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双光纤共球耦合传感器基于瞄准触发式的测量原理,提出了一种新的微内尺度测量方法,该方法通过双光纤共球耦合器实现了光能量在不同光纤间的反向传输,使传感器测头在被测内尺度内部的横向位移量转化为光束的偏转量;通过显微成像系统把光束的偏转量转化为CCD采集的光斑图像的横向位移量。结合测长装置检测整个测量过程中两个触发信号的发讯时刻之间传感器测头的位移量,从而实现了微内尺度的测量。本课题以测量微孔直径为例,采用图像去噪、图像分割、亚像素级的边缘提取、光斑中心定位等算法处理双光纤共球耦合传感器返回光信号转换成的图像信号,以得到准确的瞄准信息,从而能够准确与快速地确定触发信号的发讯时机,最终达到提高微孔直径测量精度的目的。从光纤端面的光场强度分布入手,分析双光纤共球耦合传感器图像信号的细节特征;根据分析所得图像及其噪声分布特点,采用迭加消噪法与自适应中值滤波的组合算法对光斑图像去噪;针对光斑图像光场分布不均匀的特性,提出了一种基于灰度拉伸的形态学分割算法,很好地提取了图像的有用信号,为后续的图像分析打下基础。为了提高光斑图像的边缘定位精度,进而得到更高的光斑中心定位精度,提出了一种基于高阶正交雅可比-傅立叶矩(OJFM’s)及其偏差补偿的亚像素边缘定位算法,通过将OJFM’s的幅值旋转不变性和独特的细节信息描述能力应用于边缘检测,根据不同阶次的OJFM’s之间的关系得出轮廓的亚像素级位置信息,从而达到更高的边缘定位精度。为了验证高阶OJFM’s对提取光斑图像亚像素边缘的有效性,采用直接最小二乘拟合法,将OJFM’s与空间矩、Zernike矩和正交傅立叶-梅林矩的亚像素边缘定位算法对比分析,并根据格拉布斯准则判断并剔除粗大误差。实验结果表明,相对于空间矩、Zernike矩、正交傅立叶-梅林矩的边缘提取方法,拟合OJFM’s的亚像素边缘得到的光斑中心定位精度最高,达到0.13像素。最后使用一种有效的双边逼近的滤波算法对拟合OJFM’s边缘所得光斑中心值进行滤波,使得光斑中心定位精度由0.13像素提高到0.04像素。实现了光斑中心的高精度定位,从而提高了微孔直径的测量精度。