基于多模光纤的多模干涉原理以及图像处理算法, 对多模光纤输出端面光斑图像相位谱的灰度共生矩阵特征值进行提取, 提出一种新型光斑图样处理算法, 并且将其应用于微位移传感。详细分析了以阶跃型多模光纤为基础的单模-多模光纤结构在两光纤径向产生微位移时, 位移量与端面光斑图像相位谱特征值之间的关系。对多种结构参数光斑图样的分析表明, 两光纤径向微位移与相关性及一致性两特征值成近似线性关系, 可以用光斑图像处理的方法进行微位移测量, 从而实现传感。实验结果表明与目前常用的计算光斑图像归一化强度内积处理算法相比, 多模光纤芯径较小时, 线性度、动态范围比较接近; 芯径较大时, 线性度提高的同时动态范围扩大约一倍。因此所提出的算法稳定性更好, 适用范围更广。

为了解决传统数字图像处理算法中数据运算量大、复杂度高、耗时长的问题, 提出一种基于可编程门阵列(FPGA)光纤光斑中心定位的方法。采用数字信号处理系统,利用开发工具(DSP builder),设计了光斑图像预处理算法和边缘检测算法, 用最小二乘法拟合光斑边界, 采用流水线设计,增强了数据处理的并行能力, 提高了处理速度。在Cyclone V平台上进行理论分析和实验验证, 取得了光斑图像边界、中心坐标数据。结果表明, 在保证对光斑中心定位的绝对误差小于0.1pixel的条件下, 使用FPGA比计算机运算速度能提高21倍以上。该研究能够在FPGA平台上快速准确定位光斑中心。