發(fā)布時間：2020-07-15 03:13

【摘要】：隨著光斑圖樣檢測技術(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及其處理技術(shù)具有更大的研究和應(yīng)用價值。本文對采用偏芯激勵時的多模光纖輸出光斑圖樣特點進行了細致的仿真和實驗研究,并將其應(yīng)用于微位移傳感以及信號和圖像的壓縮感知兩個方面。主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:(1)對偏芯激勵結(jié)構(gòu)及采用偏芯激勵時多模光纖內(nèi)部的模式激勵情況進行了理論分析,對其輸出光斑圖樣的處理算法進行了總結(jié)。(2)利用光束傳播法獲得了偏芯激勵情況下,對應(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,提出通過對其二維傅里葉變換相位譜的灰度共生矩陣特征值進行提取來獲得光斑紋理特征的新方法,并將其應(yīng)用于微位移傳感。對工作在不同波長下的不同結(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,仿真和實驗結(jié)果獲得了良好的一致性,為微位移測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)造壓縮感知中測量矩陣的簡便的信號采樣和重構(gòu)處理算法。用于一維信號恢復時,使用光斑圖樣的內(nèi)接正方形對應(yīng)數(shù)據(jù)構(gòu)造測量矩陣,使用基追蹤算法恢復原始稀疏序列;用于二維圖像恢復時,對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)造測量矩陣,使用基追蹤和正交匹配追蹤算法恢復原始圖像,并進行實驗驗證。此外,還利用無芯多模光纖的光斑圖樣構(gòu)造測量矩陣,并與普通多模光纖光斑圖樣用于壓縮感知得到的恢復效果進行比較,為壓縮感知領(lǐng)域中測量矩陣的構(gòu)造提供了一種新的光域?qū)崿F(xiàn)方法。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TN253
【圖文】：

北京交通大學碩士學位論文邐＾＼ｔ＿逡逑圖１－２中光源出射的激光經(jīng)由單模光纖進入多模光纖，然后通過分束器等光器逡逑件進入多根多模光纖，通過傳感區(qū)域，經(jīng)探測器檢測后進入處理器進行處理。多逡逑模光纖通過該傳感區(qū)域時，間接與外界參量接觸，可實現(xiàn)多點同時測量。這種結(jié)逡逑構(gòu)傳感器可測量一定區(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。此外還可將波分復用方式用在此結(jié)構(gòu)中以進一步提逡逑升傳感器的多路復用性能。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)，通過耦合器將光纖遠端的光反射至耦合器的另一側(cè)，逡逑同樣可使用ＣＣＤ作為探測設(shè)備。在實際使用過程中要綜合考量實際環(huán)境要求，選逡逑取合適的光斑檢測結(jié)構(gòu)，以達到最優(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)改變導致模式耦合情況發(fā)生變逡逑化

針對不同受試者進行測試，準確度可達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)計了一種測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光斑圖樣用于測量力的位置和大�。郏保矗慑义希疲椋纾澹保冲澹停澹幔螅酰颍澹恚澹睿翦澹铮驽澹欤铮悖幔簦椋铮铄澹幔睿溴澹恚幔纾睿椋簦酰洌邋澹铮驽澹簦瑁邋澹妫铮颍悖邋澹猓澹樱穑澹悖耄欤澹纾颍幔恚箦澹郏欤矗卞义贤辏冈�，該組提出一種基于光斑圖樣的多點位移傳感器，由ＣＣＤ檢測輸出逡逑散斑場，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理獲得的數(shù)據(jù)，計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，為基于時間和波長的多路復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創(chuàng)手勢識別的低成本光纖力肌逡逑傳感器，在大約２０Ｎ的動態(tài)范圍內(nèi)靈敏度可達Ｏ．ＯＳＮ－１，該方案可用來識別不同手逡逑部姿勢，適用于人機交互界面的進一步應(yīng)用［１６］。逡逑西班牙坎塔布里亞大學的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)生的光斑開展二維圖像的重建和成像工作。２０１５年，該組使用隨波長逡逑改變而改變的光斑圖樣重建了二維圖像，該系統(tǒng)對外部擾動不敏感，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，如圖１－５所示，該逡逑成像系統(tǒng)無需機械掃描，對光纖彎曲不敏感，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】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 井紅旗;王翠鸞;吳霞;趙懿昊;王鑫;林楠;仲莉;劉素平;馬驍宇;;半導體激光器光纖耦合輸出光斑均勻性的研究[J];半導體光電;2015年06期

2 陳寒;鄒淑珍;于海娟;林學春;;單模激光在多模光纖中的傳輸實驗研究[J];激光與光電子學進展;2015年04期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 朱志武;短脈沖激光對可見光CCD及濾光片組件的損傷效應(yīng)研究[D];國防科學技術(shù)大學;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前6條

1 朱開強;基于多模光纖光斑檢測的傳感技術(shù)研究[D];北京交通大學;2017年

2 王旭;基于分數(shù)階傅里葉相位譜的人臉識別研究[D];鄭州大學;2017年

3 劉歡歡;基于多模光纖光斑檢測的模式分析和光譜分析研究[D];北京交通大學;2017年

4 袁森林;基于紋理分析的羊絨羊毛鑒別[D];東華大學;2016年

5 李錦秀;基于壓縮感知的信號重構(gòu)算法研究[D];北京理工大學;2015年

6 彭石軍;基于SMS光纖結(jié)構(gòu)器件及其應(yīng)用研究[D];哈爾濱工程大學;2012年

本文編號：2755895