Fiber optic shape sensors have enabled unique advances in various navigation tasks, from medical tool tracking to industrial applications. Eccentric fiber Bragg gratings (FBG) are cheap and easy-to-fabricate shape sensors that are often interrogated with simple setups. However, using low-cost interrogation systems for such intensity-based quasi-distributed sensors introduces further complications to the sensor's signal. Therefore, eccentric FBGs have not been able to accurately estimate complex multi-bend shapes. Here, we present a novel technique to overcome these limitations and provide accurate and precise shape estimation in eccentric FBG sensors. We investigate the most important bending-induced effects in curved optical fibers that are usually eliminated in intensity-based fiber sensors. These effects contain shape deformation information with a higher spatial resolution that we are now able to extract using deep learning techniques. We design a deep learning model based on a convolutional neural network that is trained to predict shapes given the sensor's spectra. We also provide a visual explanation, highlighting wavelength elements whose intensities are more relevant in making shape predictions. These findings imply that deep learning techniques benefit from the bending-induced effects that impact the desired signal in a complex manner. This is the first step toward cheap yet accurate fiber shape sensing solutions.


翻译:光纤形状传感器使从医疗工具跟踪到工业应用等各种导航任务取得了独特的进展。 以心为主的布拉格纤维仪(FBG)是廉价的、容易制造的形状传感器,经常用简单的设置进行询问。 但是,对这种密集的准分布式传感器使用低成本的盘问系统,会给传感器信号带来更多的并发症。 因此, 以心为主的FBG无法准确估计复杂的多胎形。 在这里, 我们提出了一个克服这些限制的新技术, 并在以心为主的FBG传感器中提供准确和精确的形状估计。 我们调查了通常在以强度为基础的纤维传感器中消除的曲线光纤纤维中最重要的弯曲效应。 这些效应含有形状变形信息,具有更高的空间分辨率,我们现在能够利用深层的学习技术来提取。 我们设计了一个深层的学习模型, 以革命神经网络为基础, 训练它来预测传感器光谱中的形状。 我们还提供了视觉解释, 突出波长元素的强度, 其强度在精确度预测形状预测效果方面更为贴切切的路径。 这些结果意味着, 深度的深度学习方法将带来更深深深深层的感测测测测测。

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