雙光纖共球耦合傳感器圖像信號(hào)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(cè)量原理，提出了一種新的微內(nèi)尺度測(cè)量方法，該方法通過(guò)雙光纖共球耦合器實(shí)現(xiàn)了光能量在不同光纖間的反向傳輸，使傳感器測(cè)頭在被測(cè)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(guò)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(cè)長(zhǎng)裝置檢測(cè)整個(gè)測(cè)量過(guò)程中兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)的發(fā)訊時(shí)刻之間傳感器測(cè)頭的位移量，從而實(shí)現(xiàn)了微內(nèi)尺度的測(cè)量。
　　本課題以測(cè)量微孔直徑為例，采用圖像去噪、圖像分割、亞像素

2、級(jí)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(hào)轉(zhuǎn)換成的圖像信號(hào)，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(hào)的發(fā)訊時(shí)機(jī)，最終達(dá)到提高微孔直徑測(cè)量精度的目的。
　　從光纖端面的光場(chǎng)強(qiáng)度分布入手，分析雙光纖共球耦合傳感器圖像信號(hào)的細(xì)節(jié)特征；根據(jù)分析所得圖像及其噪聲分布特點(diǎn)，采用迭加消噪法與自適應(yīng)中值濾波的組合算法對(duì)光斑圖像去噪；針對(duì)光斑圖像光場(chǎng)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(hào)，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(jìn)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(bǔ)償?shù)膩喯袼剡吘壎ㄎ凰惴?，通過(guò)將OJFM’s的幅值旋轉(zhuǎn)不變性和獨(dú)特的細(xì)節(jié)信息描述能力應(yīng)用于邊緣檢測(cè)，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(jí)位置信息，從而達(dá)到更高的邊緣定位精度。
　　為了驗(yàn)證高階OJFM’s對(duì)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(duì)比分析，并根據(jù)格拉布斯準(zhǔn)則判斷并剔除粗大誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)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(dá)到0.13像素。最后使用一種有效的雙邊逼近的濾波算法對(duì)擬合OJFM’s邊緣所得光斑中心值進(jìn)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。