基于“前照法”的LAMOST光纤位置检测的研究
发布时间：2021-07-09 11:32
LAMOST的整个系统对光纤定位单元的定位精度要求较高,部分单元很难一次性达到准确的定位精度,需要通过高精度测量系统快速检测出光纤当前位置距离目标位置的差距,经过闭环系统的控制,让光纤单元进行多轮定位达到系统对光纤定位单元定位精度的要求。此外由于可能产生的电机故障等因素,为此都需要对光纤位置进行检测,用以找出走位故障的光纤单元,并进行更换,确保LAMOST的稳定持续运行。本文主要研究基于“前照法”的光纤位置检测算法,随着拍摄相机分辨率和精度的不断提升,采用前端照明的方式,拍摄光纤焦面图片,利用“前照算法”提取图片中光纤单元的像素坐标。设计的“前照算法”流程主要分为三部分,第一部分主要通过对图像的预处理读取CMOS相机拍摄图片,利用中值滤波和顶帽与底帽变换,消除干扰噪点与光照不均匀,并通过二值化处理和边缘检测得到拍摄图片的边缘二值图;第二部分利用基于半径的霍夫算法搜索待检测光纤光斑,剔除无用的干扰轮廓,进行光纤单元轮廓的粗提取;第三部分将提取的光纤光斑轮廓,利用最小二乘法精确拟合光纤的像素坐标,提高光纤位置检测的精度。根据本文中所设计基于“前照法”光纤位置检测算法的流程进行理论研究分析,...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＬＡＭＯＳＴ远景??１??
?第１章绪论???１．１?ＬＡＭＯＳＴ的项目简介??ＬＡＭＯＳＴ是一种中星仪式反射施密特望远镜，它由北端的反射施密特修正??板＼＾、在南侧的球面主镜ＭＢ和中心处的焦面合成Ｗ。球面主镜和焦面都是固定??在地基上维持静止不动，反射施密特修正版作为定天镜跟踪着天体的运动，郭??守敬望远镜在天体经过中天前后时间内，进行主要的观测活动。来自宇宙中遥??远天体的光经过施密特修正板＾＾反射到南端的球面主镜１＾８，再经过球面主镜??ＭＢ反射后成像在固定的焦面板上，焦面上分布了?４０００个光纤单元，这些光通??过光纤焦面上运动到指定位置的光纤单元上的光纤传输到光谱仪上的狭缝中，??形成大量珍贵的天体光谱。在实际的观测站，在光谱仪房内有１６台光谱仪，位??于观测台的二层位置。传输的过程经过光谱仪后的ＣＣＤ探测器进行获取，给天??文学家提供所需要进行研宄的光谱数据。具体的ＬＡＭＯＳＴ组成由图１．２所示。??Ｉ?１?■＿??图１．２?ＬＡＭＯＳＴ内部的结构示意图??１．２光纤定位算法的研究发展现状??ＬＡＭＯＳＴ整体主要可以分成７个子系统，它们分别是光学系统、控制系??统、机械结构系统、光纤系统、计算机集成系统和观察室研宄系统、光谱仪与??ＣＣＤ系统共７个系统组成［２］。其中ＬＡＭＯＳＴ定位研宄是光纤系统中的主要研??究内容，具有极其重要的意义。在ＬＡＭＯＳＴ的实际观测过程中球面主镜１＾８反??射后的光照射在光纤焦面上，光纤焦面上的４０００个光纤单元需要通过走位到达??指定的接收位置，让光纤传输反射后星体的光，从而完成观测的巡天测试。它??２??
位方案是现阶段切实有效的解决方案「Ｉ它的定位速度快，精度高，它能够??补偿大气温度和大气的较差折射等引起的误差，得到了?ＬＡＭＯＳＴ工程部和专家??组的一致认可，实现了?４０００根光纤的快速定位和４０００个天体的同时观测。近??年来，国际上的欧美日本等国家的大型天文望远镜，也开始研制几千根光纤单??元的定位系统，例如欧洲南方天文台于２０１７年在智利开始建造的“欧洲极大望??远镜”、日本京都大学和国立天文台在冈山县建造的“东亚最大天文望远镜”晴??明，在设计上也引用了类似的解决方案。如图１．３所示，该光纤定位系统主要??由焦面板、光纤定位单元、光谱仪、图像采集系统、ＣＣＤ视觉伺服测量系统等??组成。??视觉伺服测量??／?＼?多组《?ＣＣ０触??＾?麵散热??ｒ??扁ｆ彌】織??＿＿??图１．３光纤定位系统??其中对于光纤定位算法的研宄与分析，是国内外大型天文望远镜的主要研??宄重点，目前常用的光纤定位算法主要通过基于“背照法”的光纤定位检测算??法。在暗中，利用ＣＣＤ相机对准光纤焦面，点亮光谱仪使光纤发光，在相机拍??摄的相片中形成光斑，利用“光重心”算法，提取光纤的像素坐标，“背照法”??的计算稳定性和精度较高，顾永刚１８１等人对于“光重心”法的研究有着详细的??介绍。基于“背照法”的光纤位置定位算法，精度较高，计算速度快，可以轻??易排除干扰光斑的影响。随着ＬＡＭＯＳＴ闭环控制系统的设计与研宄，基于“前照??法”的光纤位置检测算法的研究显得愈发重要。基于‘‘前照法”的光纤定位算??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器视觉的精密零件同心度测量系统设计[J]. 朱革,潘帅嘉,余小雨,蒲治伟,陈凡. 传感器与微系统. 2020(04)
[2]基于高频中值滤波的小波滤波在脑动脉色素浓度谱特征信号提取中的应用[J]. 朱翔宇,姜馨儿,田兆红,修采,查雨彤. 生物医学工程研究. 2020(01)
[3]形态学图像处理下的矿石粒度的检测[J]. 张建立,叶平坤,孙深深. 机械设计与制造. 2020(03)
[4]基于前照法对LAMOST光纤位置检测的研究[J]. 郭友志,刘志刚. 工业控制计算机. 2017(08)
[5]多尺度光斑中心的快速检测[J]. 孙慧涛,李木国. 光学精密工程. 2017(05)
[6]基于邻域贡献权值细化的圆心亚像素定位算法[J]. 游江,唐力伟,邓士杰,苏续军. 光学技术. 2017(02)
[7]天文数据检索与发布综述[J]. 张海龙,冶鑫晨,李慧娟,王杰,王万琼,托乎提努尔,聂俊,崔辰州,刘梁,谌俊毅,陈肖,薛岩松,何勃亮,李长华,赵青,肖健,樊东卫,曹子皇,李珊珊,米琳莹,杨哲睿. 天文研究与技术. 2017(02)
[8]LAMOST光纤单元位置匹配问题研究[J]. 吴俊丰,刘志刚,刘力力,刘永梅,严红红. 光学技术. 2014(06)
[9]以前照方式进行LAMOST光纤位置检测的光点提取研究[J]. 刘志刚,吴俊丰,刘力力,刘永梅,严红红. 机械研究与应用. 2014(03)
[10]基于多尺度轮廓结构元素的多形状边缘检测[J]. 熊立志,陈立潮,潘理虎,闫慧敏,张晓艳. 计算机应用研究. 2012(09)
硕士论文
[1]基于深度视觉的棚架葡萄采摘机器人手眼系统设计与果梗近景识别研究[D]. 袁妍.江苏大学 2019
[2]基于机器学习的道路标志检测与识别技术[D]. 王淑丹.杭州电子科技大学 2016
[3]病历图像采集与处理系统的设计与实现[D]. 许龙.华中科技大学 2012
[4]LAMOST焦面定位系统摄像机标定技术研究[D]. 江晖.中国科学技术大学 2010
[5]小波在LAMOST光谱处理中的应用[D]. 张怀福.北京交通大学 2007
[6]电能表数字图像识别技术研究与实现[D]. 张晓颖.上海交通大学 2007
本文编号：3273665
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＬＡＭＯＳＴ远景??１??
?第１章绪论???１．１?ＬＡＭＯＳＴ的项目简介??ＬＡＭＯＳＴ是一种中星仪式反射施密特望远镜，它由北端的反射施密特修正??板＼＾、在南侧的球面主镜ＭＢ和中心处的焦面合成Ｗ。球面主镜和焦面都是固定??在地基上维持静止不动，反射施密特修正版作为定天镜跟踪着天体的运动，郭??守敬望远镜在天体经过中天前后时间内，进行主要的观测活动。来自宇宙中遥??远天体的光经过施密特修正板＾＾反射到南端的球面主镜１＾８，再经过球面主镜??ＭＢ反射后成像在固定的焦面板上，焦面上分布了?４０００个光纤单元，这些光通??过光纤焦面上运动到指定位置的光纤单元上的光纤传输到光谱仪上的狭缝中，??形成大量珍贵的天体光谱。在实际的观测站，在光谱仪房内有１６台光谱仪，位??于观测台的二层位置。传输的过程经过光谱仪后的ＣＣＤ探测器进行获取，给天??文学家提供所需要进行研宄的光谱数据。具体的ＬＡＭＯＳＴ组成由图１．２所示。??Ｉ?１?■＿??图１．２?ＬＡＭＯＳＴ内部的结构示意图??１．２光纤定位算法的研究发展现状??ＬＡＭＯＳＴ整体主要可以分成７个子系统，它们分别是光学系统、控制系??统、机械结构系统、光纤系统、计算机集成系统和观察室研宄系统、光谱仪与??ＣＣＤ系统共７个系统组成［２］。其中ＬＡＭＯＳＴ定位研宄是光纤系统中的主要研??究内容，具有极其重要的意义。在ＬＡＭＯＳＴ的实际观测过程中球面主镜１＾８反??射后的光照射在光纤焦面上，光纤焦面上的４０００个光纤单元需要通过走位到达??指定的接收位置，让光纤传输反射后星体的光，从而完成观测的巡天测试。它??２??
位方案是现阶段切实有效的解决方案「Ｉ它的定位速度快，精度高，它能够??补偿大气温度和大气的较差折射等引起的误差，得到了?ＬＡＭＯＳＴ工程部和专家??组的一致认可，实现了?４０００根光纤的快速定位和４０００个天体的同时观测。近??年来，国际上的欧美日本等国家的大型天文望远镜，也开始研制几千根光纤单??元的定位系统，例如欧洲南方天文台于２０１７年在智利开始建造的“欧洲极大望??远镜”、日本京都大学和国立天文台在冈山县建造的“东亚最大天文望远镜”晴??明，在设计上也引用了类似的解决方案。如图１．３所示，该光纤定位系统主要??由焦面板、光纤定位单元、光谱仪、图像采集系统、ＣＣＤ视觉伺服测量系统等??组成。??视觉伺服测量??／?＼?多组《?ＣＣ０触??＾?麵散热??ｒ??扁ｆ彌】織??＿＿??图１．３光纤定位系统??其中对于光纤定位算法的研宄与分析，是国内外大型天文望远镜的主要研??宄重点，目前常用的光纤定位算法主要通过基于“背照法”的光纤定位检测算??法。在暗中，利用ＣＣＤ相机对准光纤焦面，点亮光谱仪使光纤发光，在相机拍??摄的相片中形成光斑，利用“光重心”算法，提取光纤的像素坐标，“背照法”??的计算稳定性和精度较高，顾永刚１８１等人对于“光重心”法的研究有着详细的??介绍。基于“背照法”的光纤位置定位算法，精度较高，计算速度快，可以轻??易排除干扰光斑的影响。随着ＬＡＭＯＳＴ闭环控制系统的设计与研宄，基于“前照??法”的光纤位置检测算法的研究显得愈发重要。基于‘‘前照法”的光纤定位算??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器视觉的精密零件同心度测量系统设计[J]. 朱革,潘帅嘉,余小雨,蒲治伟,陈凡. 传感器与微系统. 2020(04)
[2]基于高频中值滤波的小波滤波在脑动脉色素浓度谱特征信号提取中的应用[J]. 朱翔宇,姜馨儿,田兆红,修采,查雨彤. 生物医学工程研究. 2020(01)
[3]形态学图像处理下的矿石粒度的检测[J]. 张建立,叶平坤,孙深深. 机械设计与制造. 2020(03)
[4]基于前照法对LAMOST光纤位置检测的研究[J]. 郭友志,刘志刚. 工业控制计算机. 2017(08)
[5]多尺度光斑中心的快速检测[J]. 孙慧涛,李木国. 光学精密工程. 2017(05)
[6]基于邻域贡献权值细化的圆心亚像素定位算法[J]. 游江,唐力伟,邓士杰,苏续军. 光学技术. 2017(02)
[7]天文数据检索与发布综述[J]. 张海龙,冶鑫晨,李慧娟,王杰,王万琼,托乎提努尔,聂俊,崔辰州,刘梁,谌俊毅,陈肖,薛岩松,何勃亮,李长华,赵青,肖健,樊东卫,曹子皇,李珊珊,米琳莹,杨哲睿. 天文研究与技术. 2017(02)
[8]LAMOST光纤单元位置匹配问题研究[J]. 吴俊丰,刘志刚,刘力力,刘永梅,严红红. 光学技术. 2014(06)
[9]以前照方式进行LAMOST光纤位置检测的光点提取研究[J]. 刘志刚,吴俊丰,刘力力,刘永梅,严红红. 机械研究与应用. 2014(03)
[10]基于多尺度轮廓结构元素的多形状边缘检测[J]. 熊立志,陈立潮,潘理虎,闫慧敏,张晓艳. 计算机应用研究. 2012(09)
硕士论文
[1]基于深度视觉的棚架葡萄采摘机器人手眼系统设计与果梗近景识别研究[D]. 袁妍.江苏大学 2019
[2]基于机器学习的道路标志检测与识别技术[D]. 王淑丹.杭州电子科技大学 2016
[3]病历图像采集与处理系统的设计与实现[D]. 许龙.华中科技大学 2012
[4]LAMOST焦面定位系统摄像机标定技术研究[D]. 江晖.中国科学技术大学 2010
[5]小波在LAMOST光谱处理中的应用[D]. 张怀福.北京交通大学 2007
[6]电能表数字图像识别技术研究与实现[D]. 张晓颖.上海交通大学 2007
本文编号：3273665
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