[發明專利]一種多目標光纖位置精確檢測系統及使用方法

在審

• 申請號: 201910799076.8
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110487183A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 周增祥;段仕鵬;褚家如;劉志剛;胡紅專;王建平;翟超;顧永剛
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01N21/27;G06T7/13;G06T7/30
• 代理公司: 34153 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王林<國際申請>=<國際公布>=<進入國

1.一種多目標光纖位置精確檢測系統，其特征在于，設置在一個無外界光干擾的環境下，所述多目標光纖位置精確檢測系統包括圖像捕捉器、光源、圖像采集系統，光纖光譜天文望遠鏡上的各光纖機器人均設置有圓形固定頭，光纖的入射端設置于所述圓形固定頭的圓心位置；所述光源均勻照射所述圓形固定頭，所述圖像捕捉器對所述圓形固定頭組成的光纖安裝平面進行圖像采集，所述圖像采集系統與所述光纖機器人、所述圖像捕捉器連接，所述圖像采集系統處理所述圖像捕捉器采集的圖像并將處理后的結果反饋到所述光纖機器人的控制器中。

2.如權利要求1所述的多目標光纖位置精確檢測系統，其特征在于，所述光纖安裝平面與所述圖像捕捉器視場中心線垂直設置。

3.如權利要求1所述的多目標光纖位置精確檢測系統，其特征在于，所述光源與所述圓形固定頭的距離為3米，所述圖像捕捉器與所述圓形固定頭的距離為20米。

4.如權利要求1所述的多目標光纖位置精確檢測系統，其特征在于，所述光纖機器人安裝在焦面固定的孔位上且孔位的坐標是已知的且均勻分布，除邊緣光纖機器人外，距離每光纖機器人的孔位圓心25.6mm處都相鄰有6個均勻分布的光纖機器人；相鄰兩個光纖間的距離占據的像素點為所述圓形固定頭圓半徑的19到21倍；每個所述圓形固定頭占據24x24個像素區域。

5.一種如權利要求1-4中任一項所述的多目標光纖位置精確檢測系統的使用方法，其特征在于，包括步驟：

S1，對應所述圓形固定頭布置所述圖像捕捉器和所述圖像采集系統，調節所述圖像捕捉器使所述圖像捕捉器的視場中心線垂直于所述光纖安裝平面；

S2，將所述光源均勻照射在所述光纖安裝平面上，從而點亮所述光纖安裝平面，將所述圖像捕捉器對焦至所述光纖安裝平面上；

S3，通過所述圖像采集系統對所述圖像捕捉器采集到的原始圖像進行圖像處理得到光纖精確的像素坐標；

S4，重復所述步驟S3，多次測量目標位置與光纖機器人當前位置的偏差，反饋給控制系統進行多次逼近運動，最終實現光纖機器人對目標位置的精確定位。

6.如權利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述圖像處理過程包括步驟：

S31，圖像預處理：對所述圖像捕捉器采集到的原始圖像進行中值濾波降噪以及頂帽濾波后進行二值化處理；

S32，圖像分割：對所述步驟S31二值化處理后的圖片使用sobel算子進行邊緣檢測，提取二值化處理后圖片中的圓；

S33，快速隨機霍夫算法檢測圓：對所述步驟S32邊緣檢測后的圖像進行快速找圓算法來尋找光纖圓心坐標；

S34，圖像多目標匹配：采用最小二乘算法進行像素坐標與理論微米坐標的匹配，分別進行一次的粗匹配和一次精匹配，從而得到實際微米坐標。

7.如權利要求6所述的使用方法，其特征在于，在所述步驟S33中，所述快速找圓算法利用光纖機器人在焦面的排列特點進行處理；過程包括：先利用霍夫算法來檢測出第一個圓，識別出第一個圓的圓心之后再對第一個圓圓心相鄰位置六個方向距離第一個圓圓心半徑20倍的50x50個像素區域內尋找下一個光纖位置，重復步驟直至找到全部的圓。

8.如權利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述步驟S33中，捕捉到的原始圖像中所述圓形固定頭圖像為圓形時，在所述光纖安裝平面上建立平面坐標系，X軸和Y軸相互垂直；利用所述步驟S32中Sobel算子計算X，Y方向上的Sobel一階導數得到梯度，

對于圖像中灰度值不為0的點，由其梯度值作為斜率可以得到一條直線，設定一個累加器，當有直線相交于一點時對應該交點的累加器加一，并設定一個圓心閾值當某交點的累加器達到這個圓心閾值之后則該交點為找到的圓的圓心，最終在原始圖像中畫出篩選過后的圓并將對應的圓心半徑坐標保存下來，并且記數器加1，一個圓檢測結束。