一種光纖種類識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖種類識(shí)別方法。首先利用光纖成像系統(tǒng)獲取光纖圖像，利用MATLAB軟件分析光纖圖像數(shù)據(jù)并確定最佳的光纖纖芯成像寬度。在最佳纖芯成像寬度下獲取光纖纖芯部分圖像的灰度分布曲線，確定灰度分布曲線中拐點(diǎn)數(shù)目、波峰之間的寬度比和高度比等特征參量。根據(jù)特征參量確定光纖種類。本發(fā)明所使用方法可以快速準(zhǔn)確的識(shí)別出光纖種類。
【專利說明】一種光纖種類識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖圖像處理與分析的方法領(lǐng)域，具體是一種光纖種類識(shí)別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，光纖種類識(shí)別的方法主要有兩種為人所知。第一種方法，利用光纖熔接時(shí)從 光纖的纖芯和包層發(fā)射出的熱光輻射會(huì)形成一個(gè)可以由光學(xué)成像系統(tǒng)觀察到的熱圖像。由 于纖芯和包層換雜濃度不同，熱圖像的光強(qiáng)度分布會(huì)不同，纖芯部分會(huì)出現(xiàn)波峰結(jié)構(gòu)。波峰 的寬度與光纖的模場(chǎng)直徑的高度相關(guān)。在一定的熔接條件下測(cè)定各種光纖的這種相關(guān)性， 并利用這種相關(guān)性對(duì)光纖的模場(chǎng)直徑進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)模場(chǎng)直徑可確定光纖種類。
[0003] 第二種方法，利用圖像處理部分處理拾取的光纖端面中亮度分布波形的參數(shù)數(shù) 據(jù)。再利用模糊操作部分獲得被測(cè)量的參數(shù)數(shù)據(jù)的歸屬程度，并通過模糊操作識(shí)別光纖種 類。最后利用校對(duì)部分校對(duì)被識(shí)別的光纖種類。所述參數(shù)數(shù)據(jù)至少包括所述亮度分布波形 的波峰數(shù)量、纖芯直徑和纖芯高度。在模糊操作部分需要記錄亮度分布波形參數(shù)數(shù)據(jù)的平 均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的隸屬關(guān)系函數(shù)。通過隸屬函數(shù)獲得參數(shù)數(shù)據(jù)的隸屬程度，從而得到候選 光纖種類，并校驗(yàn)該光纖種類的有效性，最終確定光纖的種類。
[0004] 以上傳統(tǒng)方法具有以下問題和不足。第一種方法中需要獲取模場(chǎng)直徑擴(kuò)大與光纖 熔化的相關(guān)性。對(duì)放電電流和放電時(shí)間都有較嚴(yán)格的限制。光纖熔化時(shí)受外界條件影響很 大，易造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。第二種方法中需要提供峰值數(shù)、纖芯直徑和纖芯高度三類數(shù)據(jù)的歸屬 度，但在實(shí)際情況中三類數(shù)據(jù)隨著物距、光線明暗等因素的影響而發(fā)生變化，這種變化會(huì)導(dǎo) 致數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤和光纖種類的誤判。此種方法過程較為復(fù)雜且只針對(duì)單模光纖、多模光纖、色 散位移光纖以及摻餌光纖這四種光纖，適用范圍較窄且其他光纖會(huì)被識(shí)別成這四種光纖中 的一種，容易誤導(dǎo)操作者和造成熔接失敗。


【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種光纖種類識(shí)別方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)光纖 種類識(shí)別方法存在可識(shí)別光纖種類較少且準(zhǔn)確率較低的問題。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為： 一種光纖種類識(shí)別方法，其特征在于：用于多模光纖MMF、單模光纖SMF、色散位移光纖DSF、非零色散光纖NZDSF、彎曲不敏感光纖BIF、摻餌光纖EDF六種光纖的種類識(shí)別，包括以 下步驟： (1)、獲取用于光纖種類識(shí)別的光纖纖芯成像寬度，包括以下步驟： (1. 1)、在上述六種種類已知的光纖中任選兩種光纖，通過光纖成像系統(tǒng)采集選取的兩 種光纖纖芯成像寬度最細(xì)的位置，并通過光纖成像系統(tǒng)采集選取的兩種光纖各自一列光纖 纖芯的成像數(shù)據(jù)。
[0007] (1.2)、通過微調(diào)光纖成像系統(tǒng)中顯微鏡的位置來步進(jìn)增加光纖纖芯成像寬度，步 長(zhǎng)為一個(gè)像素。重新采集選取的兩種光纖各自一列光纖纖芯的成像數(shù)據(jù)。
[0008] (1.3)、重復(fù)步驟（1.1)、（1.2)，直至纖芯成像寬度達(dá)到最大。
[0009] (1. 4)、重復(fù)步驟（1. 1)、（1. 2)、（1. 3)，采集另外兩組（四種）光纖在不同纖芯成像 寬度下纖芯的成像數(shù)據(jù)。
[0010] (1.5)、將獲取的六種光纖對(duì)應(yīng)的六列數(shù)據(jù)依次兩兩組合，在同一個(gè)纖芯成像寬度 下，利用MATLAB中Corr()函數(shù)計(jì)算出每個(gè)組合中兩列數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性系數(shù)，相關(guān)性系數(shù) 越小說明兩列數(shù)據(jù)的分布差異性越大。
[0011] (1.6)、根據(jù)步驟（1.5)得到的相關(guān)性系數(shù)，尋找在六列數(shù)據(jù)的相關(guān)性系數(shù)最小時(shí) 對(duì)應(yīng)的光纖纖芯成像寬度，并將此時(shí)光纖纖芯成像寬度記為Wl; (2) 、利用光纖成像系統(tǒng)采集待識(shí)別光纖圖像，采集時(shí)設(shè)定光纖成像系統(tǒng)按照光纖纖芯 成像寬度Wl采集待識(shí)別光纖圖像，進(jìn)而獲取待識(shí)別光纖圖像中纖芯部分的灰度數(shù)據(jù)； (3) 、利用均值濾波算法對(duì)待識(shí)別光纖圖像中纖芯部分的灰度數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理； (4) 、分析由待識(shí)別光纖圖像中纖芯部分灰度數(shù)據(jù)組成的曲線，確定曲線中的極值點(diǎn)， 包括極大值、極小值和拐點(diǎn)，計(jì)算出曲線中存在的拐點(diǎn)數(shù)目及波峰的寬度和高度，根據(jù)曲線 對(duì)待識(shí)別光纖進(jìn)行識(shí)別，其中： 若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于4個(gè)則認(rèn)為光纖為多模光纖，若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于8個(gè) 則認(rèn)為光纖為色散位移光纖或彎曲不敏感光纖，若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于6個(gè)則認(rèn)為光纖 為單模光纖、摻餌光纖或非零色散光纖中的一種； 若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于6個(gè)則計(jì)算曲線中波峰的寬度比，波峰的寬度比指主峰寬度 與左、右次波峰的寬度比，寬度比小于1認(rèn)為光纖為非零色散光纖或摻餌光纖，寬度比大于 2認(rèn)為光纖為單模光纖； 若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于6個(gè)且波峰之間的寬度比小于1則計(jì)算曲線中主峰與次波峰 之間的高度比，若高度比大于1. 8則認(rèn)為此光纖為摻餌光纖，若高度比小于1則認(rèn)為此光纖 為非零色散光纖； 若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于8個(gè)，則計(jì)算曲線中波峰的寬度比，寬度比小于1認(rèn)為光纖為 彎曲不敏感光纖，寬度比大于2認(rèn)為光纖為色散位移光纖。
[0012] 本發(fā)明的有益效果為：實(shí)現(xiàn)光纖熔接機(jī)在熔接過程中快速識(shí)別光纖種類并選擇 合適的熔接參數(shù)，避免施工過程中光纖種類選擇錯(cuò)誤而造成熔接損耗過大或熔接失敗的問 題，保證熔接損耗與熔接的成功率。同時(shí)避免熔接過程中光纖種類變化需重新更換熔接參 數(shù)的問題，簡(jiǎn)化熔接過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明中光纖圖像灰度曲線示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明的光纖成像系統(tǒng)。
[0015] 圖3為本發(fā)明中光纖顯微成像原理圖。
[0016] 圖4為本發(fā)明光纖種類識(shí)別方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明在用于光纖成像的顯微鏡后部分別添加聚焦馬達(dá)，用于調(diào)整顯微鏡到光纖 之間的距離（即物距)，從而通過改變光纖纖芯成像寬度，可獲取清晰的光纖圖像，進(jìn)而得到 合適的灰度曲線。通過對(duì)光纖圖像的灰度曲線進(jìn)行分析，即可判斷出光纖的種類。
[0018] 本發(fā)明主要針對(duì)六種常用光纖：符合ITU-TG. 651 (多模光纖MMF)、ITU-TG. 652 (單模光纖SMF)、ITU-TG. 653 (色散位移光纖DSF)、ITU-TG. 655 (非零色散光纖NZDSF)、ITU-TG. 657 (彎曲不敏感光纖BIF)規(guī)定的光纖以及摻餌光纖（EDF)。不同種類光纖圖像 中纖芯具有不同的特征，根據(jù)纖芯圖像的灰度曲線可以提取出這些特征參量?；叶惹€中 的特征參量包括曲線中的拐點(diǎn)數(shù)目、波峰數(shù)目、波谷數(shù)目、波峰之間的寬度比與高度比。根 據(jù)不同的拐點(diǎn)數(shù)目和波峰之間的寬度比、高度比可以區(qū)分上述六種光纖。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖圖 像灰度曲線示意圖如圖1所示。其中： ① ：表示光纖圖像的背景亮度 ② ：表示纖芯直徑 ③ ：表不包層覽度 ④ ：表示主峰寬度 ⑤ ：表示右次波峰寬度 ⑥ ：表示左次波峰寬度 ⑦ ：表示曲線中的拐點(diǎn)（曲線中黑點(diǎn)處） ⑧ ：表不主峰商度 ⑨ ：表示右次波峰高度 本發(fā)明的關(guān)鍵之一是如何獲取合適的光纖纖芯成像寬度（即獲取合適的物距)，在此寬 度下六種常用光纖具有各自清晰的圖像特征。本文通過計(jì)算不同種類光纖灰度曲線之間的 相關(guān)性來確定最終所需要的光纖纖芯成像寬度?；叶惹€之間的相關(guān)性系數(shù)可以反映兩 條曲線之間的差異性，所以灰度曲線之間的相關(guān)性系數(shù)越小越有利于區(qū)分光纖種類。本發(fā) 明中利用MATLAB仿真軟件中相關(guān)性計(jì)算函數(shù)Corr()函數(shù)來計(jì)算兩條曲線之間的相關(guān)性系 數(shù)。
[0019] 確定合適的纖芯成像寬度之后，分析灰度曲線的特征是另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，灰度曲 線中主要的特征有拐點(diǎn)的數(shù)目和波峰之間的寬度比、高度比等。通過實(shí)驗(yàn)分析可知，多模光 纖具有4個(gè)拐點(diǎn)，色散位移光纖和彎曲不敏感光纖具有8個(gè)拐點(diǎn)，單模光纖、非零色散光纖 和摻餌光纖具有6個(gè)拐點(diǎn)。區(qū)分色散位移光纖和彎曲不敏感光纖通過波峰之間的寬度比來 實(shí)現(xiàn)。色散位移光纖具有較大的寬度比，其寬度比一般大于2。彎曲不敏感光纖具有較小的 寬度比，其值一般小于1。區(qū)分單模光纖、非零色散光纖和摻餌光纖主要通過波峰之間的寬 度比和高度比來實(shí)現(xiàn)。單模光纖具有較大的寬度比，其寬度比一般大于2。非零色散光纖與 摻餌光纖具有較小的寬度比，其值一般小于1。非零色散光纖和摻餌光纖的主要區(qū)別是主峰 和次波峰(高度為左右次波峰的平均值)的高度比不同。摻餌光纖圖像中纖芯的中間部分較 亮，一般高度比大于1. 8,而非零色散光纖的高度比一般小于1。
[0020] 本發(fā)明的光纖成像系統(tǒng)如圖2、圖3所示。光源3經(jīng)反光鏡1反射后將水平照射到 光纖2,由于空氣、光纖包層和光纖纖芯之間折射率不同，且纖芯和光纖的邊緣相對(duì)于高倍 顯微鏡4來說物距不同，因此在焦平面上將產(chǎn)生明暗圖像。在液晶屏幕上可以看到光纖纖 芯與包層對(duì)應(yīng)的圖像，它們分別以低灰度值的兩條帶狀細(xì)黑線顯現(xiàn)出來，夾在兩條細(xì)黑線 之間的部分即為纖芯。
[0021] 將攝像頭組件安裝在直線導(dǎo)軌6上，該設(shè)計(jì)使得顯微鏡的位置在一定范圍內(nèi)可任 意調(diào)節(jié)，即像距固定，物距可調(diào)。通過利用兩個(gè)馬達(dá)5分別控制攝像頭組件在精密微型直線 導(dǎo)軌6上運(yùn)動(dòng)，使顯微鏡4及CMOS圖像傳感器一起沿著與圖像傳感器靶面8垂直的方向做 直線運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，從而改變物距以實(shí)現(xiàn)光纖圖像中纖芯部分具有最佳的寬度和清晰 度。光纖顯微成像原理圖如圖3所示，其包括平行光源3、光纖2、成像靶面8、光纖圖像9以 及顯微鏡調(diào)節(jié)范圍7。
[0022] 確定合適的光纖纖芯成像寬度是本發(fā)明的關(guān)鍵，在此寬度下要求六種光纖纖芯圖 像的灰度值曲線應(yīng)有明顯的差異性。本發(fā)明在固定光纖纖芯成像寬度對(duì)應(yīng)的物距位置采集 纖芯圖像的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析來識(shí)別光纖種類。本發(fā)明確定合適物距對(duì)應(yīng)最佳纖芯成像寬 度的具體實(shí)現(xiàn)方法如下所示。
[0023] (1)、在上述六種種類已知的光纖中任選兩種光纖，如圖2所示通過光纖成像系統(tǒng) 采集選取的兩種光纖纖芯成像寬度最細(xì)的位置，并通過光纖成像系統(tǒng)采集選取的兩種光纖 各自一列光纖纖芯的成像數(shù)據(jù)。
[0024] (2)、通過微調(diào)光纖成像系統(tǒng)中顯微鏡的位置來步進(jìn)增加光纖纖芯成像寬度，步長(zhǎng) 為一個(gè)像素。重新采集選取的兩種光纖各自一列光纖纖芯的成像數(shù)據(jù)。
[0025] ( 3)、重復(fù)步驟（1)、（2)，直至纖芯成像寬度達(dá)到最大。
[0026] (4)、重復(fù)步驟（1)、（2)、（3)，采集另外四種光纖在不同纖芯成像寬度下纖芯的成 像數(shù)據(jù)。
[0027] (5)、將獲取的六種光纖對(duì)應(yīng)的六列數(shù)據(jù)依次兩兩組合，在同一個(gè)纖芯成像寬度 下，利用MATLAB中Corr()函數(shù)計(jì)算出每個(gè)組合中兩列數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性系數(shù)，相關(guān)性系數(shù) 越小說明兩列數(shù)據(jù)的分布差異性越大。
[0028] (6)、根據(jù)步驟（5)得到的相關(guān)性系數(shù)，尋找在六列數(shù)據(jù)的相關(guān)性系數(shù)最小時(shí)對(duì)應(yīng) 的光纖纖芯成像寬度，并將此時(shí)光纖纖芯成像寬度記為Wl; 本發(fā)明中識(shí)別六種光纖的具體方法如下，如圖4所示： 驅(qū)動(dòng)聚焦馬達(dá)使光纖纖芯成像寬度為W1，獲取光纖圖像中纖芯部分的灰度數(shù)據(jù)。
[0029] (1)、利用均值濾波算法對(duì)灰度數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。
[0030] ( 2)、分析由纖芯部分灰度數(shù)據(jù)組成的曲線，確定曲線中的極值點(diǎn)，包括極大值、極 小值和拐點(diǎn)。計(jì)算出曲線中存在的拐點(diǎn)數(shù)目及波峰的寬度和高度。
[0031] (3)、若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于4個(gè)則認(rèn)為光纖為多模光纖。若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù) 等于8個(gè)則認(rèn)為光纖為色散位移光纖或彎曲不敏感光纖。若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于6個(gè)則 認(rèn)為光纖為單模光纖、摻餌光纖或非零色散光纖中的一種。
[0032] (4)、若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于6個(gè)則計(jì)算曲線中波峰的寬度比(主峰寬度與左、 右次波峰的寬度比即為波峰間的寬度比)，寬度比小于1認(rèn)為光纖為非零色散光纖或摻餌光 纖，寬度比大于2認(rèn)為光纖為單模光纖。
[0033] ( 5 )、若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于6個(gè)且波峰之間的寬度比小于1則計(jì)算曲線中主峰 與次波峰之間的高度比，若高度比大于1. 8則認(rèn)為此光纖為摻餌光纖；若高度比小于1則認(rèn) 為此光纖為非零色散光纖。
[0034] (6 )、若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于8個(gè)，則計(jì)算曲線中波峰的寬度比，寬度比小于1認(rèn) 為光纖為彎曲不敏感光纖，寬度比大于2認(rèn)為光纖為色散位移光纖。
[0035] 表1所示為利用本發(fā)明方法實(shí)施的效果，測(cè)試結(jié)果表明對(duì)各種光纖的識(shí)別準(zhǔn)確率 達(dá)到100%。
[0036] 表1測(cè)試結(jié)果表

【權(quán)利要求】
1. 一種光纖種類識(shí)別方法，其特征在于：用于多模光纖MMF、單模光纖SMF、色散位移光 纖DSF、非零色散光纖NZDSF、彎曲不敏感光纖BIF、摻餌光纖EDF六種光纖的種類識(shí)別，包括 以下步驟： (1) 、獲取用于光纖種類識(shí)別的光纖纖芯成像寬度，包括以下步驟： (1. 1)、在上述六種種類已知的光纖中任選兩種光纖，通過光纖成像系統(tǒng)采集選取的兩 種光纖纖芯成像寬度最細(xì)的位置，并通過光纖成像系統(tǒng)采集選取的兩種光纖各自一列光纖 纖芯的成像數(shù)據(jù)； (1. 2)、通過微調(diào)光纖成像系統(tǒng)中顯微鏡的位置來步進(jìn)增加光纖纖芯成像寬度，步長(zhǎng)為 一個(gè)像素，重新采集選取的兩種光纖各自一列光纖纖芯的成像數(shù)據(jù)； (1.3) 、重復(fù)步驟（1. 1)、（1.2)，直至纖芯成像寬度達(dá)到最大； (1.4) 、重復(fù)步驟（1. 1)、（ 1.2)、（1.3)，采集另外兩組(共四種）光纖在不同纖芯成像寬 度下纖芯的成像數(shù)據(jù)； (1.5) 、將獲取的六種光纖對(duì)應(yīng)的六列數(shù)據(jù)依次兩兩組合，在同一個(gè)纖芯成像寬度下， 利用MATLAB中CorrO函數(shù)計(jì)算出每個(gè)組合中兩列數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性系數(shù)，相關(guān)性系數(shù)越 小說明兩列數(shù)據(jù)的分布差異性越大； (1. 6)、根據(jù)步驟（1. 5)得到的相關(guān)性系數(shù)，尋找在六列數(shù)據(jù)的相關(guān)性系數(shù)最小時(shí)對(duì)應(yīng) 的光纖纖芯成像寬度，并將此時(shí)光纖纖芯成像寬度記為W1 ; (2) 、利用光纖成像系統(tǒng)采集待識(shí)別光纖圖像，采集時(shí)設(shè)定光纖成像系統(tǒng)按照光纖纖芯 成像寬度W1采集待識(shí)別光纖圖像，進(jìn)而獲取待識(shí)別光纖圖像中纖芯部分的灰度數(shù)據(jù)； (3) 、利用均值濾波算法對(duì)待識(shí)別光纖圖像中纖芯部分的灰度數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理； (4) 、分析由待識(shí)別光纖圖像中纖芯部分灰度數(shù)據(jù)組成的曲線，確定曲線中的極值點(diǎn)， 包括極大值、極小值和拐點(diǎn)，計(jì)算出曲線中存在的拐點(diǎn)數(shù)目及波峰的寬度和高度，根據(jù)曲線 對(duì)待識(shí)別光纖進(jìn)行識(shí)別，其中： 若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于4個(gè)則認(rèn)為光纖為多模光纖，若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于8個(gè) 則認(rèn)為光纖為色散位移光纖或彎曲不敏感光纖，若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于6個(gè)則認(rèn)為光纖 為單模光纖、摻餌光纖或非零色散光纖中的一種； 若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于6個(gè)則計(jì)算曲線中波峰的寬度比，波峰的寬度比指主峰寬度 與左、右次波峰的寬度比，寬度比小于1認(rèn)為光纖為非零色散光纖或摻餌光纖，寬度比大于 2認(rèn)為光纖為單模光纖； 若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于6個(gè)且波峰之間的寬度比小于1則計(jì)算曲線中主峰與次波峰 之間的高度比，若高度比大于1. 8則認(rèn)為此光纖為摻餌光纖，若高度比小于1則認(rèn)為此光纖 為非零色散光纖； 若曲線中拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于8個(gè)，則計(jì)算曲線中波峰的寬度比，寬度比小于1認(rèn)為光纖為 彎曲不敏感光纖，寬度比大于2認(rèn)為光纖為色散位移光纖。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK104515672SQ201410851336
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】楊小光, 何春, 尚守鋒, 姚吉椽, 張偉, 葉旭 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所