[發明專利]一種光纖光譜望遠鏡的參考光纖分布設計方法

有效

• 申請號: 202110054872.6
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112749464B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 段仕鵬;周增祥;左家樂;黎夢濤;胡紅專;劉志剛;褚家如
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/27;G06N3/00;G02B27/00
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發明公開了一種光纖光譜望遠鏡的參考光纖分布設計方法，屬于攝像測量技術領域，包括以下步驟：S1：確定工作區域范圍；S2：確定參考光纖數量；S3：確定邊緣參考光纖分布；S4：確定內部參考光纖分布。本發明對所有參考光纖使用Voronoi算法提取其多邊形面積，其中每一根參考光纖對應一個多邊形，求取其所有面積的標準差，該值與工作光纖的穩定性呈正相關，故將多邊形面積的標準差大小作為參考光纖二維分布均勻程度的評判依據，再使用粒子群算法進行迭代收斂找到多邊形面積標準差的最小值，最終確定了在二維環境中的特定形狀區域內參考點數目、參考點如何分布，以得到最好的擬合效果，進而大大提高光纖定位精度。

技術領域

本發明涉及天文望遠鏡高精度攝像測量技術領域，具體涉及一種光纖光譜望遠鏡的參考光纖分布設計方法。

背景技術

光纖定位技術在我國首次使用到光纖光譜望遠鏡上，光纖定位技術的發展經歷了開環控制即每一根光纖被一個光纖單元的步進電機接收定量脈沖所控制移動到目標位置，到后來申請人團隊提出的通過閉環控制即控制光纖機器人移動到目標位置之后，采用視覺攝影測量的方法來識別數千個光纖位置目標，再驅動光纖機器人向目標位置進行補償移動，直到達到目標位置并滿足定位精度要求。在目前使用的閉環控制中攝影測量的識別精度決定了光纖定位的定位精度，其相機拍攝的穩定性在光纖定位中十分重要。在黑暗的工作環境下只點亮工作光纖，通過視覺測量系統的相機對光纖光斑進行識別定位。由于現場的工作狀況復雜，視寧度較差，故在檢測成像焦面上選用一定數目的參考光纖來代替工作光纖，參考光纖的作用是修正相機抖動、氣流波動等環境因素帶來的誤差。使用相機首先識別參考光纖，之后通過對識別到的參考光纖位置坐標與理論坐標進行多項式擬合的修正，使用多項式擬合修正后的參數來對工作光纖進行識別定位，此方法可以降低大部分誤差，提高識別精度。

在使用參考光纖時其數目越多會使得工作光纖定位精度越精確，但是由于參考光纖占用了工作光纖的位置，參考光纖數量過多會使工作光纖的數目減少，工作光纖數目過少會影響望遠鏡正常觀測，所以參考光纖數目需要選定在一個合理的范圍。

在使用參考光纖時其分布均勻會大大提高系統光纖位置檢測精度，由此通過反饋逐漸逼近目標的方法會提高光纖機器人的最終定位精度。由于焦面孔位限制參考光纖限制于分布在固定的焦面孔中，故需要找到一個方法使參考光纖做到在二維平面上滿足均勻分布最優方式，上述問題亟待解決，為此，提出一種光纖光譜望遠鏡的參考光纖分布設計方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：如何使參考光纖做到在二維平面上最優分布，提供了一種光纖光譜望遠鏡的參考光纖分布設計方法。該方法基于Voronoi算法設計了在現有的焦面孔位做到盡可能均勻分布的參考光纖，對所有參考光纖使用Voronoi算法提取其多邊形面積，其中每一根參考光纖對應一個多邊形，求取其所有面積的標準差，總體標準差越小則認為分布越均勻；并且總體標準差越小的參考光纖分布對應計算求得工作光纖的穩定性越好，故使用此方法來尋找一種參考光纖的分布方式。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的，本發明包括以下步驟：

S1：確定工作區域范圍

根據相機視場與工作光纖的運動范圍確定相機的工作區域；

S2：確定參考光纖數量

先拍攝一段時間的光纖穩定性并確定一個初始數目的參考光纖在所有工作光纖中大量多次隨機分布，再選取當前確定數目中最小的重復性誤差值作為當前數目的最小誤差值，之后通過改變參考光纖的數目來確定參考光纖數目與最小誤差的關系，選擇參考光纖數目滿足給定要求；

S3：確定邊緣參考光纖分布

在確定參考光纖使用數量之后，通過限定光纖定位機器人定位邊界條件，將在相機視場與焦面邊緣處分布的參考光纖連線之后所得到的平面可以將所有工作光纖區域完全覆蓋；

S4：確定內部參考光纖分布