[发明专利]一种光纤光谱望远镜的参考光纤分布设计方法

权利要求书

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。