(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110054872.6 (22)申请日 2021.01.15 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112749464 A (43)申请公布日 2021.05.04 (73)专利权人 中国科学技术大学 地址 230000 安徽省合肥市包河区金寨路 96号 (72)发明人 段仕鹏　周增祥　左家乐　黎梦涛　 胡红专　刘志刚　褚家如　 (74)专利代理 机构 合肥昊晟德专利代理事务所 (普通合伙) 3415 3 专利代理师 王林 (51)Int.Cl. G06F 30/18(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01)G02B 27/00(2006.01) (56)对比文件 CN 110989075 A,2020.04.10 CN 110487183 A,2019.1 1.22 JP 201617674 4 A,2016.10.0 6 CN 108872952 A,2018.1 1.23 CN 13843 33 A,2002.12.11 CN 104101379 A,2014.10.15 Shipeng Duan, Jiale Z uo, Mengtao L i, Zhigang Liu, Hongzhuan Hu等.Researc h on Reference Fiber for Cl osed-loop Measurement of. 《Ground-based and Airborne Telescopes VI II》 .2020,第1 1445卷 金熠.LAMOST光纤位置 检测与观测规划中相 关问题的研究. 《中国博士学位 论文全文数据库 工程科技 Ⅱ辑》 .2007,第2007年卷(第0 3期), 审查员 许贺 (54)发明名称 一种光纤光谱望远镜的参考光纤分布设计 方法 (57)摘要 本发明公开了一种光纤光谱望远镜的参考 光纤分布设计方法， 属于摄像测量技术领域， 包 括以下步骤： S1： 确定工作 区域范围； S2： 确定参 考光纤数量； S3： 确定边缘参考光纤分布； S4： 确 定内部参考光纤分布。 本发明对 所有参考光纤使 用Voronoi算法提取其多边形面积， 其中每一根 参考光纤对应一个多边形， 求取其所有面积的标 准差， 该值与工作光纤的稳定性呈正相关， 故将 多边形面积的标准差大小作为参考光纤二维分 布均匀程度的评判依据， 再使用粒子群算法进行 迭代收敛找到多边形面积标准差的最小值， 最终 确定了在二维环境中的特定形状区域内参考点 数目、 参考点如何分布， 以得到最好的拟合效果， 进而大大提高光纤定位精度。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 112749464 B 2022.08.26 CN 112749464 B 1.一种光纤光谱望远镜的参 考光纤分布设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 确定工作区域范围 根据相机 视场与工作光纤的运动范围确定相机的工作区域； S2： 确定参 考光纤数量 首先进行实验检测一段时间的光纤稳定性， 并确定一个初始数量的参考光纤通过在所 有区域内大量多次随机 分布参考光纤来替换工作光纤， 每次分布后计算工作光纤的稳定性 误差值， 再选取当前参考光纤数目下工作光纤的最小的稳定性误差值作为当前数目的最小 误差值， 稳定性误差即一定时间内拍摄所有工作光纤的位置重复性均方根误差； 之后通过 改变参考光纤的数目来确定参考光纤数目与最小误差值的关系， 根据此关系来确认参考光 纤数目以满足给定误差要求； 在所述步骤S2中， 光纤稳定性的计算过程如下： S21： 将相机对焦至光纤端部， 在无外界光源的黑暗环境下背光 点亮光纤； S22： 设置相机拍摄参数后拍摄图片， 共拍摄一小时； S23： 处理拍摄的图片， 使用光重心法识别光斑位置； S24： 选用一定数量的光纤作为参考光纤， 剩余光纤作为工作光纤， 使用参考光纤计算 像素坐标位置与理论 坐标位置的转换参数； S25： 使用转换参数将工作光纤的像素坐标转换为实际微米坐标； S26： 计算拍摄的图片中每一根光纤位置的均方根误差， 并将所有光纤的均 方根误差取 平均值作为 最终的光纤稳定性的值； S3： 确定边 缘参考光纤分布 在确定参考光纤使用数量之后， 在限定光纤定位机器人定位边界的条件下， 在相机视 场与焦面边缘处分布设置边缘参考光纤使得其连线之后的平面可以将所有工作光纤完全 覆盖； S4： 确定内部参 考光纤分布 将剩余参考光纤在工作区域内部的焦面孔位上进行排布， 并画出所有参考光纤的 Voronoi图， 根据所有参考光纤Voronoi多边形面积标准差确定内部参考光纤的位置， 即得 到所有参 考光纤最终的位置分布。 2.根据权利要求1所述的一种光纤光谱望远镜的参考光纤分布设计方法， 其特征在于： 在所述步骤S4中， 所有参考光纤Voronoi多边形的面积标准差与工作光纤一段时间内的稳 定性均方根误差呈正相关关系， 即多边形面积标准差越小， 使用参考光纤进行多项式拟合 后的工作光纤的稳定性均方根 误差越小， 最终分布效果越好。 3.根据权利要求2所述的一种光纤光谱望远镜的参考光纤分布设计方法， 其特征在于： 在多项式拟合过程中， 参与多项式拟合的控制点数量固定的情况下其分布越均匀则拟合标 定效果越好， 根据所述参考光纤Voronoi多边形的面积标准差与工作光纤一段时间内的稳 定性均方根误差呈正相关关系， 将参考光纤Voronoi多边形面积标准差数值作为参考光纤 二维分布均匀程度的评判依据。 4.根据权利要求1所述的一种光纤光谱望远镜的参考光纤分布设计方法， 其特征在于： 在所述步骤S4中， 为确定内部参考光纤的分布使用了粒子群算法进行寻找， 目标为找到 Voronoi多边形面积标准差的最小值， 最终迭代收敛确认内部参 考光纤的分布。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 112749464 B 2一种光纤光谱望远镜的参考光纤分布设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及天文望远镜高精度摄像测量技术领域， 具体涉及一种光纤光谱望远镜 的参考光纤分布设计方法。 背景技术 [0002]光纤定位技术在我国首次使用到光纤光谱望远镜上， 光纤定位技术的发展经历了 开环控制即每一根光纤被一个光纤单元的步进电机接收定量脉冲所控制移动到目标位置， 到后来申请人团队提出的通过闭环控制即控制光纤机器人移动到目标位置之后， 采用视觉 摄影测量的方法来识别数千个光纤位置目标， 再驱动光纤机器人向目标位置进行补偿移 动， 直到达到目标位置并满足定位精度要求。 在目前使用的闭环控制中摄影测量的识别精 度决定了光纤定位的定位精度， 其相 机拍摄的稳定性在光纤定位中十分重要。 在黑暗的工 作环境下只点亮工作光纤， 通过视觉测 量系统的相 机对光纤光斑进行识别定位。 由于现场 的工作状况复杂， 视宁度较差， 故在检测成像焦面上选用一定数目的参考光纤来代替工作 光纤， 参考光纤的作用是修正相机抖动、 气流波动等环境因素带来的误差。 使用相机首先识 别参考光纤， 之后通过对识别到的参考光纤位置坐标与 理论坐标进行多项式拟合的修正， 使用多项式拟合修正后的参数来对工作光纤进行识别定位， 此方法可以降低大部分误差， 提高识别精度。 [0003]在使用参考光纤时其数目越多会使得工作光纤定位精度越精确， 但是由于参考光 纤占用了工作光纤的位置， 参考光纤数量过多会使工作光纤的数目减少， 工作光纤数目过 少会影响望远镜正常观测， 所以参 考光纤数目需要选 定在一个合理的范围。 [0004]在使用参考光纤时其分布均匀会大大提高系统光纤位置检测精度， 由此通过反馈 逐渐逼近目标的方法会提高光纤机器人的最 终定位精度。 由于焦面孔位限制参考光纤限制 于分布在固定的焦面孔中， 故需要找到一个方法使参考光纤做到在二维平面上满足均匀分 布最优方式， 上述问题亟待解决， 为此， 提出一种光纤光谱望远镜的参考光纤分布设计方 法。 发明内容 [0005]本发明所要解决的技术问题在于： 如何使参考光纤做到在二维平面上最优分布， 提供了一种光纤光谱望远镜的参考光纤分布设计方法。 该方法基于Voronoi算法设计了在 现有的焦面孔位做到尽可能均匀分布的参考光纤， 对所有参考光纤使用Voronoi算法提取 其多边形面积， 其中每一根参考光纤对应一个多边形， 求取其所有面积的标准差， 总体标准 差越小则认为分布越均匀； 并且总体标准差越小的参考光纤分布对应计算求得工作光纤的 稳定性越好， 故使用此 方法来寻找一种参 考光纤的分布方式。 [0006]本发明是通过以下技 术方案解决上述 技术问题的， 本发明包括以下步骤： [0007]S1： 确定工作区域范围 [0008]根据相机 视场与工作光纤的运动范围确定相机的工作区域；说　明　书 1/5 页 3 CN 112749464 B 3