基于NiosⅡ的光纤熔接机图像测量及软件系统设计

论文摘要

本文在研究国内外现有光纤几何参数测量方法的基础上,针对光纤熔接参数实时测量的需求,设计并实现了基于SOPC (System On a Programmable Chip)下采用数字图像处理技术进行待熔接光纤几何参数测量的系统。本文首先研究了光纤熔接设备的工作原理与影响熔接质量的相关因素,构建了在SOPC嵌入式系统上模拟光纤熔接机功能的硬件平台,实现了从图像采集、存储到处理的硬件功能,所有任务都在NiosⅡ处理器统一调度下完成。其次通过研究光纤熔接流程,设计了熔接机软件架构,实现了光纤熔接过程中各模块的协同工作。针对软件架构中光纤参数测量的核心模块,设计并实现了一种测量方法：在光纤图像采集后,利用NiosⅡ处理器对数字图像进行边缘提取、形态学处理及边缘标记等预处理,得到高质量的光纤纤芯的二值边缘矢量图像,然后对图像中所关心的几何特征进行直线检测与参数提取,得到光纤接续的有关控制量确保了光纤的精确对接。整个测量流程根据待熔接的光纤图像特征进行设计,实现了自动化操作,消除了光纤对准过程中的人为测量误差。根据光纤熔接的需要,系统可计算出光纤的纤芯直径、光纤端面切割倾角和待熔接光纤两端面轴向偏差、径向距离等数据。完成相应计算后,以上参数便可作为光纤熔接数据进行熔接质量参评与自动对准控制。利用SOPC平台的独特优势对软件部分进行优化以节省程序运行时间,提高运行效率,达到在线实时测量熔接的目的。在本系统中,光纤图像分辨率使用320×240进行采集存储,测量出的光纤几何尺寸数据的精确度可达到0.7μm。通过图像采集分辨率与测量算法精度设置的同步提高,可进一步提高系统性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 光纤熔接对准技术分析
• 1.2.1 本地光注入和探测系统
• 1.2.2 纤芯探测系统
• 1.2.3 侧向投影对准系统
• 1.3 光纤物理结构
• 1.4 光纤几何参数对熔接损耗的影响
• 1.4.1 光纤的几何参数
• 1.4.2 熔接前光纤端面缺陷
• 1.4.3 光纤熔接机机械调整精度
• 1.4.4 接续质量
• 1.5 数字图像处理与测量技术在光纤熔接系统中的应用
• 1.6 论文研究重点
• 1.7 论文章节安排
• 第二章 光纤熔接系统架构设计
• 2.1 光纤熔接机的基本工作原理
• 2.2 系统硬件模块分析
• 2.3 图像处理相关模块分析
• 2.3.1 图像采集模块
• 2.3.2 图像显示模块
• 2.3.3 图像存储模块
• 2.3.4 图像处理和分析模块
• 2.4 SOPC系统硬件构成
• 2.5 系统软件架构
• 2.5.1 自检模块设计
• 2.5.2 系统复位设计
• 2.5.3 放电试验设计
• 2.5.4 其他模块设计
• 2.5.5 系统菜单设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 光纤图像参数测量预处理
• 3.1 图像的基本理论
• 3.2 光纤图像参数测量流程设计
• 3.2.1 光纤图像采集与处理流程
• 3.2.2 光纤图像参数测量流程
• 3.3 光纤图像预处理
• 3.3.1 图像边缘检测与二值化
• 3.3.2 光纤图像数学形态学处理
• 3.3.3 连通区域标记处理
• 3.4 本章小结
• 第四章 光纤图像参数测量
• 4.1 光纤图像参数测量目的
• 4.2 图像直线检测基本原理
• 4.3 直线检测算法实现
• 4.4 参数提取与结果分析
• 4.5 程序优化
• 4.5.1 C2H软件加速编译
• 4.5.2 三角函数查表法
• 4.5.3 循环展开
• 4.6 误差分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 设计总结
• 5.2 技术展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果
• 致谢