基于端面成像的保偏光纖主軸對準方法

何春 房樂楠 孫智慧

摘要：為實現(xiàn)保偏光纖快速準確的主軸對準，本文介紹了一種基于光纖端面成像系統(tǒng)的保偏光纖主軸對準方法。首先通過光纖端面成像系統(tǒng)采集熊貓型保偏光纖端面圖像。然后采用一種基于分數(shù)階次微積分模板的邊緣檢測方法提取應力圓，并確定圓心。最后根據(jù)兩個應力圓的圓心確定保偏光纖應力區(qū)相對于水平方向的角度，通過驅動旋轉機構驅動兩個方向的光纖，實現(xiàn)保偏光纖主軸快速對準。

關鍵詞：保偏光纖;主軸對準;分數(shù)階次微積分;圓檢測

1 引言

偏振保持光纖（簡稱保偏光纖）就是指能夠使在其中傳輸?shù)墓獗３制淦駪B(tài)特性的光纖。保偏光纖是在單模光纖纖芯的兩側加上足夠的應力，使光纖在截面上兩互相垂直方向上產(chǎn)生大的傳播常數(shù)差，即高的雙折射。該類光纖已廣泛應用于航空、航天和高速光通信系統(tǒng)等諸多領域。

應力型保偏光纖在包層結構中加有應力區(qū)，兩柱狀應力區(qū)中心連線方向為保偏光纖的主軸。在熔接保偏光纖時，連接點主軸對準角偏差是影響保偏光纖連接點消光比性能的最主要因素。因此，保偏光纖熔接必須進行主軸對準消除角偏差，以使熔接后的光纖仍保持良好的偏振特性。

常用的主軸對準方式是以光纖側面成像為基礎的對準方法。該類對準方法以愛立信公司的透鏡效應側視法（POL）和藤倉公司的側面投影對軸系統(tǒng)（PAS）為主要代表。本文介紹了一種基于光纖端面成像系統(tǒng)的保偏光纖主軸對準方法，可實現(xiàn)熊貓型保偏光纖主軸快速對準。

2 基于端面成像的保偏光纖主軸對準方法

2.1 基于分數(shù)階次微積分模板的邊緣檢測方法

邊緣檢測作為圖像預處理中的關鍵一步，常用的邊緣檢測方法大多是使用整數(shù)階次微分。通常一階導數(shù)利用梯度算法而二階導數(shù)利用拉普拉斯算子來檢測邊緣。文獻提供了一種基于分數(shù)階次微積分模板的邊緣檢測方法，文中提出了全新的復數(shù)模板。用于計算分數(shù)階次導數(shù)的X方向卷積模板是：

邊緣檢測結果如圖1所示為邊緣檢測結果。

2.2 基于Hough變換的圓檢測算法

Hough變換是圖像處理中常用的一種檢測幾何直線和曲線的方法。Hough變換的原理就是利用圖像全局特征將邊緣像素連接起來組成區(qū)域封閉邊界，它將圖像空間轉換到參數(shù)空間，在參數(shù)空間對點進行描述，達到檢測圖像邊緣的目的。

假設所檢測圓的滿足以下公式：

其中（a，b）表示圓心坐標，r表示圓半徑。

變換至（a，b，r）三維參數(shù)空間后圓上所有的點 相應地轉換為在三維參數(shù)空間中的所有圓錐面 并相交于一點（a，b，r），而此點在參數(shù)坐標空間中的坐標即為輪廓圓的三個參數(shù)。

圖2所示為熊貓型保偏光纖應力區(qū)檢測結果，圖中數(shù)據(jù)為圓心所在坐標。

2.3 基本方法

首先通過光纖端面成像系統(tǒng)采集熊貓型保偏光纖端面圖像。對獲取的圖像進行平滑處理來抑制噪聲，再利用邊緣檢測算子進行邊緣檢測，最后利用Hough變換進行熊貓型保偏光纖應力區(qū)的檢測以及應力區(qū)中心坐標的檢測。確定兩個應力區(qū)中心坐標后可以計算出保偏光纖應力區(qū)相對于水平方向的角度，依次驅動左右兩側旋轉馬達，將保偏光纖應力區(qū)旋轉到水平位置，實現(xiàn)保偏光纖主軸對準。

2.4 實驗數(shù)據(jù)

依次檢測兩向保偏光纖應力區(qū)的圓心位置，即可判斷保偏光纖應力區(qū)相對于水平方向的角度，表1所示為兩向保偏光纖應力區(qū)的圓心坐標。

3 結論

本文介紹了一種基于光纖端面成像系統(tǒng)的保偏光纖主軸對準方法。從實驗結果可以看出，本文方法可以精確實現(xiàn)保偏光纖主軸對準，精度要求完全滿足生產(chǎn)研究需求。

參考文獻

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[2]朱桂英，張瑞林.基于Hough變換的圓檢測方法[J].計算機工程與設計，2008，29（6）：1462-1464.