一种光子晶体光纤端面结构特征提取装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种端面图像处理装置，具体的设及一种光子晶体光纤端面结构 特征提取装置。
【背景技术】
[0002] 光子晶体光纤（PC巧是利用光子带隙效应或改进的全内反射效应传导光的光纤， 因其空气孔呈周期性或类周期性排列故又被称为多孔光纤或微结构光纤。研究发现，通过 结构设计可W有效地改变PCF的导波模式、非线性、双折射和损耗等特性，于是设计出了许 多具有特殊性质的PCF，诸如具有大模场面积、高非线性、高双折射、色散控制和超连续谱产 生等特种光纤。事实上，光子晶体光纤最终表现出来的综合特性是建立在各种影响因素的 差异性基础之上的，比如，构成光纤端面的空气孔的大小、形状、位置和排列方式等的不同 都会直接影响到最终光纤的特性品质，甚至起到决定作用。该种灵活的结构设计带来了全 新的光学特性，但是实际拉制的光纤质量也会受到拉制技术和拉制工艺的限制：由于气孔 的尺度一般都在微米量级，在拉制光纤过程中，受到重力、拉丝温度控制和拉丝速度等因素 的影响，拉制出来的光纤端面上经常出现许多不规则的空气孔塌缩或者位置偏移等现象。
[0003] 要想准确模拟该些实际光纤的性能，首先需要对该些光纤的端面结构特征进行准 确提取。目前人们在针对该样的存在缺陷的实际光纤端面进行建模时，大都采用的是"等效 和理想化"的处理方式，即在模拟光纤特性时把尺寸不一的气孔取平均尺寸作为建模尺寸， 把光纤的端面上气孔的排布当成理想正多边形结构，有时甚至把气孔无序分布的端面也理 想化为标准图形来处理，显然，光纤的实际端面越复杂，该种处理方式带来的误差会越大， 该是当前研究中普遍存在的一个问题。因此，为了能够更好地模拟PCF的品质，对光子晶体 光纤的端面结构特征进行准确地提取就显得至关重要。 【实用新型内容】
[0004] 由于现有对光子晶体光纤的端面结构特征提取存在严重的局限性和片面性，容 易导致模拟出来的光纤品质与实际光纤的品质不一致，为了解决该一问题，本实用新型提 供一种光子晶体光纤端面结构特征提取装置，该装置适用于具有不同气孔分布和不同噪声 叠加情况下的PCF端面结构特征的提取，获得准确的光纤结构的光纤建模图像，并且该建 模图像还不受光纤端面图拍照效果的影响。
[0005] 具体地，本实用新型提供一种光子晶体光纤端面结构特征提取装置，其包括：壳 体、设置在壳体外表面的摄像装置W及设置在所述壳体内部的控制器；所述摄像装置与所 述控制器相连接；
[0006] 所述控制器包括中央处理单元、灰度处理单元、滤波处理单元、二值化处理单元、 边缘提取处理单元W及光纤建模图像检测单元，所述灰度处理单元、滤波处理单元、二值化 处理单元、边缘提取处理单元W及光纤建模图像检测单元分别与中央处理单元相连接，所 述滤波处理单元设置有滤波器，所述滤波器为布特沃斯滤波器。
[0007] 本实用新型的优点如下所述：本实用新型得到的处理效果不取决于原始光纤端面 图的采像效果，在原始光纤端面图中允许出现运动、模糊和光学系统相差等噪声，并且可W 同时存在；本装置通过更改截止频率、滤波器的阶数、系数m和阔值q等，或者选择不同的阔 值化处理条件，可W得到不同的处理效果，不同的组合参数可W对应处理具有不同噪声来 源的图片，处理简单、快速，效率高，得到的图片的气孔形状与原始图片的气孔形状一致，符 合光纤的实际情况，在光纤建模时能够准确获得实际光纤的品质。
【附图说明】
[0008] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0009] 图2为本实用新型的结构示意框图；
[0010] 图3为本实用新型的工作流程示意图；
[0011] 图4为本实用新型采集的原始光纤端面图；
[0012] 图5为本实用新型得到的灰度图的示意图；
[0013] 图6为本实用新型的滤波后的图像示意图；
[0014] 图7为本实用新型的布特沃斯高通滤波器传递函数示意图；
[0015] 图8为本实用新型的将灰度图进行阔值化处理得到的二值图；
[0016] 图9为本实用新型的边缘提取示意图之一；
[0017] 图10为本实用新型的边缘提取示意图之二；W及
[0018] 图11为本实用新型的边缘提取示意图之S。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图W及具体实施例对本实用新型的工作原理及工作步骤做进一步解 释：
[0020] 为了让提取出来的气孔等结构特征更加符合实际，本实用新型提供一种基于数字 图像处理技术的光子晶体光纤端面结构提取装置，该实用新型适用于具有任意气孔分布和 任意噪声叠加情况下的端面图的结构特征的提取，所提取的结构完全符合实际光纤结构， 而不会受到光纤端面图拍照效果的影响。
[0021] 本实用新型提供一种基于数字图像处理技术的光子晶体光纤端面结构特征提取 装置，如图1-图2所示，其包括；壳体1、设置在壳体1外表面的摄像装置2W及设置在壳 体1内部的控制器3 ;摄像装置2与控制器3通讯连接。
[0022] 控制器3包括中央处理单元30、灰度处理单元31、滤波处理单元32、二值化处理单 元33、边缘提取处理单元34W及光纤建模图像检测单元35,灰度处理单元31、滤波处理单 元32、二值化处理单元33、边缘提取处理单元34W及光纤建模图像检测单元35分别与中 央处理单元30通讯连接。
[0023] 摄像装置2用于获得原始光纤端面图；并将原始光纤断面图传输至中央处理单元 30。灰度处理单元31对原始光纤端面图进行灰度处理获得如图5所示的灰度图；滤波处理 单元32对灰度图进行滤波处理获得滤波后平滑图像；二值化处理单元33对滤波后平滑图 像进行阔值化处理获得二值化图像；边缘提取处理单元34对二值化图像进行边缘提取获 得光纤建模图像；光纤建模图像检测单元35用于判断光纤建模图像是否合格。
[0024] 二值化处理单元33设置有阔值q，所述阔值q用于对滤波后平滑图像数据的存储 矩阵进行分割，得到二值化图像。
[00巧]下面结合图3对本实用新型的工作原理做进一步解释：
[0026] S1、摄像装置2获得原始光纤图像；
[0027] S2、灰度处理单元31对原始光纤图像进行灰度化处理；中央处理单元30获取摄像 装置2拍摄得到原始光纤端面图即标准RGB图像，如图4所示，图像的类型为BMP图像，在 实际操作中，原始光纤端面图的放大比例为2500倍，图2为原始光纤端面图的缩放示例图， 灰度处理单元31对原始光纤端面进行灰度化处理，限定灰度的值域为0-255,灰度值表示 色彩呈现的颜色深度，灰度值越大，颜色深度越浅，其中0为黑色，255为白色；
[0028] 标准RGB图像存储结构为W像素为单位的二维矩阵，每个像素包含R、G、B=原色 的值，用来表示像素的颜色；
[0029] 图像灰度化处理，是将每个像素的RGB值转化为单一的灰度值，W下是灰度转化 公式：
[0030] Gray= (R*30+G巧9+B*ll)/100 ;
[0031] 其中Gray表示灰度（值域为0-255)，R表示红色值（值域为0-255)，G表示绿色 值（值域为0-255)，B表示藍色值（值域为0-255)。灰度处理完成后得到如图5所示的灰 度图。
[0032] S3、滤波处理单元32对灰度图进行滤波处理，得到如图6所示的滤波后平滑图像。
[0033] 在图像处理中，根据图像的属性，将图像区分为高频区域和低频区域，图像中边缘 及急剧变化部分为高频部分，图像中大面积背景为低频部分，根据端面图的结构特征的提 取要求，图像需要滤除大面积背景，即滤除低频区域，并去除噪声部分；
[0034] 其次利用滤波器对S1获得的灰色图进行滤波，滤除图像中的低频部分，突出能够 表现光纤气孔边界的高频部分，去处图像噪声部分，得到滤波后平滑图像；
[0035] 选用布特沃斯滤波器，布特沃斯滤波器的通频带内的频率响应曲线平坦，没有起 伏，而在阻频带则逐渐下降为零，通带的相对变化平缓，可W有效地减少在滤波过程中产 生的震荡，防止在滤波后图像在气孔内部形成白色的噪点，或在背景区域内出现黑色的噪 点；
[0036]
【主权项】
1. 一种光子晶体光纤端面结构特征提取装置，其特征在于：其包括：壳体、设置在壳体 外表面的摄像装置以及设置在所述壳体内部的控制器；所述摄像装置通过支架固定在所述 壳体的外表面上，所述摄像装置与所述控制器相连接； 所述控制器包括中央处理单元、灰度处理单元、滤波处理单元、二值化处理单元、边缘 提取处理单元以及光纤建模图像检测单元，所述灰度处理单元、滤波处理单元、二值化处理 单元、边缘提取处理单元以及光纤建模图像检测单元分别与中央处理单元相连接，所述滤 波处理单元设置有滤波器，所述滤波器为布特沃斯滤波器。
【专利摘要】本实用新型涉及一种光子晶体光纤端面结构特征提取装置，其包括：壳体、摄像装置以及控制器；摄像装置与控制器通讯连接；控制器包括中央处理单元、灰度处理单元、滤波处理单元、二值化处理单元、边缘提取处理单元以及光纤建模图像检测单元，灰度处理单元、滤波处理单元、二值化处理单元、边缘提取处理单元以及光纤建模图像检测单元分别与中央处理单元通讯连接；本实用新型适用于具有任意气孔分布和任意噪声叠加情况下的光子晶体光纤端面结构特征的提取，不受光纤端面图拍照效果的影响，能够快速有效的完成光纤端面提取，并保证提取的光纤端面的结果特征与原始光纤的结构特征一致，获得与实际光纤结构一致的光纤建模图像。
【IPC分类】G06K9-46, G06T7-00
【公开号】CN204613980
【申请号】CN201520200109
【发明人】李建设, 李曙光, 陈海良
【申请人】燕山大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月3日