[发明专利]一种针对弱测量系统的光斑中心定位方法

说明书

本发明设计一种针对弱测量系统的光斑中心定位方法，包括：根据所述弱测量系统的成像原理生成光斑强度分布物理模型；根据CCD采集的实测光斑图像采用最小二乘法对光斑强度分布物理模型进行拟合，得到光斑强度分布模型对应的参数；根据光斑强度分布模型对应的参数随机生成N个光斑图像作为理想光斑图像；根据CCD采集的实测光斑图像和N个理想光斑图像利用小波分析技术生成N个模拟光斑图像；将N个模拟光斑图像作为训练集，将每个模拟光斑图像对应的理想光斑图像作为标签对卷积自编码神经网络进行训练；将CCD采集的目标实测光斑图像输入训练好的卷积自编码神经网络生成对应的目标理想光斑图像，对目标实测光斑图像的中心进行定位。

技术领域

本发明属于精密测量领域，特别是涉及一种针对弱测量系统的光斑中心定位方法。

背景技术

精密测量的核心技术问题在于如何提高测量精度，而弱测量则可以实现放大测量微小物理量，进而实现高精度测量，因此在精密测量领域，弱测量潜力巨大。弱测量系统中微弱物理量主要通过指针偏移量进行观测，然而指针偏移量的估计基于光斑图像中心进行计算。

测量系统中的噪声与干扰导致光斑图像中心产生误差，针对光斑图像定位，弱测量领域的研究者们主要使用灰度重心法、拟合法等传统方法。目前传统方法在降噪效果上能够取得一定的效果(高斯噪声)，但是针对低频噪声和各种干扰不具有抑制作用，然而在弱测量系统中，干扰和低频噪声是造成光斑图像中心定位精度低的主要原因，因此传统的方法在实际应用过程中往往达不到理想的效果。

弱测量系统中存在各种噪声和干扰。噪声主要包括高斯噪声、散粒噪声、闪烁噪声、本底噪声等；干扰主要包括光源自身的不稳定性和环境变化。

目前，弱测量光斑图像中心的定位方法仅能对高斯噪声进行有效的抑制，对于其余的噪声干扰不能起到很好的抑制作用，使得弱测量系统的中心定位精度低，最终导致了弱测量系统不能实现高精度测量。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种针对弱测量系统的光斑中心定位方法，通过抑制光斑图像中的噪声干扰，进而达到高精度定位中心的目的,最终实现对于弱测量系统的测量精度提升。

具体技术方案如下所示，一种针对弱测量系统的光斑中心定位方法，所述弱测量系统包括He-Ne激光器、光纤准直器FC、第一双折射晶体偏振分束器BD1、偏振片P1、50/50非偏振分光器BS、第二双折射晶体偏振分束器BD2、悬臂梁变形反射镜SR、四分之一波片QWP、半波片HWP、45°的格兰泰勒偏振棱镜P2和CCD，所述He-Ne激光器用于生成随机偏振光并通过单模光纤引入光纤准直器FC将单模光纤中的激光准直成高斯光束，高斯光束依次射入第一双折射晶体偏振分束器BD1、偏振片P1、50/50非偏振分光器BS、第二双折射晶体偏振分束器BD2和悬臂梁变形反射镜SR；所述非偏振分光器BS的入射面与高斯光束的夹角为45°；SR被设置为绕z轴转过角度θ，使反射光与原光束在x-y平面上夹角为2θ；S将高斯光束反射后依次射入四分之一波片QWP、半波片HWP45°的格兰泰勒偏振棱镜P2和CCD；通过CCD采集实测光斑图像，其特征在于，包括：

S1：根据所述弱测量系统的成像原理生成光斑强度分布物理模型；

优选地，将光斑分布图的中心作为坐标原点，所述光斑强度分布物理模型包括：

I(x，y)＝A[f(x，y)sin(gx+b)]²

x′＝xs_xcosθ-ys_xsinθ+Δx

y′＝ys_ycosθ-xs_ysinθ+Δy

I′(x，y)＝I(x′，y′)