[发明专利]一种多目标光纤位置精确检测定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种多目标光纤位置精确检测系统与方法，属于光纤位置传感技术及光纤光谱望远镜领域。包括图像采集系统、照明光源、图像数据处理系统。光纤光谱天文望远镜上的每个光纤双回转机器人均设置有白色圆形陶瓷头，光纤核心的入射端置于圆形陶瓷头的圆心位置。照明光源均匀照射所述陶瓷头，图像采集系统对光纤安装平面进行识别。本发明主要应用于多目标光纤光谱望远镜中，精确检测各光纤的空间位置，使用了机器学习的方法创建训练集进行训练，将训练好的模型应用在光纤的初步识别中，之后应用一系列图像处理技术对光纤进行精准定位，该方法具有精度高，抗干扰性强，不需要遮挡观测光路等优点。

技术领域

本发明涉及光纤位置传感技术及光纤光谱望远镜领域，具体涉及一种多目标光纤位置精确检测系统与方法。

背景技术

现有的光纤光谱天文望远镜为获取天体光谱主要手段；当光纤光谱望远镜在观测不同的天区时，天体通过望远镜成的像(光斑)落在焦面的不同位置上，为了尽可能多地接收到天体的光能量，除了要求望远镜的光学系统具有好的性能外，还必须让焦面上的每一根光纤的入射端都准确地对准天体的像，故需针对大尺度条件下的精确光纤位置检测系统对各光纤位置进行位置检测。现有的光纤位置检测标定系统使用了背照光源，即从光纤双回转机器人处光纤的另一端进行照明，光源设置在光谱仪处的光纤端部，由于观测需要光纤在光谱仪处位于狭缝中成条状依次排列，背照光源需要根据狭缝的形状进行匹配设计，在正常天文观测时需要使用电机等自动控制装置将背照光源移走以免影响正常观测。而在我们的观测流程中需要对光纤定位之后及时进行观测。

现有的背照定位系统由于其复杂的照明设计极大的影响了定位效率。另一方面使用背照光源照明点亮光纤时，由于光纤本身的特性会产生焦比衰退，以及安装光纤的双回转结构的光纤双回转机器人的运动必然会对光纤产生应力的作用，使其光斑中心不会完全在光纤的中心，导致使用光重心法检测光纤位置会有一定误差存在。上述问题亟待解决，提出一种多目标光纤位置精确检测定位系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有的背照定位系统存在的定位效率低、检测精度低的问题，提供了一种多目标光纤位置精确检测定位系统。本定位系统对比于以往的使用光重心法光纤定位技术，不需要复杂的光谱仪周围的背照光源装置来点亮光纤端面，只需要将待检测光纤设置在一个均匀照明的环境下。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括图像采集系统、照明光源、图像数据处理系统，多个光纤双回转机器人、多个待测光纤，所述光纤双回转机器人上设置有圆形陶瓷头，所述待测光纤的入射端设置在所述圆形陶瓷头的圆心位置，所述图像数据处理系统与所述图像采集系统连接，通过所述照明光源均匀照射所述圆形陶瓷头，所述图像采集系统对所述圆形陶瓷头组成的光纤安装平面进行图像采集，所述图像数据处理系统处理所述图像采集系统采集的图像并对光纤进行位置检测。

更进一步地，光纤安装平面与所述图像采集系统的视场中心线垂直设置，光纤安装平面位于所述图像采集系统相机的对焦平面上。

更进一步地，所述照明光源与所述圆形陶瓷头的距离约为3米，所述图像采集系统与所述圆形陶瓷头的距离为20米，每个所述圆形陶瓷头大约占据24x24个像素区域。

本发明还提供了一种多目标光纤位置精确检测定位方法，利用上述的检测定位系统获得光纤的精确位置，包括以下步骤：

S1：将照明光源均匀照射在光纤安装平面上，将图像采集系统对焦至光纤安装平面上，通过图像采集系统拍摄光纤原始图像；

S2：机器学习识别光纤并分割图像

使用训练好的FasterR-CNN模型对图像采集系统拍摄的图像中光纤的位置进行初步的识别，并对识别到的每一根光纤分割为一张30x30像素的子图方便后续处理；

S3：子图处理