多模光纤输出光斑纹理特性及其应用的研究

论文摘要

随着光斑图样检测技术以及数字图像处理技术的日益发展,光纤输出端面光斑图样越来越多地应用在光纤传感、压缩感知、保密通信、光谱分析以及图像加密等多个领域。由于多模光纤芯径大、支持的传输模式数量多,输出光斑中蕴含了丰富的空间状态信息,因此基于多模光纤输出光斑的图样检测及其处理技术具有更大的研究和应用价值。本文对采用偏芯激励时的多模光纤输出光斑图样特点进行了细致的仿真和实验研究,并将其应用于微位移传感以及信号和图像的压缩感知两个方面。主要研究内容及创新点如下:(1)对偏芯激励结构及采用偏芯激励时多模光纤内部的模式激励情况进行了理论分析,对其输出光斑图样的处理算法进行了总结。(2)利用光束传播法获得了偏芯激励情况下,对应不同单模光纤与多模光纤轴心偏移量的一系列多模光纤输出光斑图样,提出通过对其二维傅里叶变换相位谱的灰度共生矩阵特征值进行提取来获得光斑纹理特征的新方法,并将其应用于微位移传感。对工作在不同波长下的不同结构参数的多模光纤光斑图样的分析表明,激励光纤与多模光纤之间径向微位移与光斑特征值成近似线性关系,仿真和实验结果获得了良好的一致性,为微位移测量提供了一种新方法。(3)基于多模光纤输出光斑图样和压缩感知理论,提出了一种利用多模光纤光斑数据构造压缩感知中测量矩阵的简便的信号采样和重构处理算法。用于一维信号恢复时,使用光斑图样的内接正方形对应数据构造测量矩阵,使用基追踪算法恢复原始稀疏序列;用于二维图像恢复时,对输出光斑图样裁剪和拼接,利用两种不同的光斑图样拼接方法构造测量矩阵,使用基追踪和正交匹配追踪算法恢复原始图像,并进行实验验证。此外,还利用无芯多模光纤的光斑图样构造测量矩阵,并与普通多模光纤光斑图样用于压缩感知得到的恢复效果进行比较,为压缩感知领域中测量矩阵的构造提供了一种新的光域实现方法。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
•   1.1 多模光纤光斑研究背景及其意义
•   1.2 多模光纤光斑图样检测及其应用
•     1.2.1 多模光纤光斑检测技术
•     1.2.2 多模光纤光斑图样的应用
•   1.3 主要工作和结构安排
• 2 多模光纤模式激励及输出光斑图样处理方法
•   2.1 偏芯对接结构及其模式激励分析
•     2.1.1 偏芯对接结构分析
•     2.1.2 偏芯对接模式激励分析
•   2.2 输出光斑图样处理方法
•     2.2.1 基于光斑强度变化的处理方法
•     2.2.2 基于光斑图样分割的处理方法
•     2.2.3 基于图样内容特征的方法
•   2.3 本章小结
• 3 基于多模光纤光斑图样的微位移传感
•   3.1 基于图像傅里叶变换和灰度共生矩阵的光斑图样处理算法
•     3.1.1 图像的傅里叶变换
•     3.1.2 图像的灰度共生矩阵特征值
•     3.1.3 基于相位谱的灰度共生矩阵特征值提取方法
•   3.2 基于偏芯激励多模光纤的径向微位移传感
•     3.2.1 仿真分析
•     3.2.2 实验分析
•   3.3 本章小结
• 4 基于多模光纤光斑图样的压缩感知
•   4.1 压缩感知理论
•     4.1.1 压缩感知的测量矩阵
•     4.1.2 压缩感知重构算法
•   4.2 光斑图样在压缩感知中的应用
•     4.2.1 基于多模光纤光斑的压缩感知处理算法
•     4.2.2 仿真分析
•     4.2.3 无芯多模光纤的使用
•     4.2.4 实验分析
•   4.3 本章小结
• 5 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 秦齐

导师: 刘艳

关键词: 单模多模结构,光纤光斑传感,压缩感知,微位移测量,无芯光纤,信号恢复,图像重建

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 北京交通大学

分类号: TP391.41;TN253

DOI: 10.26944/d.cnki.gbfju.2019.001262

总页数: 72

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