基于arm的一体化保偏光纤定轴仪的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感器技术领域，涉及一种基于ARM的一体化保偏光纤定轴仪。
【背景技术】
[0002]保偏光纤由于可以保持沿偏振轴方向传播的光束的偏振态不变，而被广泛地应用在光纤传感的各个领域。当保偏光纤与其他保偏器件连接存在对轴误差时，会发生偏振耦合，其偏振保持性能会变差，因此对保偏光纤偏振轴的检测和定位是保偏光纤应用中的关键技术。保偏光纤的偏振轴检测技术目前主要有纵向观测和横向观测两种方法，国内外主要采用的横向检测法中的侧视成像定轴法，侧视成像定轴法以其较高精度(1°?1.5° )，简便易行，广泛用于各种类型的光纤，但误差仍然较大，自动化程度也不高。
[0003]数字图像处理是指借助数字计算机处理数字图像，以改善图示信息便于人们解释或机器理解。一幅数字图像是在空间坐标和亮度上都离散化的图像f(X，y)，它可以用一个2维整数数组来表示。数字图像处理技术具有丰富的内容，它可以通过增加图像的反差以增强图像的质量，这称为图像增强；可以用尽可能少的比特来表达图像，这称为图像压缩；可以以客观的方式改进图像，这称为图像恢复；可以提取图像的某些特性来辨识图像的内容，这称为特征提取。数字图像处理具有处理精度高、再现性好、成本低和适用面广等特点，广泛地应用在各种各样的技术领域中。
[0004]在图像处理系统中，首先要通过相机把客观三维世界中的物体转变为二维离散图像。这个成像过程的准确性，即目标成像是否真实反映实际被测物理量至关重要，图像的清晰度直接影响到整个系统的处理精度。影响成像清晰度的因素主要有镜头、CCD以及照明等，其中图像是否正确对焦是其中的关键因素。由光学成像模型可知，当物距、像距和焦距满足成像关系式时，点光源成的模糊圆像的半径最小，此时图像最清晰，包含的细节最多。因此可以通过改变物距、像距或者焦距实现对焦。在早期的图像采集系统中，这个过程主要是手动完成的，图像是否对焦由人主观判定。随着图像处理系统对对焦精度、速度和自动化程度的要求不断提高，自动对焦逐渐取代了手动对焦，但是对焦精度、稳定性和速度仍然有很大的提尚空间。
[0005]嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统的对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。一个完整的嵌入式系统主要由硬件体系、软件程序两大部分组成。嵌入硬件体系的核心是微处理器，还有存储器、各类接口、测控电路等组成部分。软件程序包括操作系统和应用程序两大部分。嵌入式系统中常用的操作系统有VxWorks、WinCE和Linux等，其中Linux系统凭借内核可裁剪、源代码开放、移植性好、驱动丰富、系统安全性高和强大的技术支持等优势在嵌入式系统开发中得到广泛的应用。应用程序实现具体的目标系统功能，通常构建在某一实时操作系统之上。除了要实时实现测量和控制的功能外，应用程序还要有良好的人机交互界面。Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架，它完全面向对象，很容易扩展，并且允许真正的组件编程，是常用的Linux嵌入式系统⑶I开发工具。
[0006]ARM微处理器由英国的ARM公司设计并提供知识产权，是世界上许多著名的半导体、软件和原始设备制造商基于ARM架构生产的通用芯片。目前ARM在手持设备市场占有90%以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。ARM微处理器一般都具有体积小、功耗低、成本低、性能高、速度快的特点，它支持ARM(32位)/Thumb (16位)双指令集，其内部硬件资源的性能较高，可以加载实时操作系统，能够运行界面和应用程序，具有高速的处理和计算能力，完全能够胜任一般的数字图像采集和处理需求，非常适合应用于图像处理系统。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于ARM的一体化保偏光纤定轴仪，可以实现快速准确的自动对焦以获得清晰的光纤端面图像；可以实时高精度地检测保偏光纤偏振轴的方位，可以根据检测到的偏振角，通过光纤旋转器将保偏光纤快速、准确、稳定地旋转到指定位置。
[0008]基于ARM的一体化保偏光纤定轴仪，包括图像采集单元、图像处理与控制单元、运动执行机构和人机交互单元；
[0009]图像采集单元包括光源、显微物镜、镜筒、CMOS工业相机和显微摄像头；光源以30° -60°角斜向前照射剥除涂覆层的保偏光纤，显微物镜和保偏光纤同轴，CMOS相机通过镜筒与显微物镜相连，显微摄像头固定在保偏光纤上方；
[0010]运动执行机构包括光纤旋转器、手动位移台、电动位移台、光纤衬块、第一运动控制板和第二运动控制板；保偏光纤固定在光纤旋转器上，光纤旋转器固定在手动位移台上，通过手动调节位移台和光纤衬块改变保偏光纤的空间位置，通过向第一运动控制板发送指令使光纤旋转器旋转保偏光纤改变其偏振角，镜筒固定在电动位移台上，通过向第二运动控制板发送指令控制位移台沿镜筒轴向和径向移动，从而移动镜筒、物镜和相机的联合体；
[0011]人机交互单元包括触摸屏；保偏光纤被固定在光纤旋转器上，显微摄像头采集保偏光纤侧面图像输出至图像处理与控制单元，观察触摸屏上光纤侧面图像，手动将保偏光纤调整到与显微物镜同轴，端面图像经显微物镜放大后被CMOS相机实时采集，CMOS相机将采集到的图像通过USB数据线传输给图像处理与控制单元，图像处理与控制单元分别计算图像的清晰度和偏振角，向第一运动控制板、第二运动控制板发送指令，运动控制板驱动光纤旋转器、电机和位移台的电机转动实现自动对焦和自动定轴；
[0012]图像处理与控制单元包括微处理器、存储模块、通信接口、显示模块、调试模块和电源模块；
[0013]微处理器采用ARM处理器，计算图像的清晰度和偏振角，向第一运动控制板、第二运动控制板发送指令，存储模块对数据进行存储；通信接口包括RS232串口和USB接口，RS232串口分别与第一运动控制板、第二运动控制板连接，用于发送运动指令，USB接口分别与显微摄像头和CMOS相机连接，显示模块通过LCD接口与电容触摸屏连接；调试模块采用JTAG接口 ；电源模块采用直流电源供电。
[0014]本发明的优点在于:
[0015](I)采用ARM作为处理器，触摸屏作为人机交互界面，具有体积小，成本低，人机交互友好，运算速度快的优点；
[0016](2)利用Laplace算子作为清晰度评价函数，多步距移动物镜，实现了光纤端面和光纤衬块快速而准确的自动对焦；
[0017](3)利用数字图像处理的方法检测保偏光纤偏振轴方位，可以得到亚像素的定位精度；
[0018](4)采用闭环控制，可以实现快速、稳定、高精度的自动定轴。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的基于ARM的一体化保偏光纤定轴仪的结构示意图；
[0020]图2是以ARM芯片为核心的处理器模块结构图；
[0021]图3是自动对焦过程中清晰度评价函数曲线；
[0022]图4是本发明的一体化保偏光纤定轴仪自动对焦流程图；
[0023]图5是自动定轴过程中采集到的保偏光纤端面图像；
[0024]图6是本发明的一体化保偏光纤定轴仪自动定轴流程图。
[0025]图中:
[0026]1-图像处理与控制单元2-第一运动控制板 3-手动位移台
[0027]4-光纤旋转器5-保偏光纤6-光纤衬块
[0028]7-光源8-显微摄像头9-显微物镜
[0029]10-镜筒Il-CMOS相机12-电动位移台
[0030]13-第二运动控制板 14-触摸屏15-鼠标
[0031]16-直流电源
【具体实施方式】
[0032]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
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