[发明专利]基于多环芯光纤的散斑传感系统及散斑识别方法

权利要求书

1.一种基于多环芯光纤的散斑传感系统，其特征在于，包括激光器、光场激发模组和多环芯光纤；

激光器连接光场激发模组的输入端，光场激发模组的输出端连接多环芯光纤的首端，多环芯光纤的末端用于连接CCD相机，通过CCD相机采集多环芯光纤受扰动时散斑变换的散斑视频；

所述传感系统的识别过程包括下述步骤：

S1、在散斑传感系统的多环芯光纤上选取出多个位置点，作为为扰动点；

S2、在散斑传感系统激光器开启的情况下，针对于每个扰动点的多个方向分别施加扰动；

S3、通过CCD相机采集多环芯光纤对应扰动点施加各个方向扰动时的散斑视频；

S4、将散斑视频进行预处理，得到散斑图像；

S5、将步骤S3中获得的散斑视频经过步骤S4预处理后得到的散斑图像作为训练样本，将获取散斑视频时在多环芯光纤施加扰动力的扰动点位置和扰动方向作为标签，对卷积神经网络进行训练，得到散斑识别模型；

S6、当需要进行扰动位置和扰动方向识别时，通过CCD相机采集多环芯光纤在扰动作用下的散斑视频，将该散斑视频经过步骤S4预处理后，得到检测用散斑图像；

S7、将检测用散斑图像输入到散斑识别模型中，由散斑识别模型预测得到多环芯光纤受到扰动的扰动点位置以及扰动方向。

2.根据权利要求1所述的基于多环芯光纤的散斑传感系统，其特征在于，多环芯光纤中每一环均为径向一阶的环形纤芯。

3.根据权利要求1所述的基于多环芯光纤的散斑传感系统，其特征在于，所述光场激发模组包括沿着光路依次设置的偏振器、第一准直镜、线偏片、第一反射镜、空间光调制器、第二反射镜、四分之一波片和第二准直镜；

其中偏振器的输入端通过光纤连接激光器，偏振器的输出端通过光纤连接第一准直镜，第一准直镜输出的光线通过线偏片入射到第一反射镜，第一反射镜和第二反射器在光路上倾斜设置，空间光调制器设置在第一反射镜和第二反射器上方，第一反射镜出射的光线通过空间光调制器后入射到第二反射镜，第二反射镜出射的光进入到四分之一波片，由四分之一波片输出到第二准直镜，第二准直镜的输出端连接多环芯光纤的一端。

4.根据权利要求1所述的基于多环芯光纤的散斑传感系统，其特征在于，还包括两个位移台，分别设置在多环芯光纤两端，用于固定并且拉直多环芯光纤。

5.一种基于权利要求1～4任一项散斑传感系统实现的基于多环芯光纤的散斑识别方法，其特征在于，包括步骤：

S1、在散斑传感系统的多环芯光纤上选取出多个位置点，作为为扰动点；

S2、在散斑传感系统激光器开启的情况下，针对于每个扰动点的多个方向分别施加扰动；

S3、通过CCD相机采集多环芯光纤对应扰动点施加各个方向扰动时的散斑视频；

S4、将散斑视频进行预处理，得到散斑图像；

S5、将步骤S3中获得的散斑视频经过步骤S4预处理后得到的散斑图像作为训练样本，将获取散斑视频时在多环芯光纤施加扰动力的扰动点位置和扰动方向作为标签，对卷积神经网络进行训练，得到散斑识别模型；

S6、当需要进行扰动位置和扰动方向识别时，通过CCD相机采集多环芯光纤在扰动作用下的散斑视频，将该散斑视频经过步骤S4预处理后，得到检测用散斑图像；

S7、将检测用散斑图像输入到散斑识别模型中，由散斑识别模型预测得到多环芯光纤受到扰动的扰动点位置以及扰动方向。

6.根据权利要求5所述的基于多环芯光纤的散斑识别方法，其特征在于，

步骤S4中，对散斑视频进行预处理得到散斑图像的具体过程如下：

将散斑视频拆分成数帧，将第一帧作为参考散斑图像，余下所有帧均与参考散斑图像做绝对值差分，并将绝对值差分后的所有散斑图像进行叠加，再取对应位置每个像素点的平均值作为散斑图像对应位置像素点，得到取平均后的散斑图像。