[發明專利]基于ARM的一體化保偏光纖定軸儀

有效

• 申請號: 201510041446.3
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104614803B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 馮迪;黃懷波;翁曉泉;劉振華;宋凝芳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/024
• 分類號: G02B6/024
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 趙文穎

技術領域

本發明屬于光纖傳感器技術領域，涉及一種基于ARM的一體化保偏光纖定軸儀。

背景技術

保偏光纖由于可以保持沿偏振軸方向傳播的光束的偏振態不變，而被廣泛地應用在光纖傳感的各個領域。當保偏光纖與其他保偏器件連接存在對軸誤差時，會發生偏振耦合，其偏振保持性能會變差，因此對保偏光纖偏振軸的檢測和定位是保偏光纖應用中的關鍵技術。保偏光纖的偏振軸檢測技術目前主要有縱向觀測和橫向觀測兩種方法，國內外主要采用的橫向檢測法中的側視成像定軸法，側視成像定軸法以其較高精度(1°～1.5°)，簡便易行，廣泛用于各種類型的光纖，但誤差仍然較大，自動化程度也不高。

數字圖像處理是指借助數字計算機處理數字圖像，以改善圖示信息便于人們解釋或機器理解。一幅數字圖像是在空間坐標和亮度上都離散化的圖像f(x,y)，它可以用一個2維整數數組來表示。數字圖像處理技術具有豐富的內容，它可以通過增加圖像的反差以增強圖像的質量，這稱為圖像增強；可以用盡可能少的比特來表達圖像，這稱為圖像壓縮；可以以客觀的方式改進圖像，這稱為圖像恢復；可以提取圖像的某些特性來辨識圖像的內容，這稱為特征提取。數字圖像處理具有處理精度高、再現性好、成本低和適用面廣等特點，廣泛地應用在各種各樣的技術領域中。

在圖像處理系統中，首先要通過相機把客觀三維世界中的物體轉變為二維離散圖像。這個成像過程的準確性，即目標成像是否真實反映實際被測物理量至關重要，圖像的清晰度直接影響到整個系統的處理精度。影響成像清晰度的因素主要有鏡頭、CCD以及照明等，其中圖像是否正確對焦是其中的關鍵因素。由光學成像模型可知，當物距、像距和焦距滿足成像關系式時，點光源成的模糊圓像的半徑最小，此時圖像最清晰，包含的細節最多。因此可以通過改變物距、像距或者焦距實現對焦。在早期的圖像采集系統中，這個過程主要是手動完成的，圖像是否對焦由人主觀判定。隨著圖像處理系統對對焦精度、速度和自動化程度的要求不斷提高，自動對焦逐漸取代了手動對焦，但是對焦精度、穩定性和速度仍然有很大的提高空間。

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統的對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。一個完整的嵌入式系統主要由硬件體系、軟件程序兩大部分組成。嵌入硬件體系的核心是微處理器，還有存儲器、各類接口、測控電路等組成部分。軟件程序包括操作系統和應用程序兩大部分。嵌入式系統中常用的操作系統有VxWorks、WinCE和Linux等，其中Linux系統憑借內核可裁剪、源代碼開放、移植性好、驅動豐富、系統安全性高和強大的技術支持等優勢在嵌入式系統開發中得到廣泛的應用。應用程序實現具體的目標系統功能，通常構建在某一實時操作系統之上。除了要實時實現測量和控制的功能外，應用程序還要有良好的人機交互界面。Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架，它完全面向對象，很容易擴展，并且允許真正的組件編程，是常用的Linux嵌入式系統GUI開發工具。

ARM微處理器由英國的ARM公司設計并提供知識產權，是世界上許多著名的半導體、軟件和原始設備制造商基于ARM架構生產的通用芯片。目前ARM在手持設備市場占有90％以上的份額，可以有效地縮短應用程序開發與測試的時間，也降低了研發費用。ARM微處理器一般都具有體積小、功耗低、成本低、性能高、速度快的特點，它支持ARM(32位)/Thumb(16位)雙指令集，其內部硬件資源的性能較高，可以加載實時操作系統，能夠運行界面和應用程序，具有高速的處理和計算能力，完全能夠勝任一般的數字圖像采集和處理需求，非常適合應用于圖像處理系統。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于ARM的一體化保偏光纖定軸儀，可以實現快速準確的自動對焦以獲得清晰的光纖端面圖像；可以實時高精度地檢測保偏光纖偏振軸的方位，可以根據檢測到的偏振角，通過光纖旋轉器將保偏光纖快速、準確、穩定地旋轉到指定位置。

基于ARM的一體化保偏光纖定軸儀，包括圖像采集單元、圖像處理與控制單元、運動執行機構和人機交互單元；

圖像采集單元包括光源、顯微物鏡、鏡筒、CMOS工業相機和顯微攝像頭；光源以30°-60°角斜向前照射剝除涂覆層的保偏光纖，顯微物鏡和保偏光纖同軸，CMOS相機通過鏡筒與顯微物鏡相連，顯微攝像頭固定在保偏光纖上方；