CN112444959A - 一种光纤图像虚影的处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤图像虚影的处理装置及方法，属于光纤图像处理领域，装置包括照明灯、水平推进机构、光纤、夹具、前电极棒、后电极棒、高压放电模块、图像采集系统、控制模块和调焦模块。将光纤放入光纤夹具中，照明灯照射光纤形成光纤图像，图像采集系统将采集到的光纤图像发送到图像处理模块，处理后将图像送至液晶显示。系统实时采集光纤图像并分析光纤图像端面，若检测到端面存在虚影，驱动调焦马达进行调焦，保持实时检测直到端面成像符合系统要求。检测虚影区域时，采用一种全新的卷积模板。本发明硬件负担小、易于实现，有效检测光纤图像虚影区域，并能快速处理虚影，使光纤端面质量和位置的判断更为准确，提高了光纤熔端效果。
Description
技术领域
本发明属于光纤图像处理领域，具体涉及一种光纤图像虚影的处理装置及方法。
背景技术
光纤端面处理装置是一种光纤端面热熔抛光处理设备，其具有放大光纤端面和利用高温电弧现场抛光光纤端面的功能，可以清晰地观测光纤端面质量，通过电弧热熔消除光纤端面的切割损伤，并将光纤端面熔融成球面，提高光纤接续的光学性能。
光纤在成像时由于镜头、物距和脏污很容易出现焦距变化的问题，一般光纤端面处理装置没有调焦设备，无法对焦距进行实时调整。这时光纤图像边缘会存在虚影，虚影会影响光纤端面质量和位置的判断，从而影响电弧的熔端效果。
一般有两种处理虚影方法：第一种是对采集的光纤图像先进行平滑处理，再通过校正函数对图像进行处理；第二种是通过实时标定光纤主体，然后对光纤主体外的背景区域进行图像处理，以去除光纤图像附近的虚影。第一种方法没有区分图像中光纤主体和背景，容易模糊图像的边缘，影响图像判断。第二种方法进行图像处理时，剔除了光纤主体，最大程度的保存了光纤图像的特征，较第一种方法更精确，但由于需要进行大量计算，影响光纤图像的实时调整，同时需要增加图像处理芯片来满足实时处理要求。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种光纤图像虚影的处理装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光纤图像虚影的处理装置，包括照明灯、水平推进机构、光纤、夹具、前电极棒、后电极棒、高压放电模块、图像采集系统、控制模块和调焦模块；
照明灯，被用于提供光纤成像所需要的光源；
夹具，被用于夹持固定光纤，其固定在水平推进机构上；
水平推进机构，被用于带动夹具实现水平轴向推进；
前电极棒和后电极棒，被用于产生电弧以对光纤端面进行处理，前电极棒和后电极棒均与高压放电模块连接；
高压放电模块，被用于产生高压，实现光纤端面的处理；
图像采集系统，由显微镜和CMOS芯片组成，被用于采集光纤图像；
控制模块，分别与照明灯、图像采集系统、水平推进机构、高压放电模块连接，被用于控制照明灯、水平推进机构、调焦模块和高压放电模块，并对光纤图像数据进行实时处理；
调焦模块，由调焦马达和滑轨组成，通过调焦马达驱动滑轨，实现显微镜物距的变化，被用于调整图像采集系统中的显微镜。
一种光纤图像虚影的处理方法，采用如上所述的一种光纤图像虚影的处理装置，对图像采集系统采集到的光纤图像，通过频域法进行增强和去噪声，然后检测出虚影区域。
优选地，所述频域法利用一种卷积模板对图像增强和虚影区域检测。卷积模板为：
Xmask＝[a1m…a1k…a110 a21…a2k…a2m]
其中，
a1k＝ak[(-1)k-(-1)(n-k)]
a2k＝ak[(-1)(n-k)-(-1)k]
需要指出的是，上述公式中n为分数。
优选地，所述检测出的虚影区域，还需要根据其大小确定调焦模块需要运动的步数，由控制模块控制调焦马达，马达驱动凸轮使图像采集系统沿滑轨运动，对图像进行调焦；待调焦模块完成调整后，重复检测图像虚影区域和确定调焦步数这两步，直到虚影区域满足系统要求。
本发明所带来的有益技术效果：
1.本发明利用一种频域法进行图像虚影检测和全新的卷积模板，可以快速方便的实现光纤图像的增强和噪声的去除；
2.本发明利用增加机械结构的方式进行光学调焦，快速实现图像虚影的弱化；
3.该方法的硬件负担小、易于实现，有效检测光纤图像虚影区域，并能实时、快速处理虚影，使光纤端面质量和位置的判断更为准确，提高了光纤熔端效果。
附图说明
图1为本发明中光纤熔端装置的原理框图；
图2为本发明中图像采集系统和调焦模块示意图；
其中，1-照明灯；2-水平推进机构；3-高压放电模块；4-光纤；5-V型槽；6-前电极棒；7-后电极棒；8-图像采集系统；9-调焦模块；10-控制模块；11-滑轨；12-调焦马达；13-凸轮；14-CMOS板；15-显微镜。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1所示为本发明中光纤熔端装置的原理框图，主要包括照明灯1、水平推进机构2、高压放电模块3、光纤4、V型槽5、前电极棒6、后电极棒7、图像采集系统8、调焦模块9、控制模块10，其中图像采集系统8由CMOS板14和显微镜15组成。照明灯1沿图2中虚线方向照射到光纤4，光纤图像经显微镜15放大后在CMOS板14焦平面上将产生明暗图像，即光纤图像。在液晶屏幕上显示的光纤图像四周存在明显虚影。经过虚影检测后，由控制模块10控制调焦马达12，调焦马达12驱动凸轮13使图像采集系统8沿滑轨11运动，从而实现光纤图像的调焦。
在进行虚影区域检测时，采用了频域法。频域法的一般处理方法是将原定义在图像空间的图像以某种形式转换到其他空间，并利用在这些空间的特有性质方便地进行一定的加工，最后再转回原来空间以得到所需的效果。
卷积理论时频域技术的基础。设函数f(x，y)与线性位不变算子h(x，y)的卷积结果是g(x，y)，即g(x，y)＝h(x，y)*f(x，y)，那么根据卷积定理在频域有G(u，v)＝H(u，v)F(u，v)。其中G(u，v)、H(u，v)、F(u，v)分别是g(x，y)、h(x，y)、f(x，y)的傅里叶变换。在本发明中h(x，y)采用卷积模板。卷积模板为：
Xmask＝[a1m…a1k…a110 a21…a2k…a2m]
其中，
a1k＝ak[(-1)k-(-1)(n-k)]
a2k＝ak[(-1)(n-k)-(-1)k]
需要指出的是，上述公式中n为分数。
将卷积运算后的图像进行二值化，即可检测出虚影区域。
检测出光纤图像的虚影区域后，判断虚影区域是否满足系统需要，若满足则停止调整，否则计算虚影区域的范围，根据范围确定调焦马达运行的步数。算法步骤如下：
1)利用频域法检测出光纤图像的虚影区域；
2)根据检测出的虚影区域大小确定调焦模块需要运动的步数；
3)待调焦模块完成调整后，重复步骤1-步骤2，直到虚影区域满足系统要求。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种光纤图像虚影的处理装置，其特征在于：包括照明灯、水平推进机构、光纤、夹具、前电极棒、后电极棒、高压放电模块、图像采集系统、控制模块和调焦模块；
照明灯，被用于提供光纤成像所需要的光源；
夹具，被用于夹持固定光纤，其固定在水平推进机构上；
水平推进机构，被用于带动夹具实现水平轴向推进；
前电极棒和后电极棒，被用于产生电弧以对光纤端面进行处理，前电极棒和后电极棒均与高压放电模块连接；
高压放电模块，被用于产生高压，实现光纤端面的处理；
图像采集系统，由显微镜和CMOS芯片组成，被用于采集光纤图像；
控制模块，分别与照明灯、图像采集系统、水平推进机构、高压放电模块连接，被用于控制照明灯、水平推进机构、调焦模块和高压放电模块，并对光纤图像数据进行实时处理；
调焦模块，由调焦马达和滑轨组成，通过调焦马达驱动滑轨，实现显微镜物距的变化，被用于调整图像采集系统中的显微镜。
2.一种光纤图像虚影的处理方法，其特征在于：采用如权力要求1所述的一种光纤图像虚影的处理装置，对图像采集系统采集到的光纤图像，通过频域法进行增强和去噪声，然后检测出虚影区域。
3.根据权利要求2所述的一种光纤图像虚影的处理方法，其特征在于：所述频域法利用一种卷积模板对图像增强和虚影区域检测。卷积模板为：
Xmask＝[a1m…a1k…a11 0 a21…a2k…a2m]
其中，
a1k＝ak[(-1)k-(-1)(n-k)]
a2k＝ak[(-1)(n-k)-(-1)k]
需要指出的是，上述公式中n为分数。
4.根据权利要求3所述方法检测出的光纤图像虚影区域，其特征在于：所述检测出的虚影区域，还需要根据其大小确定调焦模块需要运动的步数，由控制模块控制调焦马达，马达驱动凸轮使图像采集系统沿滑轨运动，对图像进行调焦；待调焦模块完成调整后，重复检测图像虚影区域和确定调焦步数这两步，直到虚影区域满足系统要求。
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