雙光纖共球耦合傳感器圖像信號處理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、雙光纖共球耦合傳感器基于瞄準(zhǔn)觸發(fā)式的測量原理，提出了一種新的微內(nèi)尺度測量方法，該方法通過雙光纖共球耦合器實現(xiàn)了光能量在不同光纖間的反向傳輸，使傳感器測頭在被測內(nèi)尺度內(nèi)部的橫向位移量轉(zhuǎn)化為光束的偏轉(zhuǎn)量；通過顯微成像系統(tǒng)把光束的偏轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)化為CCD采集的光斑圖像的橫向位移量。結(jié)合測長裝置檢測整個測量過程中兩個觸發(fā)信號的發(fā)訊時刻之間傳感器測頭的位移量，從而實現(xiàn)了微內(nèi)尺度的測量。
　　本課題以測量微孔直徑為例，采用圖像去噪、圖像分割、亞像素

2、級的邊緣提取、光斑中心定位等算法處理雙光纖共球耦合傳感器返回光信號轉(zhuǎn)換成的圖像信號，以得到準(zhǔn)確的瞄準(zhǔn)信息，從而能夠準(zhǔn)確與快速地確定觸發(fā)信號的發(fā)訊時機，最終達到提高微孔直徑測量精度的目的。
　　從光纖端面的光場強度分布入手，分析雙光纖共球耦合傳感器圖像信號的細節(jié)特征；根據(jù)分析所得圖像及其噪聲分布特點，采用迭加消噪法與自適應(yīng)中值濾波的組合算法對光斑圖像去噪；針對光斑圖像光場分布不均勻的特性，提出了一種基于灰度拉伸的形態(tài)學(xué)分割算法，很好

3、地提取了圖像的有用信號，為后續(xù)的圖像分析打下基礎(chǔ)。為了提高光斑圖像的邊緣定位精度，進而得到更高的光斑中心定位精度，提出了一種基于高階正交雅可比-傅立葉矩(OJFM’s)及其偏差補償?shù)膩喯袼剡吘壎ㄎ凰惴?，通過將OJFM’s的幅值旋轉(zhuǎn)不變性和獨特的細節(jié)信息描述能力應(yīng)用于邊緣檢測，根據(jù)不同階次的OJFM’s之間的關(guān)系得出輪廓的亞像素級位置信息，從而達到更高的邊緣定位精度。
　　為了驗證高階OJFM’s對提取光斑圖像亞像素邊緣的有效性，采

4、用直接最小二乘擬合法，將OJFM’s與空間矩、Zernike矩和正交傅立葉-梅林矩的亞像素邊緣定位算法對比分析，并根據(jù)格拉布斯準(zhǔn)則判斷并剔除粗大誤差。實驗結(jié)果表明，相對于空間矩、Zernike矩、正交傅立葉-梅林矩的邊緣提取方法，擬合OJFM’s的亞像素邊緣得到的光斑中心定位精度最高，達到0.13像素。最后使用一種有效的雙邊逼近的濾波算法對擬合OJFM’s邊緣所得光斑中心值進行濾波，使得光斑中心定位精度由0.13像素提高到0.04像素。