[發(fā)明專利]基于多環(huán)芯光纖的散斑傳感系統(tǒng)及散斑識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110409419.2
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113029214B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉潔;魏夢龍;唐鋼;張景行;余思遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

1.一種基于多環(huán)芯光纖的散斑傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器、光場激發(fā)模組和多環(huán)芯光纖；

激光器連接光場激發(fā)模組的輸入端，光場激發(fā)模組的輸出端連接多環(huán)芯光纖的首端，多環(huán)芯光纖的末端用于連接CCD相機(jī)，通過CCD相機(jī)采集多環(huán)芯光纖受擾動時(shí)散斑變換的散斑視頻；

所述傳感系統(tǒng)的識別過程包括下述步驟：

S1、在散斑傳感系統(tǒng)的多環(huán)芯光纖上選取出多個(gè)位置點(diǎn)，作為為擾動點(diǎn)；

S2、在散斑傳感系統(tǒng)激光器開啟的情況下，針對于每個(gè)擾動點(diǎn)的多個(gè)方向分別施加擾動；

S3、通過CCD相機(jī)采集多環(huán)芯光纖對應(yīng)擾動點(diǎn)施加各個(gè)方向擾動時(shí)的散斑視頻；

S4、將散斑視頻進(jìn)行預(yù)處理，得到散斑圖像；

S5、將步驟S3中獲得的散斑視頻經(jīng)過步驟S4預(yù)處理后得到的散斑圖像作為訓(xùn)練樣本，將獲取散斑視頻時(shí)在多環(huán)芯光纖施加擾動力的擾動點(diǎn)位置和擾動方向作為標(biāo)簽，對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到散斑識別模型；

S6、當(dāng)需要進(jìn)行擾動位置和擾動方向識別時(shí)，通過CCD相機(jī)采集多環(huán)芯光纖在擾動作用下的散斑視頻，將該散斑視頻經(jīng)過步驟S4預(yù)處理后，得到檢測用散斑圖像；

S7、將檢測用散斑圖像輸入到散斑識別模型中，由散斑識別模型預(yù)測得到多環(huán)芯光纖受到擾動的擾動點(diǎn)位置以及擾動方向。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多環(huán)芯光纖的散斑傳感系統(tǒng)，其特征在于，多環(huán)芯光纖中每一環(huán)均為徑向一階的環(huán)形纖芯。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多環(huán)芯光纖的散斑傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述光場激發(fā)模組包括沿著光路依次設(shè)置的偏振器、第一準(zhǔn)直鏡、線偏片、第一反射鏡、空間光調(diào)制器、第二反射鏡、四分之一波片和第二準(zhǔn)直鏡；

其中偏振器的輸入端通過光纖連接激光器，偏振器的輸出端通過光纖連接第一準(zhǔn)直鏡，第一準(zhǔn)直鏡輸出的光線通過線偏片入射到第一反射鏡，第一反射鏡和第二反射器在光路上傾斜設(shè)置，空間光調(diào)制器設(shè)置在第一反射鏡和第二反射器上方，第一反射鏡出射的光線通過空間光調(diào)制器后入射到第二反射鏡，第二反射鏡出射的光進(jìn)入到四分之一波片，由四分之一波片輸出到第二準(zhǔn)直鏡，第二準(zhǔn)直鏡的輸出端連接多環(huán)芯光纖的一端。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多環(huán)芯光纖的散斑傳感系統(tǒng)，其特征在于，還包括兩個(gè)位移臺，分別設(shè)置在多環(huán)芯光纖兩端，用于固定并且拉直多環(huán)芯光纖。

5.一種基于權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)散斑傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基于多環(huán)芯光纖的散斑識別方法，其特征在于，包括步驟：

S1、在散斑傳感系統(tǒng)的多環(huán)芯光纖上選取出多個(gè)位置點(diǎn)，作為為擾動點(diǎn)；

S2、在散斑傳感系統(tǒng)激光器開啟的情況下，針對于每個(gè)擾動點(diǎn)的多個(gè)方向分別施加擾動；

S3、通過CCD相機(jī)采集多環(huán)芯光纖對應(yīng)擾動點(diǎn)施加各個(gè)方向擾動時(shí)的散斑視頻；

S4、將散斑視頻進(jìn)行預(yù)處理，得到散斑圖像；

S5、將步驟S3中獲得的散斑視頻經(jīng)過步驟S4預(yù)處理后得到的散斑圖像作為訓(xùn)練樣本，將獲取散斑視頻時(shí)在多環(huán)芯光纖施加擾動力的擾動點(diǎn)位置和擾動方向作為標(biāo)簽，對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到散斑識別模型；

S6、當(dāng)需要進(jìn)行擾動位置和擾動方向識別時(shí)，通過CCD相機(jī)采集多環(huán)芯光纖在擾動作用下的散斑視頻，將該散斑視頻經(jīng)過步驟S4預(yù)處理后，得到檢測用散斑圖像；

S7、將檢測用散斑圖像輸入到散斑識別模型中，由散斑識別模型預(yù)測得到多環(huán)芯光纖受到擾動的擾動點(diǎn)位置以及擾動方向。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多環(huán)芯光纖的散斑識別方法，其特征在于，

步驟S4中，對散斑視頻進(jìn)行預(yù)處理得到散斑圖像的具體過程如下：

將散斑視頻拆分成數(shù)幀，將第一幀作為參考散斑圖像，余下所有幀均與參考散斑圖像做絕對值差分，并將絕對值差分后的所有散斑圖像進(jìn)行疊加，再取對應(yīng)位置每個(gè)像素點(diǎn)的平均值作為散斑圖像對應(yīng)位置像素點(diǎn)，得到取平均后的散斑圖像。