纤芯间距离具体为：所述处理器采用圆检测函数从所述光纤尾纤端面图像中识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离，及确定所述光纤半径与所述光纤半径像素距离比值后，根据所述比值和所述纤芯像素距离确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。
可选地，所述识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离具体为：所述处理器对所述光纤尾纤端面图像进行灰度转化获取单通道图像后，采用圆检测函数从所述单通道图像中识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离。
可选地，所述预设点包括所述感光元件的焦点，所述三维调节模块还用于调节所述光纤尾纤位置，以使所述光纤尾纤处于所述感光元件的焦点处。
可选地，所述采集模块还包括固定元件，所述固定元件用于固定所述感光元件。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种光纤间距测量方法，包括处理器、采集模块、三维调节模块和光纤尾纤，所述采集模块包括感光元件，所述感光元件设有同轴光源，所述感光元件与所述处理器连接，所述测量方法包括以下步骤：
调整所述三维调节模块，使所述光纤尾纤处于所述感光元件的预设点处；
所述感光元件通过所述同轴光源向所述光纤尾纤发射的光信号采集光纤尾纤端面图像；
所述处理器根据预存第一数据和所述光纤尾纤端面图像，采用预设方式确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。
可选地，所述第一数据包括光纤半径，所述预设方式包括圆检测函数，所述处理器根据预存第一数据和所述光纤尾纤端面图像，采用预设方式确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离这一步骤，具体包括以下步骤：
获取所述光纤尾纤端面图像并进行灰度转化后，生成单通道图像；
采用圆检测函数从所述单通道图像中识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离；
根据所述光纤半径与所述光纤半径像素距离确定像素距离比值；
根据所述像素距离比值和所述纤芯间像素距离确定光纤尾纤纤芯间距离。
可选地，所述识别出纤芯间像素距离具体包括：
采用圆检测函数从所述单通道图像中识别出纤芯位置坐标；
根据所述纤芯位置坐标基于距离算法确定光纤尾纤纤芯间像素距离。
可选地，所述预设点包括所述感光元件的焦点，所述调整所述三维调节模块，使所述光纤尾纤处于所述感光元件的预设点处这一步骤，具体包括以下步骤：
将所述光纤尾纤夹持于所述三维调节模块上并调节；
实时读取所述感光元件反馈的光纤尾纤图像至光纤尾纤端面处于所述感光元件的焦点处。
可选地，所述采集模块还包括固定元件，所述测量方法，还包括：将所述感光元件固定在所述固定元件上。
本发明的有益效果是：通过设有同轴光源的感光元件采集光纤尾纤端面图像，省去了复杂的几何光学显微成像，减少光纤尾纤端面反射的噪声，提高了测量结果的准确度，在处理器对光纤尾纤图像进行图像识别时省去了复杂的去噪处理，同时三维调节模块降低了调试操作，实现了高效、方便、准确地测量出光纤尾纤纤芯间距离。
附图说明
图1是本发明提供的一种光纤间距测量系统结构框图；
图2是本发明提供的一种光纤间距测量方法步骤流程图；
图3是本发明具体实施例提供的光纤间距测量系统结构示意图；
图4是本发明具体实施例提供的光纤尾纤间距端面示意图。
附图标记：1.电脑、2.CCD相机、3.同轴光源、4.固定架、5.三维调节架、6.光纤尾纤、7.光纤、71.光纤纤芯。
具体实施方式
实施例一
如图1，一种光纤间距测量系统，包括处理器、采集模块、三维调节模块和光纤尾纤，采集模块包括感光元件，感光元件设有同轴光源，感光元件与处理器连接，光纤尾纤固定在三维调节模块内，三维调节模块用于调节光纤尾纤与感光元件的位置，以使光纤尾纤处于预设点，同轴光源用于向光纤尾纤发射光信号，以使感光元件采集光纤尾纤端面图像，处理器根据预存第一数据和感光元件反馈的光纤尾纤端面图像后，采用预设方式确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。
具体地，首先构建光纤检测测量系统，通过调节三维调节模块使光纤尾纤端面处于感光元件的预设点，采集模块内的同轴光源向固定在三维调节模块上的光纤尾纤发射光信号，从而使感光元件接收由光纤尾纤反射的光信号即由感光元件采集光纤尾纤端面图像，处理器根据预存的第一数据和感光元件反馈的光纤尾纤端面图像，采用预设方式确定光纤尾纤间距离；通过设有同轴光源的感光元件采集光纤尾纤端面图像，无需复杂的几何光学显微成像，而且降低了光纤尾纤端面反射的噪声，极大的提高了测量结果的准确度，同时采用感光元件采集的图像，省去了处理器对图像识别复杂的去噪处理，此外，三维调节模块简化对焦调试操作，减少了占用大空间的需求；本实施例中，可选地，三维调节模块包括三维调节架，感光元件包括CCD相机、CMOS相机(CMOS：互补性金属氧化物半导体)，预设点包括焦点、半倍焦点、1.5倍焦点等，预设方式包括但不限于图像识别算法、检测函数如HoughCircles函数。
可选地，预存第一数据包括光纤半径，预设方式包括圆检测函数，确定光纤尾纤纤芯间距离具体为：处理器采用圆检测函数从光纤尾纤端面图像中识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离，及确定光纤半径与光纤半径像素距离比值后，根据比值和纤芯像素距离确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。
本实施例中，光纤半径指光纤的实际半径尺寸，光纤尾纤纤芯间距离指两光纤纤芯间的实际距离也就是最终要求的数据，纤芯间像素距离指两光纤纤芯在光纤尾纤端面图像的像素尺寸，同理光纤半径像素距离指在光纤尾纤端面图像中光纤半径的像素尺寸。通过光纤半径与光纤半径像素距离确定像素与实际距离的比值后，由识别出的纤芯间像素距离通过简单的像素距离即可得出实际的光纤纤芯距离，降低了对感光元件的倍率依赖，提高了检测效率。
可选地，识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离具体为：处理器对光纤尾纤端面图像进行灰度转化获取单通道图像后，采用圆检测函数从单通道图像中识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离。
单通道图像内存占比小，而且便于区别，避免引入不必要的噪声，能够使处理器快速的识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离，提高测量效率和测量结果的准确度。
可选地，预设点包括感光元件的焦点，三维调节模块还用于调节光纤尾纤位置，以使光纤尾纤处于感光元件的焦点处。
将光纤尾纤调整到感光元件的焦点位置，可以使感光元件采集到清晰的光纤尾纤端面图像，而且调整过程中，处理器能实时的接收感光元件反馈的光纤尾纤图像，以便及时的确认光纤尾纤是否处于感光元件的焦点。
可选地，采集模块还包括固定元件，固定元件用于固定感光元件。
实施例二
如图2，本发明提供了一种光纤间距测量方法，包括处理器、采集模块、三维调节模块和光纤尾纤，采集模块包括感光元件，感光元件设有同轴光源，感光元件与处理器连接，测量方法包括以下步骤：
S1、调整三维调节模块，使光纤尾纤处于感光元件的预设点处；
S2、感光元件通过同轴光源向光纤尾纤发射的光信号采集光纤尾纤端面图像；
S3、处理器根据预存第一数据和光纤尾纤端面图像，采用预设方式确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。
本实施例中，通过调整三维调节模块使光纤尾纤端面处于感光元件的预设点，同轴光源向固定在三维调节模块上的光纤尾纤发射光信号，从而使感光元件接收由光纤尾纤反射光信号即由感光元件采集光纤尾纤端面图像，处理器根据预存的第一数据和感光元件反馈的光纤尾纤端面图像，采用预设方式确定光纤尾纤间距离；通过设有同轴光源的感光元件采集光纤尾纤端面图像，省去了复杂的几何光学显微成像，而且降低了光纤尾纤端面反射的噪声，极大的提高了测量结果的准确度，同时采用感光元件采集的图像，省去了处理器对图像识别复杂的处理操作，此外，三维调节模块简化了对焦调试操作。本实施例中，可选地，三维调节模块包括三维调节架，感光元件包括CCD相机、CMOS相机(CMOS：互补性金属氧化物半导体)，预设点包括焦点、半倍焦点、1.5倍焦点等，预设方式包括但不限于图像识别算法、检测函数如HoughCircles函数。
可选地，第一数据包括光纤半径，预设方式包括圆检测函数，S3这一步骤，具体包括以下步骤：
S31、获取光纤尾纤端面图像并进行灰度转化后，生成单通道图像；
S32、采用圆检测函数从单通道图像中识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离；
S33、根据光纤半径与光纤半径像素距离确定像素距离比值；
S34、根据像素距离比值和纤芯间像素距离确定光纤尾纤纤芯间距离。
本实施例中，光纤半径指光纤的实际半径尺寸，光纤尾纤纤芯间距离指两光纤纤芯间的实际距离也就是最终要求的数据，纤芯间像素距离指两光纤纤芯在光纤尾纤端面图像的像素尺寸，同理光纤半径像素距离指在光纤尾纤端面图像中光纤半径的像素尺寸。通过光纤半径与光纤半径像素距离确定像素与实际距离的比值后，由识别出的纤芯间像素距离通过简单的像素距离即可得出实际的光纤纤芯距离，而且单通道图像内存占比小，而且便于区别，避免引入不必要的噪声，能够使处理器快速的识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离，降低了对感光元件的倍率依赖，提高了检测效率。
可选地，步骤S32中识别出纤芯间像素距离具体包括：
S321、采用圆检测函数从单通道图像中识别出纤芯位置坐标；
S322、根据纤芯位置坐标基于距离算法确定光纤尾纤纤芯间像素距离。
具体地，通过圆检测HoughCircles函数从单通道图像中识别出光纤纤芯的位置坐标(Xi，Yi),(Xj，Yj)，根据(Xi，Yi),(Xj，Yj)通过距离算法确定单通道图像中纤芯间像素距离。
可选地，预设点包括感光元件的焦点，S1这一步骤，具体包括以下步骤：
S11、将光纤尾纤夹持于三维调节模块上并调节；
S12、实时读取感光元件反馈的光纤尾纤图像至光纤尾纤端面处于感光元件的焦点处。
可选地，采集模块还包括固定元件，测量方法，还包括：将感光元件固定在固定元件上。
具体实施例
参照图3和图4，一种光纤尾纤间距系统及其测量方法，首先构建光纤间距测量系统将包括电脑1、设置于同轴光源3的CCD相机2、固定架4、三维调节架5、光纤尾纤6和光纤7组件安置好位置如图3所示，其中CCD相机2固定在固定架4后通过数据线与电脑1连接，光纤7内置于光纤尾纤6内夹持于三维调节架5上，通过调整三维调节架5使光纤尾纤6处于CCD相机2的焦点处，同时同轴光源3在调整过程中向光纤尾纤6发射光信号，以使CCD相机2实时采集光纤尾纤6的光纤尾纤端面图像如图4所示。
具体地，光纤间距测量方法步骤流程如下：
A1、构建光纤间距测量系统；
A2、调整三维调节架5，使光纤尾纤端面处于CCD相机2的焦点，并实时采集光纤尾纤端面图像；
A3、采用HoughCircles圆检测函数，对光纤尾纤6端面光纤7进行检测，获取两根光纤圆心位置和半径像素距离Pr；
A4、根据光纤半径像素距离Pr和光纤半径R，计算得出像素距离比值K＝Pr/R；
A5、根据两根光纤纤芯71像素距离Pc，以及步骤A4所得像素距离比K，确定纤芯71间距离D＝Pc/K；
其中步骤A2这一步骤，具体为：
A21、将光纤尾纤6夹持于三维调节架5上，通过调节X/Y/Z轴，使光纤尾纤6端面聚焦于CCD相机2焦点，获取清晰的光纤尾纤6端面图像，同时使整个的光纤尾纤6端面都完整的落在图像中间。
其中步骤A3这一步骤具体为：
A31、对光纤尾纤端面图像进行灰度图转化得到单通道图像；
A32：采用HoughCircles函数，识别光纤尾纤6端面中的光纤7；
A33：HoughCircles函数在识别到光纤7的时候，会给出对应的纤芯71位置(X1，Y1),(X2，Y2)与光纤半径像素距离Pr。
其中步骤A4这一步骤具体为：
A41:步骤A3中识别得到的光纤半径像素距离Pr，以及光纤半径R，直接可以计算得到像素距离比K＝Pr/R。
其中步骤A5这一步骤具体为：
A51:步骤A3中获取两光纤纤芯71位置坐标(X1，Y1)与(X2，Y2)，根据距离公式可得两光纤纤芯71像素距离为：
Figure BDA0002523900920000071
A52：步骤A51计算得到的光纤像素距离Pc，结合步骤A4中得到的像素距离比K，可以计算得到纤芯71间距离D＝Pc/K，即为我们所需要的光纤纤芯71间距离。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种光纤间距测量系统，其特征在于，包括处理器、采集模块、三维调节模块和光纤尾纤，所述采集模块包括感光元件，所述感光元件设有同轴光源，所述感光元件与所述处理器连接，所述光纤尾纤固定在所述三维调节模块内，所述三维调节模块用于调节光纤尾纤与所述感光元件的位置，以使光纤尾纤处于预设点，所述同轴光源用于向所述光纤尾纤发射光信号，以使所述感光元件采集光纤尾纤端面图像，所述处理器根据预存第一数据和所述感光元件反馈的光纤尾纤端面图像后，采用预设方式确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。
2.根据权利要求1所述的一种光纤间距测量系统，其特征在于，所述预存第一数据包括光纤半径，所述预设方式包括圆检测函数，所述确定光纤尾纤纤芯间距离具体为：所述处理器采用圆检测函数从所述光纤尾纤端面图像中识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离，及确定所述光纤半径与所述光纤半径像素距离比值后，根据所述比值和所述纤芯像素距离确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。
3.根据权利要求2所述的一种光纤间距测量系统，其特征在于，所述识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离具体为：所述处理器对所述光纤尾纤端面图像进行灰度转化获取单通道图像后，采用圆检测函数从所述单通道图像中识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离。
4.根据权利要求1所述的一种光纤间距测量系统，其特征在于，所述预设点包括所述感光元件的焦点，所述三维调节模块还用于调节所述光纤尾纤位置，以使所述光纤尾纤处于所述感光元件的焦点处。
5.根据权利要求1所述的一种光纤间距测量系统，其特征在于，所述采集模块还包括固定元件，所述固定元件用于固定所述感光元件。
6.一种光纤间距测量方法，其特征在于，包括处理器、采集模块、三维调节模块和光纤尾纤，所述采集模块包括感光元件，所述感光元件设有同轴光源，所述感光元件与所述处理器连接，所述测量方法包括以下步骤：
调整所述三维调节模块，使所述光纤尾纤处于所述感光元件的预设点处；
所述感光元件通过所述同轴光源向所述光纤尾纤发射的光信号采集光纤尾纤端面图像；
所述处理器根据预存第一数据和所述光纤尾纤端面图像，采用预设方式确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离。
7.根据权利要求6所述的一种光纤间距测量方法，其特征在于，所述第一数据包括光纤半径，所述预设方式包括圆检测函数，所述处理器根据预存第一数据和所述光纤尾纤端面图像，采用预设方式确定光纤尾纤内光纤纤芯间距离这一步骤，具体包括以下步骤：
获取所述光纤尾纤端面图像并进行灰度转化后，生成单通道图像；
采用圆检测函数从所述单通道图像中识别出纤芯间像素距离与光纤半径像素距离；
根据所述光纤半径与所述光纤半径像素距离确定像素距离比值；
根据所述像素距离比值和所述纤芯间像素距离确定光纤尾纤纤芯间距离。
8.根据权利要求7所述的一种光纤间距测量方法，其特征在于，所述识别出纤芯间像素距离具体包括：
采用圆检测函数从所述单通道图像中识别出纤芯位置坐标；
根据所述纤芯位置坐标基于距离算法确定光纤尾纤纤芯间像素距离。
9.根据权利要求6所述的一种光纤间距测量方法，其特征在于，所述预设点包括所述感光元件的焦点，所述调整所述三维调节模块，使所述光纤尾纤处于所述感光元件的预设点处这一步骤，具体包括以下步骤：
将所述光纤尾纤夹持于所述三维调节模块上并调节；
实时读取所述感光元件反馈的光纤尾纤图像至光纤尾纤端面处于所述感光元件的焦点处。
10.根据权利要求6所述的一种光纤间距测量方法，其特征在于，所述采集模块还包括固定元件，所述测量方法，还包括：将所述感光元件固定在所述固定元件上。
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