[发明专利]一种光子晶体光纤的端面结构特征提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种端面图像处理技术方法，属于光纤技术领域，具体的涉及一种对光子晶体光纤的端面结构特征进行提取的方法。

背景技术

光子晶体光纤(PCF)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，通过结构设计可以有效地改变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。这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。

要想准确模拟这些实际光纤的性能，首先需要对这些光纤的端面结构特征进行准确提取。目前人们在针对这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，这种处理方式带来的误差会越大，这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。

发明内容

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，为了解决这一问题，本发明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方法，让提取出来的气孔等结构特征更加符合实际，该方法适用于具有任意气孔分布和任意噪声叠加情况下的PCF端面结构特征的提取，获得更加接近实际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。

具体地，本发明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方法，其包括以下步骤：

S1、获得原始光纤端面图；

S2、对原始光纤端面图进行灰度化处理获得灰度图；

S3、对灰度图进行滤波处理获得滤波后平滑图像：利用滤波器对S2获得的灰色图进行滤波，滤除图像中的低频区域而留下光纤气孔边界的高频区域，并去处图像噪声部分从而获得滤波后平滑图像；

S4、对滤波后平滑图像进行阈值化处理获得二值化图像：矩阵J1(i,j)为滤波处理后得到的滤波后平滑图像数据的存储矩阵；

对J1(i,j)矩阵的每一个元素值做阈值分割处理，设定阈值q，将矩阵中所有大于或者等于q的元素值都赋值为255，将所有小于q的元素值都赋值为0，得到黑白的二值化图像；

S5、对二值化图像进行边缘提取获得光纤建模图像B；

S6、判断光纤建模图像B是否合格，通过将光纤建模图像B中的光纤气孔的位置与形状与原始光纤端面图中的进行比较来判断获得的光纤建模图像B是否合格；并且

S7、如果光纤建模图像B合格则用其进行光纤建模否则返回步骤S3。

优选地，S2中灰度处理是将图像中每个像素的RGB值转化为单一的灰度值，具体灰度转化式为：

Gray＝(R*30+G*59+B*11)/100；

其中Gray表示灰度，值域为0-255，R表示红色值，G表示绿色值，B表示蓝色值，值域均为0-255。

优选地，S5中所述的边缘提取算法采取Canny算子进行计算。

优选地，所述滤波器为布特沃斯滤波器。

优选地，S3中得到滤波后平滑图像的具体步骤如下所述：

①对含有噪声的灰度图进行傅里叶变换，得到含有噪声的灰度图的傅里叶变换函数F(u,v)；

②利用公式计算滤波器的传递函数：

式中，D(u,v)＝[u²+v²]^0.5，表示从滤波器频率域的原点到(u,v)点的距离；D₀为滤波器的截止频率，n为滤波器的阶数，m为滤波器系数，默认值0.414；