一种基于根升余弦滤波器的光纤识别方法与流程

1.本发明属于光纤图像处理与分析领域，具体涉及一种基于根升余弦滤波器的光纤识别方法。


背景技术：

2.目前，光纤识别的方法主要是获取光纤图像中的亮度曲线，通过提取亮度曲线的特征参数来识别光纤的种类。获取光纤图像的方法一种是利用光纤熔接时从光纤的纤芯和包层发射出的热光辐射会形成一个可以由光学成像系统观察到的热图像。另一种是通过光纤的侧面成像来实现。常用的热成像和光纤端面成像识别方法，获取光纤图像后一般会对图像进行模糊、平滑、加强等操作，然后利用提取的特征参数来识别。其中热成像的方式是热成像的光强度分布会不同，纤芯部分会出现波峰结构。波峰的宽度与光纤的模场直径的高度相关。利用这种相关性对光纤的模场直径进行测量。端面成像的方式是利用图像处理部分处理拾取的光纤端面中亮度分布波形的参数数据。再利用模糊操作部分获得被测量的参数数据的归属程度，并通过模糊操作识别光纤种类。
3.上述两种方法存在以下问题和不足。热成像的方式需要对熔接时电弧的强度做精确的控制，当电弧强度太强时容易造成图像亮度饱和，从而无法识别光纤。因光纤本身在侧面成像上的差异性很小且极易受光纤成像系统中照明灯明暗程度的影响，所以此种方式对成像质量有较高要求。
4.本发明首次将信号处理中根升余弦滤波器应用到光纤识别中，通过滤波器实现光纤亮度曲线的波形成形过程，这个过程会将光纤亮度曲线更标准，减少了对光纤成像系统中照明灯的依赖性，更容易提取光纤亮度曲线的特征，从而提高光纤识别的准确率。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于根升余弦滤波器的光纤识别方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
6.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
7.一种基于根升余弦滤波器的光纤识别方法，用于多模光纤mmf、标准单模光纤smf、色散位移单模光纤dsf、非零色散位移单模光纤nzdsf四种光纤的识别，包括以下步骤：
8.s1、采用光纤成像系统采集待识别光纤图像，驱动光纤成像系统中的调焦马达使光纤纤芯成像宽度为w1，获取光纤图像中包层部分的亮度数据，将亮度数据构成亮度曲线，对该亮度曲线进行平滑处理；
9.s2、设置根升余弦滤波器滚降系数为0.5，截断的符号范围为20，采用6倍采样率，利用该根升余弦滤波器对亮度曲线进行滤波，获取滤波后的亮度曲线；
10.s3、将s1中的亮度曲线和s2中滤波后的亮度曲线进行卷积操作，得到卷积后的亮度曲线；
11.s4、计算卷积后的亮度曲线中波峰和波谷的高度差，若高度差大于10，则待识别光
纤为单模光纤，否则为多模光纤；
12.s5、驱动调焦马达使光纤纤芯成像宽度为w2，获取光纤图像中包层部分的亮度数据，将亮度数据构成亮度曲线，并对该亮度曲线进行平滑处理；
13.s6、设置根升余弦滤波器滚降系数为0.9，截断的符号范围为30，采用9倍采样率，利用该根升余弦滤波器对s5中的亮度曲线进行滤波，获取滤波后的亮度曲线；
14.s7、将s5中的亮度曲线和s6中滤波后的亮度曲线进行卷积操作，得到卷积后的亮度曲线；
15.s8、计算s7中卷积后的亮度曲线中波峰和波谷的宽度比，若宽度比大于2，则待识别光纤为标准单模光纤，否则为色散位移单模光纤或非零色散位移单模光纤；再计算波峰和波谷的高度比，若高度比大于5，则待识别光纤为色散位移单模光纤，否则为非零色散位移单模光纤。
16.进一步地，所述w1的范围为50～55个像素，w2的范围为80～84个像素。
17.进一步地，所述光纤成像系统包括光源、反射镜、光纤和摄像头组件，所述摄像头组件固定在驱动组件上，摄像头组件包括高倍显微镜和cmos图像传感器，所述驱动组件包括直线导轨和调焦马达，调焦马达用于驱动高倍显微镜和cmos图像传感器沿着与图像传感器靶面垂直的方向做直线运动。
18.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明首次将信号处理中根升余弦滤波器应用到光纤识别中，通过滤波器实现光纤亮度曲线的波形成形过程，使光纤亮度曲线更标准，更容易提取光纤亮度曲线的特征，从而提高光纤识别的准确率。
附图说明
19.图1为本发明中光纤成像系统的结构示意图；
20.图2为本发明中光纤显微成像原理示意图；
21.图3为本发明中根升余弦滤波器滤波后的光纤亮度曲线图；
22.其中，1-反光镜；2-光纤；3-光源；4-高倍显微镜；5-调焦马达；6-直线导轨；7-显微镜调节区域；8-成像靶面；9-光纤图像；
具体实施方式
23.下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
24.一种基于根升余弦滤波器的光纤识别方法，用于多模光纤mmf、标准单模光纤smf、色散位移单模光纤dsf、非零色散位移单模光纤nzdsf四种光纤的识别；
25.该方法采用光纤成像系统，如图1所示，光纤成像系统包括光源3、反射镜1、光纤2和摄像头组件，摄像头组件固定在驱动组件上，摄像头组件包括高倍显微镜4和cmos图像传感器，驱动组件包括直线导轨6和调焦马达5，调焦马达5用于驱动高倍显微镜4和cmos图像传感器沿着与图像传感器靶面垂直的方向做直线运动。
26.光源3经反光镜1反射后将水平照射到光纤2，由于空气、光纤包层和光纤纤芯之间折射率不同，且纤芯和光纤的边缘相对于高倍显微镜4来说物距不同，因此在焦平面上将产生明暗图像。在液晶屏幕上可以看到光纤纤芯与包层对应的图像，它们分别以低灰度值的两条带状细黑线显现出来，夹在两条细黑线之间的部分即为纤芯。
27.将摄像头组件安装在直线导轨6上，该设计使得显微镜的位置在一定范围内可任意调节，即像距固定，物距可调。通过利用两个调焦马达5分别控制摄像头组件在精密微型直线导轨6上运动，使高倍显微镜4及cmos图像传感器一起沿着与图像传感器靶面8垂直的方向做直线运动，如图2所示，从而改变物距以实现光纤图像中纤芯部分具有最佳的宽度和清晰度。光纤显微成像原理图如图2所示，其包括平行光源3、光纤2、成像靶面8、光纤图像9以及显微镜调节区域7。
28.通过调焦马达将光纤纤芯宽度调整到w1个像素，获取此时包层区域的光纤图像数据。将根升余弦滤波器参数设置为滚降系数0.5，截断的符号范围为20，采用6倍采样速率，利用此滤波器对光纤亮度曲线进行滤波，结果如图3所示。根据图3可提取出此时两类光纤特征参数，然后再根据两类光纤的特征参数来识别单模光纤和多模光纤。对于不同类型的单模光纤，需要将光纤纤芯宽度调整到w2个像素，然后将根余弦滤波器参数设置为滚降系数0.9，截断的符号范围为30，采用9倍采样速率，最后获取滤波后的光纤亮度曲线，并分析三种光纤的特征参数，本发明中通过光纤亮度曲线中的波峰波谷高度比和宽度比来区别。
29.具体实现方法包括以下步骤：
30.s1、采用光纤成像系统采集待识别光纤图像，驱动光纤成像系统中的调焦马达使光纤纤芯成像宽度为w1，w1的范围为50～55个像素，获取光纤图像中包层部分的亮度数据，将亮度数据构成亮度曲线，对该亮度曲线进行平滑处理；
31.s2、设置根升余弦滤波器滚降系数为0.5，截断的符号范围为20，采用6倍采样率，利用该根升余弦滤波器对亮度曲线进行滤波，获取滤波后的亮度曲线；
32.s3、将s1中的亮度曲线和s2中滤波后的亮度曲线进行卷积操作，得到卷积后的亮度曲线；
33.s4、计算卷积后的亮度曲线中波峰和波谷的高度差，若高度差大于10，则待识别光纤为单模光纤，否则为多模光纤；
34.s5、驱动调焦马达使光纤纤芯成像宽度为w2，w2的范围为80～84个像素，获取光纤图像中包层部分的亮度数据，将亮度数据构成亮度曲线，并对该亮度曲线进行平滑处理；
35.s6、设置根升余弦滤波器滚降系数为0.9，截断的符号范围为30，采用9倍采样率，利用该根升余弦滤波器对s5中的亮度曲线进行滤波，获取滤波后的亮度曲线；
36.s7、将s5中的亮度曲线和s6中滤波后的的亮度曲线进行卷积操作，得到卷积后的亮度曲线；
37.s8、计算s7中卷积后的亮度曲线中波峰和波谷的宽度比，若宽度比大于2，则待识别光纤为标准单模光纤，否则为色散位移单模光纤或非零色散位移单模光纤；再计算波峰和波谷的高度比，若高度比大于5，则待识别光纤为色散位移单模光纤，否则为非零色散位移单模光纤。
38.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于根升余弦滤波器的光纤识别方法，其特征在于，用于多模光纤mmf、标准单模光纤smf、色散位移单模光纤dsf、非零色散位移单模光纤nzdsf四种光纤的识别，包括以下步骤：s1、采用光纤成像系统采集待识别光纤图像，驱动光纤成像系统中的调焦马达使光纤纤芯成像宽度为w1，获取光纤图像中包层部分的亮度数据，将亮度数据构成亮度曲线，对该亮度曲线进行平滑处理；s2、设置根升余弦滤波器滚降系数为0.5，截断的符号范围为20，采用6倍采样率，利用该根升余弦滤波器对亮度曲线进行滤波，获取滤波后的亮度曲线；s3、将s1中的亮度曲线和s2中滤波后的亮度曲线进行卷积操作，得到卷积后的亮度曲线；s4、计算卷积后的亮度曲线中波峰和波谷的高度差，若高度差大于10，则待识别光纤为单模光纤，否则为多模光纤；s5、驱动调焦马达使光纤纤芯成像宽度为w2，获取光纤图像中包层部分的亮度数据，将亮度数据构成亮度曲线，并对该亮度曲线进行平滑处理；s6、设置根升余弦滤波器滚降系数为0.9，截断的符号范围为30，采用9倍采样率，利用该根升余弦滤波器对s5中的亮度曲线进行滤波，获取滤波后的亮度曲线；s7、将s5中的亮度曲线和s6中滤波后的亮度曲线进行卷积操作，得到卷积后的亮度曲线；s8、计算s7中卷积后的亮度曲线中波峰和波谷的宽度比，若宽度比大于2，则待识别光纤为标准单模光纤，否则为色散位移单模光纤或非零色散位移单模光纤；再计算波峰和波谷的高度比，若高度比大于5，则待识别光纤为色散位移单模光纤，否则为非零色散位移单模光纤。2.根据权利要求1所述的一种基于根升余弦滤波器的光纤识别方法，其特征在于，所述w1的范围为50～55个像素，w2的范围为80～84个像素。3.根据权利要求1所述的一种基于根升余弦滤波器的光纤识别方法，其特征在于，所述光纤成像系统包括光源、反射镜、光纤和摄像头组件，所述摄像头组件固定在驱动组件上，摄像头组件包括高倍显微镜和cmos图像传感器，所述驱动组件包括直线导轨和调焦马达，调焦马达用于驱动高倍显微镜和cmos图像传感器沿着与图像传感器靶面垂直的方向做直线运动。

技术总结
本发明公开了一种基于根升余弦滤波器的光纤识别方法，首先利用光纤成像系统获取光纤图像，然后将纤芯宽度调整到一定宽度，利用根升余弦滤波器对光纤亮度曲线进行滤波，再计算滤波后光纤亮度曲线中波峰波谷的高度差、高度比或者宽度比等特征参数来区分常见的四种光纤。本发明首次将信号处理中根升余弦滤波器应用到光纤识别中，通过滤波器实现光纤亮度曲线的波形成形过程，使光纤亮度曲线更标准，更容易提取光纤亮度曲线的特征，从而实现光纤类型的快速识别，并提高了光纤识别的准确率。并提高了光纤识别的准确率。并提高了光纤识别的准确率。


技术研发人员：何春 刘壮 王祥文 陈国际 贾世杰
受保护的技术使用者：中电科思仪科技（安徽）有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/14