[发明专利]基于多环芯光纤的散斑传感系统及散斑识别方法

说明书

本发明公开了一种基于多环芯光纤的散斑传感系统以散斑识别方法，其中散斑传感系统包括激光器、光场激发模组和多环芯光纤；激光器连接光场激发模组的输入端，光场激发模组的输出端连接多环芯光纤的首端，多环芯光纤的末端用于连接CCD相机，通过CCD相机采集多环芯光纤受扰动时散斑变换的散斑视频。本发明通过利用多环芯光纤散斑稳定、形态结构明显的特性以及对不同方位的扰动产生不同形变使得接收到的散斑变化有所不同的特点，实现了对扰动位置以及扰动方向多维度识别检测。同时，本发明只需对少量输出的散斑图像样本进行卷积神经网络的训练，且能够实现扰动位置和扰动方向的多维度检测。

技术领域

本发明涉及光学传感技术领域，特别涉及一种基于多环芯光纤的散斑传感系统及散斑识别方法。

背景技术

近年来，高速成像、光波整形和数字信号处理技术的快速发展重新引起了人们对于多模光纤散斑传感应用的兴趣。多模光纤散斑传感器利用其丰富的空间模式多样性，可以提供比单模光纤传感器更强大的能力和性能。但是对于多模光纤上某个方位施加扰动，通常会引起多模光纤模式之间能量的随机分配，计算数学关系十分复杂。因此很难建立起光纤上扰动的作用方位与光纤散斑之间准确的映射关系。为了解决上述问题，目前主流的方式是通过卷积神经网络对多模光纤的散斑图进行采集训练，并加以识别分类，从而实现了对光纤上扰动位置的判别；但是由于多模光纤相邻模式间的折射率差较小(尤其是高阶模式)，当施加外部扰动时，模式间更容易发生强耦合。多模光纤对扰动十分敏感，散斑形态极其不稳定。这就造成了利用卷积神经网络进行散斑图像分类时候，需要采集大量的散斑数据样本进行训练，并且分类训练的精度和分类的收敛速度均会受到限制。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于多环芯光纤的散斑传感系统，该系统通过利用多环芯光纤散斑稳定、形态结构明显的特性以及对不同方位的扰动产生不同形变使得接收到的散斑变化有所不同的特点，实现了对扰动位置以及扰动方向多维度识别检测。

本发明的第二目的在于提供一种基于多环芯光纤的散斑识别方法，该方法技只需对少量输出的散斑图像样本进行卷积神经网络的训练，且能够实现扰动位置和扰动方向的多维度检测。

本发明的第三目的在于提供一种基于多环芯光纤的散斑识别装置。

本发明的第四目的在于提供一种存储介质。

本发明的第五目的在于提供一种计算设备。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种基于多环芯光纤的散斑传感系统，包括激光器、光场激发模组和多环芯光纤；

激光器连接光场激发模组的输入端，光场激发模组的输出端连接多环芯光纤的首端，多环芯光纤的末端用于连接CCD相机，通过CCD相机采集多环芯光纤受扰动时散斑变换的散斑视频。

优选的，多环芯光纤中每一环均为径向一阶的环形纤芯。

优选的，所述光场激发模组包括沿着光路依次设置的偏振器、第一准直镜、线偏片、第一反射镜、空间光调制器、第二反射镜、四分之一波片和第二准直镜；

其中偏振器的输入端通过光纤连接激光器，偏振器的输出端通过光纤连接第一准直镜，第一准直镜输出的光线通过线偏片入射到第一反射镜，第一反射镜和第二反射器在光路上倾斜设置，空间光调制器设置在第一反射镜和第二反射器上方，第一反射镜出射的光线通过空间光调制器后入射到第二反射镜，第二反射镜出射的光进入到四分之一波片，由四分之一波片输出到第二准直镜，第二准直镜的输出端连接多环芯光纤的一端。

优选的，还包括两个位移台，分别设置在多环芯光纤两端，用于固定并且拉直多环芯光纤。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于本发明第一目的所述的散斑传感系统实现的基于多环芯光纤的散斑识别方法，包括步骤：

S1、在散斑传感系统的多环芯光纤上选取出多个位置点，作为为扰动点；