[發明專利]一種基于圖像處理的光纖-波導自動對準耦合儀

有效

• 申請號: 201810397010.1
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108646353B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 宋凝芳;李亮;馮迪;張春熹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/38
• 分類號: G02B6/38
• 代理公司: 11121 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了一種基于圖像處理的光纖?波導自動對準耦合儀，屬于光纖通信和光纖傳感技術領域，包括圖像采集模塊、圖像處理與控制模塊、運動執行模塊和人機交互模塊。運動執行模塊包括帶尾纖襯塊、Y波導元件、六維電動位移臺、電機控制板、兩套手動位移臺等；圖像處理與控制模塊包括處理器、存儲模塊、通信接口和顯示模塊。圖像采集模塊采集到清晰成像的側面圖像和端面圖像，經圖像處理與控制模塊處理后，運動執行模塊對清晰成像的側面圖像提取邊緣特征直線并計算相對偏差，消除偏差實現初通光，確定輸出點位置，控制輸出光點的最大灰度值，實現光纖?Y波導的自動對準耦合。本發明具有體積小，成本低，人機交互友好，運算速度快的優點，避免了人工對準的長時間操作。

技術領域

本發明屬于光纖通信和光纖傳感技術領域，涉及一種基于圖像處理的光纖-波導自動對準耦合儀。

背景技術

21世紀，光電子器件的研發和使用在通信、傳感等領域已成為各國競相發展的戰略技術。在光纖通信方面，集成光電子器件由于性能穩定、集成程度高、處理速度快和可靠性高等特點，使其成為支撐下一代光纖通信快速發展的關鍵器件。波導器件是集成光電子器件的重要基礎性部件，光纖與波導的低損耗連接封裝技術是集成光電子技術的關鍵技術。

在光纖傳感方面，光纖陀螺是一個重要應用，它已成為慣性技術研究領域的主流陀螺，在軍事、航空和諸多民用領域都有著較高的應用價值。目前的高精度光纖陀螺普遍采用高雙折射光纖環和Y波導器件直接耦合方案。保偏光纖與Y波導耦合點所帶來的損耗和噪聲是制約光纖陀螺測量精度提高的主要因素。

光纖與光波導器件的耦合損耗，主要有模場失配損耗，菲涅爾反射損耗，傳輸損耗以及對準偏差損耗。

現有的光纖與波導的對準耦合技術，主要分為有源主動對準方式和無源被動對準方式。有源主動對準方式，一般采用在輸入光纖處引入光源，在波導輸出端或輸出光纖末端使用光功率計檢測輸出，反饋引導各自由度的調節使得耦合功率達到最優，實現高精度的姿態調整。這種方式精度較高，但是一般在初通光階段采用人工對準，對準速度慢；目前針對反饋調節細對準的算法有爬山法，多項式擬合法，單純形法，漢密爾頓算法，質心法，遺傳法等，可有效搜索最大耦合位置，但是都受限于光功率計較低的反饋實時性及較大的數據波動性，各有優劣。

無源被動對準方式采用半導體加工工藝在波導芯片上加工U型槽或V型槽，直接將光纖與波導耦合封裝起來，這種方式對準速度快，不需要精密昂貴的儀器和對準工藝，但是U型槽的定位精度和器件的裝配精度嚴重影響器件耦合效率，同時芯片制造工藝復雜，耦合損耗高，因此在實際應用中一般還是采用有源主動對準的方式。

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)，它可以用一個二維整數數組來表示。數字圖像處理技術具有豐富的內容，它可以如通過濾波來減小噪聲，可以通過閾值分割、二值化操作從背景提取目標物體，也可以通過邊緣檢測、特征提取等來識別目標特征及邊界區域。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。

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，適用于對功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統主要有硬件體系和軟件程序。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。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，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

本發明為了實現光纖與波導的位姿調整，搜索到最大耦合點，實現光纖-波導的快速、高效的自動對準耦合，提出一種基于圖像處理的光纖-波導自動對準耦合儀。

所述的光纖-波導自動對準耦合儀，包括圖像采集模塊、圖像處理與控制模塊、運動執行模塊和人機交互模塊。