光纤形状进行测量的实现方法与流程

本发明涉及一种检测技术，特别涉及一种光纤形状进行测量的实现方法。

背景技术：

光纤是光导纤维的简称，是利用全反射原理使光沿着弯曲路径传播的光学元件。光纤是由纤芯和包层组成，纤芯由某种玻璃或者塑料制成，包层通常也是由玻璃或是塑料制成，包层外面还会有一层塑料保护外套。光通常在光纤中传输，光纤的导光能力取决于纤芯和包层的折射率，通常包层的折射率稍小于纤芯的折射率，从而可以将光信号封闭在纤芯中传输，起到保护纤芯的作用。细微的光纤封装在护套中，使其能够弯曲而不至于断裂。利用光纤的可靠性高、成本低等优点，以前通常将光纤用在通信方面，把要传递的信号调制成光信号沿光纤传递出去，在接收端再把光信号解调得到原信号。因为光纤的特性，现在光纤的运用越来越广，使用时利用的是光纤传输信号和能弯曲的特性，可以将光纤嵌入到柔性手术器械里，用于手术导航系统。因此对于光纤在测量时的形状也很重要。

在视觉定位领域中，通常使用的是双目或者多目摄像头。双目立体视觉是基于视差原理并利用成像设备从不同的角度获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。或者也可以使用单目摄像机从不同角度获得被测物体的两幅图像，基于视差原理计算其三维几何信息。获取三维空间中某点的三维坐标，需要在左右两个摄像机像面上都存在该点的相应点，并找到空间中该点在左右两个摄像机像面上的相应点，通过摄像机标定获取摄像机的内外参数，就可确定这个点的三维坐标。有时会因为其它的原因一个摄像头被挡住了，为提高测量的精度也会使用多目摄像头。

技术实现要素：

本发明是针对光纤运用的问题，提出了一种光纤形状进行测量的实现方法,使用一种对形状敏感的光纤，利用多目视觉定位的方法测量出光纤的形状，并对光纤的输入光和输出光进行测量，将输入光和输出光作为已知信息和光纤形状进行拟合，得出对应关系，从而可以在已知输入光和输出光条件下直接得到光纤形状。

本发明的技术方案为：一种光纤形状进行测量的实现方法，将待测量的光纤的表面安装等间距多个不同的视觉定位标签并将这多个视觉定位标签进行标号；数个多目摄像头有序的排列在待测光纤的周围，每个多目摄像头从不同的角度获取被测光纤的图像送计算机系统，计算机系统通过计算对应点的位置偏差获取物体三维几何信息；将给定的光纤输入光和由输出光测量设备得到的光纤输出光送到计算机系统；计算机系统拟合得到输入光和输出光与光纤形状的对应关系，多次改变待测光纤的形状重复上述步骤，得到待测光纤在已知输入光和输出光条件下的形状传感模型。

所述光纤形状进行测量的实现方法，多次改变光纤的形状，使用多目视觉定位方法对光纤的形状进行测量，并多次测量光纤的输入光和输出光，使用深度学习的方法拟合输入光和输出光与光纤形状的对应关系，从而得到该光纤在输入光和输出光条件下的形状传感模型，实际进行形状测量时，在已知输入光和输出光条件下，可直接使用建立的形状传感模型得到光纤的形状。

本发明的有益效果在于：本发明光纤形状进行测量的实现方法,具有高精度、高效性、高灵敏度等优点，可以在已知输入光和输出光条件下通过拟合的模型直接得到光纤的形状。

附图说明

图1为本发明光纤形状进行测量的实现方法结构示意图；

图2为本发明方法中光纤标签图；

图3为本发明光纤形状进行测量的实现方法工作流程框图。

具体实施方式

光纤形状进行测量的实现方法，通过多目视觉定位的方法得到光纤的形状，拟合输入光和输出光与光纤形状的对应关系，从而在已知输入光和输出光条件下根据对应关系直接得到光纤的形状。

如图1所示光纤形状进行测量的实现方法结构示意图，包括对形状敏感的光纤101、多目摄像头301、视觉定位标签201、输入光103、输出光测量设备105以及计算机系统106。其中所述的光纤101的表面安装等间距多个不同的视觉定位标签201并将这多个视觉定位标签201进行标号，如图2所示，多目摄像头301对光纤101表面的多个不同的视觉定位标签201的图像信息进行捕获，将获取的多个不同视觉定位标签201的图像直接送到计算机系统106。将给定光纤101的输入光103和由输出光测量设备105得到的输出光送到计算机系统106。计算机系统106根据图像信息计算出光纤101的形状，使用深度学习的方法拟合出输入光103和输出光与光纤101形状的对应关系。其中图1所示的光纤101是一种对形状敏感的光纤101；所述的输入光103使用的是特定的光源；数个多目摄像头301有序的排列在光纤101的周围，每个多目摄像头301便可以基于视差原理利用成像设备从不同的角度获取被测物体的图像，通过计算对应点的位置偏差获取物体三维几何信息，这样可以提高系统的精度，在图上只画出来四个多目摄像头301，其余的用省略号表示。

如图3为本发明光纤形状进行测量的实现方法工作流程框图。该框图的具体工作流程为：首先要对多目摄像头301和输出光测量设备105进行初始化，多目摄像头301和计算机系统106建立连接，输出光测量设备105也和计算机系统106建立连接。然后将光纤101放在测试区内，读取多目摄像头301的数据，接下来对每个视觉定位标签201进行识别，计算机系统106通过利用视差原理计算由每个多目摄像头301获得的图像上的对应点的位置偏差，计算出光纤101表面上安装的多个不同视觉定位标签201在现实空间中的三维坐标以及俯仰角、偏航角、横滚角，从而计算出视觉定位标签201的位置和姿态，得到光纤101的形状。读取输出光测量设备105的数据，拟合得到输入光103和输出光与光纤101形状的对应关系，多次改变光纤101的形状继续上述过程，得到光纤101在已知输入光103和输出光条件下的形状传感模型。

如图2所示视觉定位标签201可以每隔5cm或者更近的距离等间距的安装在光纤101上，并对视觉定位标签201进行标号，这样即使光纤101弯曲或者打结，计算机系统106也能通过标号对其获得准确的位置和姿态，然后得出较准确的光纤101形状。为了使本发明测量到的光纤101形状精度更高，在光纤101的表面安装的视觉定位标签201的间距要尽可能的小。

多目视觉定位方法：使用对形状敏感的光纤，在光纤的表面等间距的安装不同的立体视觉定位标签，用摄像头标定的方法获取摄像头的内外参数以及多个摄像头之间的位置关系，通过多目摄像头对视觉定位标签的图像进行捕捉，将捕捉到的图像送到计算机系统，计算机系统计算得到每个视觉定位标签的位置和姿态，从而得到光纤的形状。多次改变光纤的形状，使用多目视觉定位方法对其形状进行测量。

所述形状传感模型，多次改变光纤的形状，使用多目视觉定位方法对光纤的形状进行测量，并多次测量光纤的输入光和输出光，使用深度学习的方法拟合输入光和输出光与光纤形状的对应关系，从而得到该光纤在输入光和输出光条件下的形状传感模型。实际进行形状测量时，在已知输入光和输出光条件下，可直接使用建立的形状传感模型得到光纤的形状。

通过此方法拟合光纤的形状与输入光输出光的关系，可以利用光纤嵌入到柔性手术器械中进行形状测量，用于手术导航系统。