基于机器视觉的光纤几何参数检测研究

论文摘要

新型特种光纤几何参数的检测,是研究新型光纤特性以及保证光纤生产质量的前提和保证。随着机器视觉技术的迅猛发展,视觉测量技术得到了飞速的发展和广泛的应用,作为一种非接触测量方式已经被广泛的应用到许多领域中。本文主要研究了以机器视觉为基础光纤几何参数的测量方法。本文首先研究了基于机器视觉技术检测光纤几何参数的测量原理,根据D型光纤和特种光纤端面的特点确定了测量的方案和测量系统的构成。测量系统包括CMOS摄像机、成像系统、照明系统、图像采集和处理软件系统,并且对摄像机、镜头、光源和照明方式的选择等方面进行了详细的分析。其次,为了提高测量的精度,本文介绍了调焦的概念和方法,同时对各种调焦函数做了仿真对比实验。本文重点论述了光纤几何参数检测系统涉及的图像处理算法。根据采集光纤图像的特点以及大量对比实验和仿真,检测系统选择3×3窗口的中值滤波对图像进行预处理。对于D型光纤侧面抛磨深度的测量,系统选择了抗噪声能力强的Canny算子作为整像素的边缘检测算子。同时为了进一步提高测量精度,检测系统采用了方法简单、精度高的灰度矩的亚像素算法。对于特种光纤检测,根据光纤端面的特点,首先,对光纤端面图像做灰度直方图,通过直方图选择阈值对端面图像做二值图像来提取外包层和空气孔,再通过Hough变换求取外包层和内空气孔的半径和圆心坐标。然后,增大阈值对端面图像进行二值化,得到两个椭圆纤芯的图像,通过边缘链码的方法提取两个椭圆芯的轮廓,利用最小二乘曲线拟合的方法求取两个椭圆芯图像的长短轴和中心坐标。最后,本系统采用了标准的单模光纤进行了测量实验,对光纤的丝径进行了测量实验,并且得出了测量的结果。对双椭圆芯的光纤端面的几何参数进行了测量,特种光纤的几何参数包括包层的直径和圆心位置、空气孔的直径和圆心位置、两个椭圆纤芯的长轴和短轴、中心坐标。经过实验测试,光纤几何参数检测系统可以准实时的测量D型光纤的侧面抛磨深度,同时可以对特种光纤端面几何参数准确测量,测量精度满足实验要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视觉测量技术及其国内外研究现状
• 1.3 光纤几何参数测量的研究背景及其关键技术
• 1.3.1 光纤几何参数测量的研究背景
• 1.3.2 测量方案的选择
• 1.3.3 机器视觉测量的关键技术
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 光纤几何参数检测系统的方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 光纤检测系统的基本原理
• 2.3 照明系统的设计
• 2.3.1 光源的选择
• 2.3.2 照明方式的选择
• 2.4 光学镜头的选择
• 2.5 图像采集系统的设计
• 2.6 光纤测量系统的软件结构
• 2.7 本章小结
• 第3章 光纤几何参数检测系统的调焦研究
• 3.1 引言
• 3.2 调焦的原理及调焦曲线的特性分析
• 3.2.1 调焦的原理
• 3.2.2 调焦曲线的性能分析
• 3.3 常用的调焦函数评价综述
• 3.3.1 时域分析法
• 3.3.2 频域分析法
• 3.3.3 信息学调焦函数法
• 3.3.4 统计学调焦函数法
• 3.4 基于图像处理的调焦流程
• 3.5 调焦评价函数的对比实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 光纤几何参数检测系统图像处理算法
• 4.1 引言
• 4.2 图像采集及预处理
• 4.2.1 图像采集
• 4.2.2 摄像机采集图像的噪声种类
• 4.2.3 图像预处理
• 4.3 边缘检测算法的研究
• 4.3.1 常用的边缘检测算子
• 4.3.2 Canny边缘检测算子
• 4.3.3 边缘检测算法实验结果分析
• 4.3.4 灰度矩亚像素边缘定位算法研究
• 4.4 光纤几何参数测量方法
• 4.4.1 D型光纤侧面抛磨深度测量算法
• 4.4.2 光纤端面几何测量算法
• 4.5 本章小结
• 第5章 光纤几何参数检测系统实验结果分析
• 5.1 光纤几何参数检测系统功能介绍
• 5.1.1 检测系统软件介绍
• 5.1.2 检测系统硬件介绍
• 5.2 光纤几何参数检测系统误差分析
• 5.3 光纤几何尺寸测量
• 5.3.1 光纤丝径和侧面抛磨深度的测量
• 5.3.2 光纤端面几何参数测量
• 5.3.3 标定实验结果
• 5.3.4 实验测量结果
• 5.4 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
• 附录