本发明涉及光纤质量检测，特别是涉及一种同轴光照明的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的装置及方法。
背景技术：
1、光纤端面的光洁度直接影响光信号的传输效率和性能，优质的端面有利于减少光传播过程中散射和反射带来的信号损耗。除此之外，随着多芯光纤在通信、传感、工业、医疗等领域的广泛应用，纤芯分布的测量与纤芯对准也成为其实际应用过程中不可避免的问题。尤其涉及多芯光纤熔接时，纤芯对准的准确度直接影响光纤熔接质量，从而影响光纤的传输性能。
2、现有的光纤端面光洁度检测和纤芯对准技术多为人工测量法，此方法通过人工操作显微镜或其他端面成像装置来观察端面的整洁度、平整度以及纤芯分布情况，判断光纤端面的质量是否通过以及纤芯是否对齐。这种方法的测量效率和测量精度都较低。少部分采用图像算法自动检测、对准，但这些系统端面成像结构都比较复杂，且难以实现两根光纤端面同时成像。又如专利202311085659.7，该方法无法测量光纤端面的纤芯分布情况，从而无法实现纤芯对准，在特种光纤制备、耦合和加工等场景下会受到限制。
技术实现思路
1、发明目的：本发明的目的是提供一种同轴光照明的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的装置及方法，基于对称设置的两根光纤同光轴且同步成像实现光纤端面光洁度检测和纤芯对准。
2、技术方案：为实现上述目的，本发明所述的一种同轴光照明的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的装置，包括两根待测光纤，所述两根待测光纤对称分布在直角反射棱镜的两侧，在直角反射棱镜的正下方设有镜筒，镜筒内设有照明光源、半透半反镜，半透半反镜位于照明光源下方，与水平方向成45°，照明光源发出的光线经过半透半反镜反射至直角反射棱镜，并经直角反射棱镜反射至两侧的待测光纤的端面；在镜筒的正下方设有成像相机，用于接收待测光纤端面的反射光并成像。
3、其中，所述直角反射棱镜为直角面镀增强反射膜的n-bk7棱镜。
4、其中，所述待测光纤为单模光纤、多模光纤、保偏光纤、多芯光纤和光子晶体光纤其中一种。
5、其中，所述待测光纤固定在光纤旋转夹具上，光纤旋转夹具在0～360°范围内每0.1°的精度进行旋转。
6、其中，所述成像相机连接有上位机，用于控制成像相机拍摄、光纤旋转夹具旋转角度及对成像相机捕捉到的光纤端面图像进行分析，最终实现光纤端面光洁度检测与纤芯对准。
7、本发明所述的基于权利要求1所述装置的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的方法，包括以下步骤：
8、步骤1：对获取的端面图像进行预处理，提取图像中光纤包层所在位置，对提取的含有光纤包层所在位置的端面图像进行平整度、整洁度的计算；
9、步骤2：判断平整度、整洁度的计算结果是否达到设定阈值要求，如不满足，执行步骤3，反之，执行步骤4；
10、步骤3：对待测光纤的端面进行切割、清洁，重新执行步骤1；
11、步骤4：基于提取的两组含有光纤包层所在位置的端面图像，比较图像中包层及纤芯相对于标准切面的旋转角度，获得两根光纤端面对称偏差角；
12、步骤5：同步相向旋转两根光纤，以弥补两根光纤端面对称偏差角度；
13、步骤6：重复步骤4、5直至两根光纤端面对称偏差角达到设定阈值要求，完成光纤端面检测与纤芯对准。
14、其中，步骤1所述端面图像预处理的方法为：对获取到的端面图像先进行光纤位置粗定位并裁切，使光纤端面图像位于图像正中间；将图像灰度化处理并应用gamma矫正算法增强并统一化图像明暗对比度，再通过高斯模糊对图像进行降噪，随后通过阈值分割算法将灰度图转化为二值化的图像；。
15、其中，步骤1所述提取图像中光纤包层所在位置的方法为：应用开闭运算进一步优化图像中光纤边缘的清晰度，通过霍夫变换提取光纤圆形包层所在位置。
16、其中，步骤1所述端面图像进行平整度、整洁度的计算的方法为：使用包括但不限于深度学习预测、污渍和破缺角点检测、与预设光纤结构对比、端面倾斜灰度梯度提取、包层与纤芯圆周完整性检测的方法对提取到的光纤包层所在位置内的光纤端面计算平整度、整洁度。
17、其中，步骤4所述比较图像中包层及纤芯相对于标准切面的旋转角度，获得两根光纤端面对称偏差角的方法为：根据纤芯类型，通过图像处理算法识别和定位光纤纤芯相对标准切面的相对旋转位置。
18、有益效果：本发明具有如下优点：1、本装置基于同轴光路成像，无需从光纤侧面打光，结构简单，降低了光路复杂度，且照明更加均匀，减少了阴影的产生，可以更清晰地展示物体表面的细节、纹路和缺陷，有利于对端面光洁度精确的检测和纤芯对准；2、本方法基于对称设置的两根光纤同光轴且同步成像，有助于提高两组光纤端面图像的对比度，使得纤芯对准更加精确；3、本发明基于图像处理分析技术对获取的端面图像进行处理，提高了光纤端面光洁度检测的准确度和精度。
1.一种同轴光照明的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的装置，包括两根待测光纤，其特征在于，所述两根待测光纤对称分布在直角反射棱镜(1)的两侧，在直角反射棱镜(1)的正下方设有镜筒(6)，镜筒(6)内设有照明光源(8)、半透半反镜(7)，半透半反镜(7)位于照明光源(8)下方，与水平方向成45°，照明光源(8)发出的光线经过半透半反镜(7)反射至直角反射棱镜(1)，并经直角反射棱镜(1)反射至两侧的待测光纤的端面；在镜筒(6)的正下方设有成像相机(9)，用于接收待测光纤端面的反射光并成像。
2.根据权利要求1所述的同轴光照明的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的装置，其特征在于，所述直角反射棱镜(1)为直角面镀增强反射膜的n-bk7棱镜。
3.根据权利要求1所述的同轴光照明的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的装置，其特征在于，所述待测光纤为单模光纤、多模光纤、保偏光纤、多芯光纤和光子晶体光纤其中一种。
4.根据权利要求1所述的同轴光照明的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的装置，其特征在于，所述待测光纤固定在光纤旋转夹具上，光纤旋转夹具在0～360°范围内每0.1°的精度进行旋转。
5.根据权利要求4所述的同轴光照明的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的装置，其特征在于，所述成像相机(9)连接有上位机(10)，用于控制成像相机(9)拍摄、光纤旋转夹具旋转角度及对成像相机(9)捕捉到的光纤端面图像进行分析，最终实现光纤端面光洁度检测与纤芯对准。
6.一种基于权利要求1所述装置的光纤端面光洁度检测与纤芯对准的方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述光纤端面光洁度检测与纤芯对准的方法，其特征在于，步骤1所述端面图像预处理的方法为：对获取到的端面图像先进行光纤位置粗定位并裁切，使光纤端面图像位于图像正中间；将图像灰度化处理并应用gamma矫正算法增强并统一化图像明暗对比度，再通过高斯模糊对图像进行降噪，随后通过阈值分割算法将灰度图转化为二值化的图像。
8.根据权利要求6所述光纤端面光洁度检测与纤芯对准的方法，其特征在于，步骤1所述提取图像中光纤包层所在位置的方法为：应用开闭运算进一步优化图像中光纤边缘的清晰度，通过霍夫变换提取光纤圆形包层所在位置。
9.根据权利要求6所述光纤端面光洁度检测与纤芯对准的方法，其特征在于，步骤1所述端面图像进行平整度、整洁度的计算的方法为：使用包括但不限于深度学习预测、污渍和破缺角点检测、与预设光纤结构对比、端面倾斜灰度梯度提取、包层与纤芯圆周完整性检测的方法对提取到的光纤包层所在位置内的光纤端面计算平整度、整洁度。
10.根据权利要求6所述光纤端面光洁度检测与纤芯对准的方法，其特征在于，步骤4所述比较图像中包层及纤芯相对于标准切面的旋转角度，获得两根光纤端面对称偏差角的方法为：根据纤芯类型，通过图像处理算法识别和定位光纤纤芯相对标准切面的相对旋转位置。
