【摘要】：隨著光斑圖樣檢測(cè)技術(shù)以及數(shù)字圖像處理技術(shù)的日益發(fā)展,光纖輸出端面光斑圖樣越來(lái)越多地應(yīng)用在光纖傳感、壓縮感知、保密通信、光譜分析以及圖像加密等多個(gè)領(lǐng)域。由于多模光纖芯徑大、支持的傳輸模式數(shù)量多,輸出光斑中蘊(yùn)含了豐富的空間狀態(tài)信息,因此基于多模光纖輸出光斑的圖樣檢測(cè)及其處理技術(shù)具有更大的研究和應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)采用偏芯激勵(lì)時(shí)的多模光纖輸出光斑圖樣特點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致的仿真和實(shí)驗(yàn)研究,并將其應(yīng)用于微位移傳感以及信號(hào)和圖像的壓縮感知兩個(gè)方面。主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)對(duì)偏芯激勵(lì)結(jié)構(gòu)及采用偏芯激勵(lì)時(shí)多模光纖內(nèi)部的模式激勵(lì)情況進(jìn)行了理論分析,對(duì)其輸出光斑圖樣的處理算法進(jìn)行了總結(jié)。(2)利用光束傳播法獲得了偏芯激勵(lì)情況下,對(duì)應(yīng)不同單模光纖與多模光纖軸心偏移量的一系列多模光纖輸出光斑圖樣,提出通過(guò)對(duì)其二維傅里葉變換相位譜的灰度共生矩陣特征值進(jìn)行提取來(lái)獲得光斑紋理特征的新方法,并將其應(yīng)用于微位移傳感。對(duì)工作在不同波長(zhǎng)下的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的多模光纖光斑圖樣的分析表明,激勵(lì)光纖與多模光纖之間徑向微位移與光斑特征值成近似線性關(guān)系,仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得了良好的一致性,為微位移測(cè)量提供了一種新方法。(3)基于多模光纖輸出光斑圖樣和壓縮感知理論,提出了一種利用多模光纖光斑數(shù)據(jù)構(gòu)造壓縮感知中測(cè)量矩陣的簡(jiǎn)便的信號(hào)采樣和重構(gòu)處理算法。用于一維信號(hào)恢復(fù)時(shí),使用光斑圖樣的內(nèi)接正方形對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)構(gòu)造測(cè)量矩陣,使用基追蹤算法恢復(fù)原始稀疏序列;用于二維圖像恢復(fù)時(shí),對(duì)輸出光斑圖樣裁剪和拼接,利用兩種不同的光斑圖樣拼接方法構(gòu)造測(cè)量矩陣,使用基追蹤和正交匹配追蹤算法恢復(fù)原始圖像,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。此外,還利用無(wú)芯多模光纖的光斑圖樣構(gòu)造測(cè)量矩陣,并與普通多模光纖光斑圖樣用于壓縮感知得到的恢復(fù)效果進(jìn)行比較,為壓縮感知領(lǐng)域中測(cè)量矩陣的構(gòu)造提供了一種新的光域?qū)崿F(xiàn)方法。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;TN253
【圖文】：

北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文邐＾＼ｔ＿逡逑圖１－２中光源出射的激光經(jīng)由單模光纖進(jìn)入多模光纖，然后通過(guò)分束器等光器逡逑件進(jìn)入多根多模光纖，通過(guò)傳感區(qū)域，經(jīng)探測(cè)器檢測(cè)后進(jìn)入處理器進(jìn)行處理。多逡逑模光纖通過(guò)該傳感區(qū)域時(shí)，間接與外界參量接觸，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量。這種結(jié)逡逑構(gòu)傳感器可測(cè)量一定區(qū)域范圍內(nèi)外界參量變化程度，如外界施加力的大小與位置，逡逑是單模一多模型結(jié)構(gòu)的升級(jí)。此外還可將波分復(fù)用方式用在此結(jié)構(gòu)中以進(jìn)一步提逡逑升傳感器的多路復(fù)用性能。逡逑翻器佊逡逑灥ｍ邐Ｃｌ）邐~|’丨逡逑栤模光纖邐多模光纖逡逑圖１－２分布式結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑其他結(jié)構(gòu)如反射式結(jié)構(gòu)，通過(guò)耦合器將光纖遠(yuǎn)端的光反射至耦合器的另一側(cè)，逡逑同樣可使用ＣＣＤ作為探測(cè)設(shè)備。在實(shí)際使用過(guò)程中要綜合考量實(shí)際環(huán)境要求，選逡逑取合適的光斑檢測(cè)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最優(yōu)的效果。逡逑１．２．２多模光纖光斑圖樣的應(yīng)用逡逑光纖光斑圖樣由光纖傳輸模式?jīng)Q定，光纖狀態(tài)改變導(dǎo)致模式耦合情況發(fā)生變逡逑化

針對(duì)不同受試者進(jìn)行測(cè)試，準(zhǔn)確度可達(dá)８９．９％［１３］；邋７月，該組使用基于貝葉斯逡逑推理的數(shù)據(jù)融合方法，設(shè)計(jì)了一種測(cè)量力的位置和大小的基于光斑圖樣的光纖觸逡逑控傳感器，如圖１－３所示，傳感器的靈敏度和精確度分別是０．５Ｎ－１和ｌｍｎ＾４］。逡逑，0邋ＭＭＦ邐ＰＣ逡逑．．．．．？＇－逡逑ｙＯ邐廠（Ｗ）邐．．．．．．逡逑邐邐Ｔ邋ｔｖ邋／邐Ｃ逡逑ＭＳ邐Ｌ￣＊ｕ邐ｃ邋—逡逑邐邐’邋［．）逡逑Ｓｅｎｓｏｒ逡逑圖１－３光斑圖樣用于測(cè)量力的位置和大小［１４Ｉ逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｍａｇｎｉｔｕｄｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆｏｒｃｅ邋ｂｙ邋Ｓｐｅｃｋｌｅｇｒａｍｓ邋［ｌ４１逡逑同年８月，該組提出一種基于光斑圖樣的多點(diǎn)位移傳感器，由ＣＣＤ檢測(cè)輸出逡逑散斑場(chǎng)，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算每次輸入位移的大小，該方法逡逑可應(yīng)用于小型傳感器陣列監(jiān)測(cè)，為基于時(shí)間和波長(zhǎng)的多路復(fù)用方案提供了可靠的逡逑替代方案〃５］；邋２０１８年３月，該組提出一種適用于無(wú)創(chuàng)手勢(shì)識(shí)別的低成本光纖力肌逡逑傳感器，在大約２０Ｎ的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)靈敏度可達(dá)Ｏ．ＯＳＮ－１，該方案可用來(lái)識(shí)別不同手逡逑部姿勢(shì)，適用于人機(jī)交互界面的進(jìn)一步應(yīng)用［１６］。逡逑西班牙坎塔布里亞大學(xué)的Ｌｕｉｓ邋Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ－Ｃｏｂｏ和Ｍａｕｒｏ邋Ｌｏｍｅｒ等人的研宄主逡逑要基于塑料多模光纖光斑和差分處理方式。２０１２年９月

射介質(zhì)所產(chǎn)生的光斑開(kāi)展二維圖像的重建和成像工作。２０１５年，該組使用隨波長(zhǎng)逡逑改變而改變的光斑圖樣重建了二維圖像，該系統(tǒng)對(duì)外部擾動(dòng)不敏感，但速率較低逡逑［４２］；邋２０１６年２月，該組提出一種基于散斑圖樣的單像素相機(jī)，如圖１－５所示，該逡逑成像系統(tǒng)無(wú)需機(jī)械掃描，對(duì)光纖彎曲不敏感，適用于微型內(nèi)窺鏡研制［４３］。逡逑邐邋ＯＬ邋０尸邋ＦｎＬ邋＼ｒ邋ＢＳ邋ＯＬ邋ＰＤ逡逑Ｔｕｎａｂｌｅ邐＾邐ｆ邐＠逡逑Ｔｉ０２－ｔｉｐｐｅｄ邐備逡逑ＳＭＦ邐Ｉ￣￣１ＮＤＦ逡逑ＩＲ逡逑邐邐１邐Ｃａｍｅｒａ邋￣ｓ—逡逑Ｃｏｍｐｕｔｅｒ邋—邐＿＿＿＿＿——￣——— 一＇．￣＾逡逑圖１－５使用單模光纖光斑的壓縮感知成像器［４３］逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ邋ｓｅｎｓｉｎｇ邋ｉｍａｇｅｒ邋ｕｓｉｎｇ邋ａ邋ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ邋ｆｉｂｅｒ邋ｓｐｅｃｋｌｅｇｒａｍ［４３Ｊ逡逑６逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2755895