章亚男，肖　海，沈林勇

(上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200072)



用于光纤光栅曲线重建算法的坐标点拟合

章亚男*，肖海，沈林勇

(上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200072)

以光纤布拉格光栅(FBG) 曲线传感器在结肠中的形状检测为背景，提出了一种基于Frenet标架的坐标点拟合算法来提高光纤光栅曲线重建算法的精度。首先，将相互之间呈90°的四根光纤光栅贴在一根形状记忆合金(SMA Styrene Maleic Anhydride)基材周围，形成一根直径为3 mm，长度为900 mm的光纤光栅曲线传感器。接着，将该曲线传感器分别放置在毫米方格纸以及圆柱体上进行二维和三维曲线的重建。通过曲线重建软件读出每个数据采集点的重建坐标值，并与通过方格纸读出的标准坐标值对比得出重建误差， 从而得出两种坐标点拟合方法的优劣。结果表明：使用基于Frenet标架的坐标点拟合算法可有效提高重建精度。对提出的算法与常用的曲线重建算法进行了比较， 结果显示：在接近光纤光栅应变极限的情况下，使用基于Frenet标架的坐标点拟合算法在单方向上能够比原算法平均减小约3.5%～5.5%的误差，为进一步提高光纤光栅形状传感系统的精度奠定了基础。

光纤光栅；曲线重建算法；坐标点拟合；Frenet标架；形状检测

1　引　言

近年来，随着智能传感技术、生物医学工程、计算机图形学等学科的发展，传统医疗器械的功能不断增强。在无创及微创医疗领域，大多数场合都需要用到内窥镜作为手术检查工具，如结肠检查。不过，由于工作环境的复杂性以及形状不可视等特点，传统内窥镜在介入过程中容易发生刮擦、穿刺组织等危及病人生命的情况。……