终端光学元件损伤在线检测中孪生像尺寸的定量检测方法技术

本发明专利技术是终端光学元件损伤在线检测中孪生像尺寸的定量检测方法，它属于光学元件检测技术领域。本发明专利技术为了解决晶体双折射效应引起的重影干扰以及光学元件损伤尺寸的定量检测问题。具体步骤包括：通过结合晶体双折射效应与几何光学成像公式计算出光学元件上损伤点在成像系统中的o光像与e光像的坐标位置；对每对孪生像进行重影剔除；利用孤立点与合并后的孪生像的灰度积分与物理尺寸对应关系拟合定标曲线和定标方程；利用定标关系曲线和定标方程对FODI在线图像中未测的孤立点和孪生像进行尺寸的定量检测。本发明专利技术适用于光学元件检测技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学元件检测
，具体涉及终端光学元件损伤在线检测中孪生 像尺寸的定量检测方法。
技术介绍
大型固体激光装置规模宏大，光学元件数量众多，输出能量和功率高，是惯性约束 聚变研究的主力装置。在高功率条件下，光学元件损伤成为了人们必须解决的棘手问题。惯 性约束聚变大型固体激光装置的终端光学组件集成了大口径的晶体光学元件，在高能量激 光的辐照下极易产生损伤，为了确保及时发现与跟踪损伤的增长过程，终端光学元件损伤 在线检测系统（FinalOpticsDamageonline-inspection,F0DI)在每次打革E实验后，对终 端光学元件采集图像，使用数据处理模块对图像中的损伤进行识别与分类，标记出所有可 能的损伤。然而，由于终端光路中存在晶体光学元件，加上双折射效应，导致被检元件上单 个损伤点形成了两个像，即孪生像。每一对孪生像都是由损伤点的O光像与e光像组成，只 是由于光学元件表面不同位置的损伤点形成的孪生像中的〇光像与e光像能量分布不同， 导致部分孪生像"退化"为孤立点，因此实际采集到的图像中，孤立点与孪生像是同时存在 的，孪生像的存在不可避免地对损伤点尺寸的测量造成干扰。
技术实现思路
本专利技术为了解决FODI成像系统在线检测图像中的孤立点和孪生像同时存在的情 况下光学元件损伤尺寸的定量检测问题，进而提供了一种准确测量光学元件损伤点尺寸的 方法即。 具体包括： 步骤一、在终端光学元件在线检测系统FODI上通过晶体双折射效应得到光学元 件上MXN个（M和N达到损伤点作为收集样本的数量）损伤点在成像系统中的〇光像与e 光像的坐标位置，分析并找出MXN对孪生像坐标所满足的位置关系与能量关系； 步骤二、根据〇光像与e光像的坐标位置关系，把e光像作为重影像，e光像的灰 度积分值合并到〇光像上，保留合并能量后的〇光像作为损伤点的唯一像，剔除e光像； 步骤三、对终端光学元件在线检测系统FODI在线检测的损伤点进行辐射定标，找 出孤立点与剔除重影后的孪生像作为样本点，得到它们的灰度积分值，把终端光学元件在 线检测系统FODI在线成像对应的光学元件放在离线测量平台下测出样本点对应的实际物 理尺寸，利用样本点的灰度积分与物理尺寸对应关系拟合出定标曲线与定标方程； 步骤四、利用定标曲线和定标方程即可对FODI成像系统在线检测图像中未测的 孤立点和孪生像进行尺寸的定量检测。 专利技术效果 本专利技术通过晶体双折射所致孪生像的能量关系，提出一种准确测量损伤点尺寸的 方法。利用晶体双折射效应计算出孪生像的位置与能量关系；根据孪生像的性质把e光像 的能量合并到0光像上，利用合并像能量对应的灰度积分来计算损伤点的物理尺寸，利用 定标关系曲线和定标方程对FODI成像系统在线检测图像中未测孤立点和孪生像进行尺寸 的定量检测，本专利技术能够对孪生像对应损伤点尺寸进行精确的定量检测。【附图说明】 图1是本专利技术的晶体双折射产生的孪生像示意图，其中：I是被检光学元件，II是 晶体，III是透镜，IV是CCD传感器感光面上，光波矢量4满足条件：ki入射到晶体入光面点 A处，在晶体内的〇光线穿出晶体后，出射的〇光线经过成像系统的等效透镜光心P，照射到 CCD传感器感光面上化点，与其他方向汇聚来的〇光线形成〇光像Q1;光波矢量k2满足条 件：k2入射到晶体入光面点A处，在晶体内的e光线穿出晶体后，出射的e光线经过成像系 统的等效透镜光心P，照射到C⑶传感器感光面上仏点，与其他方向汇聚来的e光线形成e 光像Q2; 图2是本专利技术CXD传感器感光面上光电特性曲线图； 图3是本专利技术损伤点与孪生像对应关系图；图3a是每一个损伤点在CCD传感器感 光面上形成两个孪生像，其中V是终端光学元件，VI是CXD传感器，图3b是〇光像集合Q。、 e光像集合Qe与对应的损伤点集合Q，f。是损伤点到0光像的映射，匕是损伤点到e光像的 映射，其中，Vn损伤点元件Q，VID是0-光像元件Q。，IX是E-光像元件QE，f。1是损伤点到0光 像的逆映射，t1是损伤点到e光像的逆映射； 图4是终端光学元件损伤在线检测系统FODI装置及其元件示意图，其中i是终端 光学组件，ii是侧照明系统，iii是控制及数据处理系统，iv是光学元件数据库，vi是终端光 学元件损伤在线检测系统FODI装置； 图5是本专利技术剔除重影后的定标曲线图，其中横坐标表示损伤点的等价圆直径， 纵坐标表示FODI成像系统在线检测图像中的孤立点或合并像的灰度积分。【具体实施方式】 通过晶体双折射所致孪生像的位置关系与能量关系，进行孪生像的辐射定标处 理，进行终端光学元件损伤在线检测中孪生像尺寸的定量检测。【具体实施方式】 一：本实施方式的终端光学元件损伤在线检测中孪生像尺寸的定量 检测方法包括以下步骤： 步骤一、在终端光学元件在线检测系统通过晶体双折射效应得到光学元件上MXN 个（M和N达到损伤点作为收集样本的数量）损伤点在成像系统中的〇光像与e光像的坐 标位置，分析并找出MXN对孪生像坐标所满足的位置关系与能量关系； 步骤二、根据〇光像与e光像的坐标位置关系，把e光像作为重影像，e光像的灰 度积分值合并到〇光像上，保留合并能量后的〇光像作为损伤点的唯一像，剔除e光像； 步骤三、对FODI成像系统如图4在线检测图像中的损伤点进行辐射定标，找出孤 立点与剔除重影后的孪生像作为样本点，计算出它们的灰度积分值，然后把FODI成像系统 在线检测图像对应的光学元件放在离线测量平台（显微镜）下测出这些样本点对应的实 际物理尺寸，利用样本点的灰度积分与物理尺寸对应关系拟合出定标曲线与定标方程如图 5 ； 步骤四、利用定标曲线和定标方程如图5即可对FODI成像系统在线检测图像中未 测的孤立点和孪生像进行尺寸的定量检测。 本实施方式有益效果： 本实施方式通过研究孪生像的位置与能量关系，提出一种准确测量损伤点尺寸的 方法。根据孪生像的性质把e光线的能量合并到〇光线上，利用FODI成像系统在线检测图 像样本点中的合并像与孤立点对应的灰度积分与测量的物理尺寸拟合定标曲线与定标方 程，利用定标关系曲线和定标方程对FODI成像系统在线检测图像中未测孤立点和孪生像 进行尺寸的定量检测，本专利技术能够对孪生像以及孤立点对应损伤点尺寸进行精确的定量检 测 。【具体实施方式】 二：本实施方式与一不同，其特征在于步骤一所述的 在终端光学元件在线检测系统FODI上通过终端光学元件晶体双折射效应与几何光学成像 公式得到光学元件上MXN个损伤点在成像系统中的〇光像与e光像的坐标位置： 根据终端光学元件晶体双折射效应找出〇光线的位置Q1 (Xl，yi): 0i是入射光的入射角，Li是被检测光学元件的厚度，L2是晶体厚度，D^被检测 光学元件与晶体之间的距离，D2是晶体与透镜之间的距离；n:是真空折射率，D3是透镜与C ⑶之间的距离；11。是〇光主轴折射率，X，y是损伤点在光学元件上的坐标，X又1是〇光像在 C⑶上的坐标；03是透镜与C⑶之间距离；0lni是f( 0J= 0 ; 根据终端光学元件晶体双折射效应找出e光线的位置Q2 (x2,y2): ai是入射光与被检测光学元件坐标系X轴夹角；P:是入射光与被检测光学元件 坐标系Y轴的夹角&本文档来自技高网...

【技术保护点】
终端光学元件损伤在线检测中孪生像尺寸的定量检测方法，其特征在于基于孪生像尺寸的定量检测方法包括以下步骤：步骤一、在终端光学元件在线检测系统FODI上通过终端光学元件晶体双折射效应得到光学元件上M×N个损伤点在成像系统中的o光像与e光像的坐标位置，分析并找出M×N对孪生像坐标所满足的位置关系与能量关系；步骤二、根据o光像与e光像的坐标位置关系，把e光像作为重影像，e光像的灰度积分值合并到o光像上，保留合并能量后的o光像作为损伤点的唯一像，剔除e光像；步骤三、对终端光学元件在线检测系统FODI在线检测的损伤点进行辐射定标，找出孤立点与剔除重影后的孪生像作为样本点，得到它们的灰度积分值，把终端光学元件在线检测系统FODI在线成像对应的光学元件放在离线测量平台下测出样本点对应的实际物理尺寸，利用样本点的灰度积分与物理尺寸对应关系拟合出定标曲线与定标方程；步骤四、利用定标曲线和定标方程对终端光学元件在线检测系统FODI在线成像中未测的孤立点和孪生像进行尺寸的定量检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国栋，魏富鹏，陈凤东，刘炳国，彭志涛，唐军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23