本發(fā)明涉及光纖傳像連接，具體為一種傳像束與鏡頭耦合對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

1、光纖傳像束作為一種在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用的柔性傳像連接器件，雖然具備了大空間自由度、結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)、質(zhì)量輕等優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，尤其是在與ccd器件直接耦合的過程中，其精確對(duì)準(zhǔn)的要求極高。在這種一對(duì)一的特殊應(yīng)用中，即使是微小的對(duì)準(zhǔn)偏差，也可能導(dǎo)致ccd像面上的成像質(zhì)量受到顯著影響，從而降低圖像的清晰度和準(zhǔn)確性。

2、在現(xiàn)有技術(shù)中，光纖傳像束與鏡頭的耦合過程存在明顯的不足。首先，耦合過程需要進(jìn)行多次調(diào)整，以確保鏡頭與光纖傳像束在水平方向上居中對(duì)齊。這一過程不僅操作繁瑣，而且效率低下，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力。其次，由于缺乏直觀的反饋機(jī)制，操作者很難實(shí)時(shí)了解光纖傳像束與鏡頭之間的耦合情況，這增加了調(diào)整過程中出現(xiàn)偏差的風(fēng)險(xiǎn)。最后，由于耦合精度的難以控制，即使經(jīng)過多次調(diào)整，也難以保證耦合的精確性，這直接影響了最終的成像效果，可能導(dǎo)致圖像失真、分辨率下降等問題。目前，有一些針對(duì)光纖傳像束與鏡頭耦合的設(shè)計(jì)，例如菲涅耳透鏡光纖束耦合器，研究者需要在tracepro軟件中進(jìn)行仿真，分別模擬單獨(dú)led光源的光通量、led光源直接耦合到光纖束的光通量以及l(fā)ed光源通過菲涅耳透鏡耦合器耦合到光纖束的光通量。這個(gè)過程需要反復(fù)調(diào)整和優(yōu)化菲涅耳透鏡與光纖之間的相對(duì)位置、傾斜角度等參數(shù)，以提高光束耦合效率。但是在實(shí)際操作中，需要多次調(diào)整和復(fù)雜的仿真過程來達(dá)到最佳的耦合效果。在共聚焦內(nèi)窺鏡探頭方面，需要在實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)成像，這就需要采用大視場(chǎng)內(nèi)窺鏡頭。光纖束耦合器的挑戰(zhàn)在于三萬根光纖芯微米精度三維耦合，要求即插即用，這種高精度的耦合要求在實(shí)際操作中需要非常精細(xì)的調(diào)整，以確保每一根光纖都精確對(duì)準(zhǔn)，這無疑增加了操作的復(fù)雜性和難度。在光纖傳像束與鏡頭耦合時(shí)，需要進(jìn)行多次調(diào)整以確保精確對(duì)準(zhǔn)，并且這些調(diào)整過程往往復(fù)雜且難以直觀了解耦合情況，從而導(dǎo)致操作繁瑣和效率低下

3、這些問題在高精度成像要求的應(yīng)用場(chǎng)景中尤為突出，如醫(yī)學(xué)成像、精密儀器檢測(cè)等領(lǐng)域，成像質(zhì)量的下降可能會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。因此，現(xiàn)有光纖傳像束與鏡頭耦合技術(shù)的不足，已經(jīng)成為制約其在高精度應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種傳像束與鏡頭耦合對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)提出的目前光纖傳像束在與鏡頭耦合時(shí)，需要多次調(diào)整使鏡頭與光纖傳像束的水平居中，操作繁瑣且難以了解光纖傳像束與鏡頭的耦合情況，容易造成調(diào)整偏差，從而影響成像效果的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種傳像束與鏡頭耦合對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，包括光纖輸出端定位模塊、鏡頭定位模塊、圖像采集顯示模塊、光學(xué)檢測(cè)分析模塊和自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)控制模塊；

4、所述光纖輸出端定位模塊用于通過電磁定位調(diào)整和固定光纖輸出端的位置；

5、所述鏡頭定位模塊用于固定鏡頭位置，鏡頭在對(duì)準(zhǔn)過程中保持固定；

6、所述圖像采集顯示模塊用于通過ccd攝像頭實(shí)時(shí)采集鏡頭成像結(jié)果并提供反饋顯示成像結(jié)果；

7、所述光學(xué)檢測(cè)分析模塊用于檢測(cè)光斑位置和強(qiáng)度，給控制系統(tǒng)提供反饋信號(hào)，并對(duì)圖像采集、處理分析；

8、所述自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)控制模塊用于根據(jù)分析結(jié)果驅(qū)動(dòng)光纖輸出端在x、y、z三個(gè)方向上的微調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鏡頭與光纖傳像束的水平居中自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。

9、優(yōu)選的，所述光纖輸出端定位模塊包括位置傳感模塊、微調(diào)驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊；

10、所述位置傳感模塊用于通過光電傳感器和編碼器檢測(cè)和反饋光纖輸出端的實(shí)時(shí)位置信息；

11、所述微調(diào)驅(qū)動(dòng)模塊用于通過驅(qū)動(dòng)組件進(jìn)行光纖輸出端在x、y、z三個(gè)方向上微小移動(dòng)；

12、所述控制模塊用于與上位機(jī)實(shí)時(shí)交互控制位置信息并發(fā)出控制信號(hào)。

13、優(yōu)選的，所述鏡頭定位模塊包括對(duì)鏡頭固定模塊和位置信息反饋模塊；

14、所述鏡頭固定模塊用于固定ccd鏡頭，控制鏡頭在對(duì)準(zhǔn)過程中固定；

15、所述位置信息反饋模塊用于檢測(cè)鏡頭位置，并將位置信息反饋給控制系統(tǒng)。

16、優(yōu)選的，所述圖像采集顯示模塊包括鏡頭采集模塊、成像反饋模塊和圖像顯示模塊；

17、所述鏡頭采集模塊用于實(shí)時(shí)采集鏡頭成像信息并對(duì)成像信息進(jìn)行存儲(chǔ)；

18、所述成像反饋模塊用于獲取成像信息并向上位機(jī)建立信息交互通道，反饋成像信息；

19、所述圖像顯示模塊用于接收鏡頭成像信息并對(duì)其進(jìn)行處理，顯示采集到的成像結(jié)果，觀察調(diào)整效果。

20、優(yōu)選的，所述光學(xué)檢測(cè)分析模塊包括光斑位置檢測(cè)模塊、光斑強(qiáng)度檢測(cè)模塊、成像結(jié)果分析模塊、自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)算法分析模塊和實(shí)時(shí)反饋模塊；

21、所述光斑位置檢測(cè)模塊通過光學(xué)傳感器或圖像采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)光纖輸出端的光斑位置，以確定其與鏡頭的對(duì)準(zhǔn)情況；并將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元。該數(shù)據(jù)處理單元采用專門設(shè)計(jì)的算法和模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與處理。

22、所述光斑強(qiáng)度檢測(cè)模塊檢測(cè)光斑的強(qiáng)度，以評(píng)估光纖輸出端的輸出功率和穩(wěn)定性，判斷光纖輸出端的光學(xué)性能；

23、所述成像結(jié)果分析模塊通過鏡頭采集模塊，對(duì)鏡頭成像結(jié)果進(jìn)行分析，包括光斑的清晰度、位置偏差、畸變等情況，以評(píng)估傳像束與鏡頭的對(duì)準(zhǔn)情況；

24、所述自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)算法分析模塊基于光學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)算法進(jìn)行分析和處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖輸出端與鏡頭的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)調(diào)整；

25、所述實(shí)時(shí)反饋模塊用于將光學(xué)檢測(cè)分析結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)過程。

26、優(yōu)選的，所述自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)算法分析模塊中自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)算法為互相關(guān)算法，具體流程為：通過計(jì)算光斑圖像與目標(biāo)圖像之間的互相關(guān)，來確定最佳的鏡頭位置，使得光斑圖像與目標(biāo)圖像最為匹配，并通過提取光斑圖像的特征點(diǎn)，與目標(biāo)圖像進(jìn)行匹配，從而確定最佳的鏡頭位置，通過訓(xùn)練模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)的智能分析和鏡頭位置調(diào)整。其可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)際使用情況進(jìn)行分析，對(duì)調(diào)節(jié)算法進(jìn)行不斷優(yōu)化。基于模型預(yù)測(cè)、反饋調(diào)整和誤差糾正等手段，算法能夠逐漸提高對(duì)準(zhǔn)精度和調(diào)節(jié)效率。

27、優(yōu)選的，所述自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)控制模塊包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊、控制接口模塊和控制算法模塊；

28、所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊用于接收控制信息，控制鏡頭在x、y、z軸方向上的微小移動(dòng)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏡頭位置，進(jìn)行鏡頭的精確定位；

29、所述控制接口模塊用于與光學(xué)檢測(cè)分析模塊和其他系統(tǒng)模塊進(jìn)行通信，接收光學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)，并將調(diào)整指令傳遞給驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

30、所述控制算法模塊用于根據(jù)光學(xué)檢測(cè)分析模塊提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算出鏡頭的調(diào)整量，并將調(diào)整指令傳遞給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鏡頭的自動(dòng)調(diào)整，控制鏡頭與光纖傳像束的水平居中。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏡頭和光纖傳像束的位置、溫度、振動(dòng)等參數(shù)，算法能夠針對(duì)不同工作條件自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，保證穩(wěn)定的性能表現(xiàn)。

31、優(yōu)選的，所述控制接口模塊中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏡頭位置通過位置反饋傳感器位置信息反饋給控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

32、一種傳像束與鏡頭耦合對(duì)準(zhǔn)方法，包括步驟：

33、通過對(duì)光纖輸出端和ccd鏡頭進(jìn)行定位，實(shí)時(shí)采集鏡頭成像結(jié)果數(shù)據(jù)；

34、向上位機(jī)建立信息交互通道反饋成像信息，通過光斑位置檢測(cè)和光斑強(qiáng)度檢測(cè)，確定光纖輸出端與鏡頭的對(duì)準(zhǔn)情況以及光纖輸出端的光學(xué)性能；

35、對(duì)鏡頭成像結(jié)果進(jìn)行分析，基于光學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)算法進(jìn)行分析和處理；

36、將光學(xué)檢測(cè)分析結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)過程，使得光斑圖像與目標(biāo)圖像最為匹配，從而確定最佳的鏡頭位置。

37、優(yōu)選的，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)算法為互相關(guān)算法，通過計(jì)算光斑圖像與目標(biāo)圖像之間的互相關(guān)，來確定最佳的鏡頭位置，使得光斑圖像與目標(biāo)圖像最為匹配。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

39、本發(fā)明中，通過實(shí)時(shí)采集鏡頭成像結(jié)果數(shù)據(jù)，向上位機(jī)建立信息交互通道反饋成像信息，通過光斑位置檢測(cè)和光斑強(qiáng)度檢測(cè)，確定光纖輸出端與鏡頭的對(duì)準(zhǔn)情況以及光纖輸出端的光學(xué)性能，基于光學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算光斑圖像與目標(biāo)圖像之間的互相關(guān)性，確定最佳的鏡頭位置，通過與光學(xué)檢測(cè)分析模塊和其他系統(tǒng)模塊進(jìn)行通信，接收光學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)，并將調(diào)整指令傳遞給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制鏡頭與光纖傳像束的水平居中，實(shí)現(xiàn)光纖傳像束與鏡頭的快速耦合自動(dòng)調(diào)節(jié)，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)際使用情況進(jìn)行分析，對(duì)調(diào)節(jié)算法進(jìn)行不斷優(yōu)化?；谀Ｐ皖A(yù)測(cè)、反饋調(diào)整和誤差糾正等手段，算法能夠逐漸提高對(duì)準(zhǔn)精度和調(diào)節(jié)效率，且便于快速準(zhǔn)確了解光纖傳像束與鏡頭的耦合情況。