基于Steger图像算法的光纤布拉格光栅寻峰技术.docx

基于 Ｓｔｅｇｅｒ图像算法的光纤布拉格光栅寻峰技术王巧妮１杨远洪１，２１ 北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室 ，北 京 １００１９１（）２ 北京航空航天大学惯性技术国防科技重点实验室 ，北 京 １００１９１摘 要分析了实际光纤布拉格光 栅 （ＦＢＧ）反 射 谱 的 特 性 ，建 立 了 ＦＢＧ 反射峰超高斯模型 。 将 图 像 处 理 技 术 用 于ＦＢＧ 寻 峰 ，提出了一种基于 Ｓｔｅｇｅｒ图 像 算 法 的 ＦＢＧ 寻 峰 技 术 ，并给出了非对称光谱中心波长修正公式及 峰 值 亚 步长 修 正 公 式 。Ｓｔｅｇｅｒ寻峰算法兼具滤波和寻峰功能 ，具 有 较 强 的 抗 噪 能 力 ，能克服步长限制 ，有效消除非对称光谱 的 干 扰 。通过理论仿真及实际寻峰研究 ，对比了该算法与不同寻峰算法在不同 采 样 步 长 、噪 声 大 小 、光 谱 非 对 称 性下的峰值检测精度 。结 果 表 明 ，该方法较质心法 、高斯拟合法具有显著优势 。关 键 词 图 像 处 理 ；Ｓｔｅｇｅｒ算 法 ；光纤布拉格光栅 ；寻 峰 算 法 ；非 对 称 光 谱中 图 分 类 号文 献 标 识 码ｄｏｉ：１０．３７８８／ＡＯＳ２０１４３４．０８１０００４ＴＰ２１２ＡＡ ＦＢＧＳｐｅｃｔｒｕｍ ＰｅａｋＤｅｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅＢａｓｅｄｏｎＳｔｅｇｅｒＩｍａｇｅＡｌｇｏｒｉｔｈｍＷａｎｇＱｉａｏｎｉ１ ＹａｎｇＹｕａｎｈｏｎｇ１，２１ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｎＰｒｅｃｉｓｉｏｎＯｐｔｏ－ＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ， 烌烄ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ２ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｎＩｎｅｒｔｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ烆烎ＡｓｕｐｅｒＧａｕｓｓｉａｎ ｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｅａｌｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ （ＦＢＧ）Ａｂｓｔｒａｃｔｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍ．Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａＦＢＧｐｅａｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｂａｓｅｄｏｎＳｔｅｇｅｒｉｍａｇｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａ ｍｏｄｉｆｉｅｄｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎｄａｓｕｂ－ｓｔｅｐｍｏｄｉｆｉｅｄｆｏｒｍｕｌａ．Ｓｔｅｇｅｒｐｅａｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｐｅｒｆｏｒｍｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｂｏｔｈｆｉｌｔｅｒａｎｄｐｅａｋｄｅｔｅｃｔｏｒｔｏｈｅｌｐ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｎｏｉｓｅ，ｓｔｅｐａｎｄａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｓｐｅｃｔｒｕｍ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｅｐｓ，ｓｉｇｎａｌｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ（ＳＮＲ）ａｎｄｌｅｖｅｌ ｏｆａｓｙｍｍｅｔｒｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｈｏｗｓｂｅｔｔｅｒａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｅｒａｃｃｕｒａｃｙｔｈａｎｔｈｅ ＣｅｎｔｒｏｉｄｍｅｔｈｏｄａｎｄＧａｕｓｓｉａｎｃｕｒｖｅｆｉｔｔｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｓｔｅｇｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ；ｐｅａｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｓｐｅｃｔｒｕｍＯＣＩＳｃｏｄｅｓ ０６０．３７３５；０７０．２０２５；０７０．４７９０引言调 技 术 有 滤 波 法 、可 调 谐 窄 带 光 源 检 测 法 、干 涉 式 检测 法 、电 荷 耦 合 器 件 （ＣＣＤ）光 谱 仪 或 线 阵 ＩｎＧａＡｓ 图 像传感器检测法等［１－３］，检测精度主要受限于解 调 系统的探测误差和检测分辨 率 。寻 峰 算 法 是 解 调 系 统 中 的 关 键 环 节 之 一 ，合适的寻峰算法能提高系 １光 纤 光 栅 传 感 器 具 有 灵 敏 度 高 、不 受 电 磁 干 扰 、可 靠 性 高 、成 本 低 、体 积 小 等 特 点 ，被广泛应用于航 空 航 天 、石 化 电 力 工 业 、医 学 工 程 等 各 种 领 域 。基 于波