基于机器视觉的光纤拉锥中波导对准方法研究

论文摘要

集成光学在光纤通信、光纤传感技术、光信息处理、光计算机与光存储等领域应用非常广泛。电热式拉锥技术能够实现波导型微结构光纤与单芯单模光纤的高效耦合，具有如温场容易控制、无易爆气体等优点，从而为集成光学器件的制作提供了有效方法。光纤对准技术是电热式拉锥系统中的关键核心技术。因此，开展电热式拉锥中光纤对准方法研究是非常具有实际意义的。本文主要开展以下工作：本文对波导对准技术的国内外研究现状进行了归纳与总结，在分析了现有的波导对准方法优缺点的基础上，开展了基于显微成像技术和嵌入式图像处理技术为核心的光纤波导对准方案设计。针对光纤对准系统的特点，以面阵CCD为图像传感器，并对光源、镜头的性能及参数进行了分析与比较，构建了高精度显微成像测量系统，为进一步实现光纤波导的高精密对准奠定了基础。本文把图像处理算法在嵌入式系统中的实现作为研究的重点，在基于ARM9的嵌入式平台上实现了直方图，二值化，中值滤波，边缘提取，直线检测，系统对焦等相关算法，并完成相关验证实验。同时基于该开发平台实现了嵌入式系统与上位机的通讯、步进电机的控制、液晶显示模块驱动以及图像采集卡驱动等功能。该光纤波导对准系统具有运行稳定，实时性好，对准精度高等优点，为进一步提高电热式熔融拉锥系统的性能奠定了一定的前期实验基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 波导对准系统的方案设计
• 2.1 波导对准系统结构组成
• 2.2 机器视觉对准系统的基本组成
• 2.2.1 CCD 相机
• 2.2.2 光源及照明系统
• 2.2.3 镜头
• 2.3 基于嵌入式的机器视觉处理系统
• 2.3.1 嵌入式机器视觉对处理系统的配置要求
• 2.3.2 嵌入式硬件平台的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 光纤图像处理方法与实现
• 3.1 图像二值化处理
• 3.1.1 阈值区域分割与提取
• 3.1.2 阈值的确定
• 3.2 中值滤波
• 3.3 边缘检测与提取
• 3.4 HOUGH 变换直线拟合
• 3.5 嵌入式系统中的调焦函数研究
• 3.5.1 图像对焦的重要意义
• 3.5.2 对焦原理
• 3.5.3 图像清晰度评价函数
• 3.6 本章小结
• 第4章 嵌入式波导对准控制系统实现
• 4.1 基于 S3C2440A 单片机的系统
• 4.1.1 S3C2440A 硬件平台介绍
• 4.1.2 波导对准系统的控制平台结构
• 4.2 步进电机控制模块
• 4.3 液晶显示模块
• 4.4 嵌入式图像采集卡
• 4.5 主要图像处理算法流程
• 4.6 实验结果及分析
• 4.6.1 系统对焦实验
• 4.6.2 边缘检测实验
• 4.6.3 光纤对准实验
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢