一种卫星望远镜镜片表面疵病轮廓检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种卫星望远镜镜片表面疵病轮廓检测系统及方法。通过第一滑动组件以及垂直校准仪确定直射光源位置，调节标尺滑轨的高度，使被测卫星望远镜镜片能完整被照射，便携式手持相机呈一定角度拍摄被测卫星望远镜镜片，通过数据线将拍摄的图像(光学疵病图像)传输给计算机，将轮廓提取出来，没有尺寸约束，且系统组装简单，便于携带，大大地节约了设备成本。对传统的聚类函数添加权重项来对该函数进行优化，再进行了像素点分类处理；采用边缘检测算法提取出大致疵病轮廓即边缘轮廓优化，再用离散切比雪夫多项式拟合亚像素点来对轮廓进一步的细化，提高拟合精度，这样提高了疵病检测的精度，以便后续对卫星望远镜镜片的疵病进行量化分析。病进行量化分析。病进行量化分析。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星望远镜镜片表面疵病轮廓检测系统及方法


[0001]本专利技术属于表面疵病检测
，更为具体地讲，涉及一种卫星望远镜镜片表面疵病轮廓检测系统及方法。

技术介绍

[0002]超精密光学元件是很多高精尖仪器及设备系统的重要组成部分。在航空航天领域中，大量光学元件运用于卫星，最为显著的就是卫星望远镜，且直径通常为米量级。对于卫星而言，其主要功能就是对地面进行拍摄、侦察、监测，因此对卫星使用的太空望远镜要求其成像灵敏度高、精度高、分辨能力强。卫星望远镜在大气环境中，气体不会对拍摄过程造成影响。但在太空中，由于其温度很低，星云里的气体(如氢气、甲烷)会固化成颗粒物，附着在镜片上，形成表面疵病。为了防止气体固化颗粒物附着在镜片上，通常会在镜片附近添加吸附装置。同样的，在加工或者模拟实验中，出现的外界物体的擦挂，外界环境的冲击造成的划痕，以及后续操作处理不当，都会使其表面不可避免的留下麻点、裂口、划痕、气泡以及破边等不同种类的表面疵病。对于卫星望远镜镜片来说，表面划痕等表面疵病的存在会对入射到表面的光束造成散射，同时表面疵病的尺寸较小，使得衍射现象也较为严重导致元件表面受到损伤，影响到元件使用的效率甚至导致元件的报废。因此卫星在发射之前通常会在地面上进行太空环境模拟实验，以保证卫星望远镜的拍摄功能在太空中正常运行。
[0003]为了验证吸附装置的功效或检测镜片制作过程中有没有造成损失，需要对其进行疵病检测。对于传统检测表面疵病的精密系统而言，其检测精度虽高，但设备组装复杂、成本高，且各部件之间的位置关系和运动情况等有严格的要求，如果特定姿态发生改变，则该方向性指示也相应地随之改变，因此要求操作人员有一定的光学领域知识基础。精密系统最大的弊端在于检测光学元件的尺寸有限制，被测物通常在厘米或者分米量级，无法对大尺寸光学器件进行原位非接触疵病检测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种卫星望远镜镜片表面疵病轮廓检测系统及方法，以实现大尺寸卫星望远镜镜片的原位非接触疵病检测，同时，提高检测精度，降低检测系统结构复杂度以及成本，使其便于携带。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术卫星望远镜镜片表面疵病轮廓检测系统，其特征在于，包括：
[0006]标尺滑轨；
[0007]第一滑动组件以及垂直校准仪，垂直校准仪通过第一滑动组件连接到标尺滑轨上，第一滑动组件可以在标尺滑轨移动；
[0008]第二滑动组件以及直射光源，直射光源通过第二滑动组件连接到标尺滑轨上，第二滑动组件可以在标尺滑轨移动；
[0009]便携式手持相机以及计算机；
[0010]打开垂直校准仪，移动第一滑动组件，使垂直校准仪发射的激光点照射于水平放置的被测卫星望远镜镜片的中心；
[0011]移动第二滑动组件，将直射光源移动到垂直校准仪的位置，使所述直射光源的中心与被测卫星望远镜镜片的中心在同一轴线上；
[0012]调节标尺滑轨的高度，使得被测卫星望远镜镜片能够完整地被直射光源照射；
[0013]便携式手持相机在直射光源的下方处，高于被测卫星望远镜镜片，呈一定角度拍摄被测卫星望远镜镜片，保证其拍摄面积能够覆盖整个被测卫星望远镜镜片；便携式手持相机通过数据线将拍摄的图像(光学疵病图像)传输给计算机；
[0014]计算机接收传输来的图像，运用图像处理，将卫星望远镜镜片表面疵病的轮廓提取出来，显现其具体的轮廓特征信息。
[0015]本专利技术卫星望远镜镜片表面疵病轮廓检测方法，其特征在于，包括：
[0016](1)、拍摄被测卫星望远镜镜片，获得光学疵病图像；
[0017](2)、像素点分类
[0018]2.1)、设置迭代阈值ε、类数G、调整参数m，初始化迭代次数k＝0；
[0019]2.2)、构建优化的聚类目标函数J
FCM
：
[0020][0021]其中，W
xy，i
为权重，W
xy，i
＝(M
xy，i
×
G
xy，i
)/Z
xy
，M
xy，i
为隶属度系数，G
xy，i
为光照强度系数，Z
xy
为归一化常数，其值为：
[0022][0023]M
xy，i
＝exp(
‑
(u
(x
‑
1，y)，i
×
u
(x+1，y)，i
+u
(x，y
‑
1)，i
×
u
(x，y+1)，i
))，u
(x
‑
1，y)，i
、u
(x+1，y)，i
、u
(x，y1)，i
u
(x，y+1)，i
分别为像素点(x
‑
1，y)、(x+1，y)、(x，y
‑
1)、(x，y+1)的像素值属于类别i的隶属度；
[0024]G
xy，i
＝1
‑
exp(
‑
I
xy
×
g
i
)
1/i
，N
xy
为像素点(x，y)的邻域像素点集合，p
r
为邻域像素点集合中第r个像素点的像素值，I
xy
被用来衡量像素点邻域的像素值，如果像素点领域有高的像素值，那么p
r
就会变高，同时I
xy
就会变小，而I
xy
也会使得G
xy，i
变小；a
i
为第i类像素点中的平均像素值；
[0025]其中，u
xy，i
为像素点(x，y)的像素值p
xy
属于第i类的隶属度，x，y分别为像素点的水平和垂直坐标；H为光学疵病图像的高度，L为光学疵病图像的宽度；c
i
为第i类像素点像素值的聚类中心；
[0026]2.3)、在的约束条件下，利用值在0，1区间内的随机数初始化一个隶属度u
xy，i
，计算聚类中心c
i
：
[0027][0028]2.4)、依据步骤2.2)公式(1)计算聚类目标函数J
FCM
，并表示为J
FCM
(0)，k＝k+1；
[0029]2.5)、计算隶属度u
xy，i
：
[0030][0031]2.6)、按照步骤2.3)的公式(2)计算计算聚类中心c
i
；
[0032]2.7)、依据步骤2.2)公式(1)计算聚类目标函数J
FCM
，并表示为J
FCM
(k)，判断聚类是否终止：
[0033]如果计算所得聚类目标函数J
FCM
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星望远镜镜片表面疵病轮廓检测系统，其特征在于，包括：标尺滑轨；第一滑动组件以及垂直校准仪，垂直校准仪通过第一滑动组件连接到标尺滑轨上，第一滑动组件可以在标尺滑轨移动；第二滑动组件以及直射光源，直射光源通过第二滑动组件连接到标尺滑轨上，第二滑动组件可以在标尺滑轨移动；便携式手持相机以及计算机；打开垂直校准仪，移动第一滑动组件，使垂直校准仪发射的激光点照射于水平放置的被测卫星望远镜镜片的中心；移动第二滑动组件，将直射光源移动到垂直校准仪的位置，使所述直射光源的中心与被测卫星望远镜镜片的中心在同一轴线上；调节标尺滑轨的高度，使得被测卫星望远镜镜片能够完整地被直射光源照射；便携式手持相机在直射光源的下方处，高于被测卫星望远镜镜片，呈一定角度拍摄被测卫星望远镜镜片，保证其拍摄面积能够覆盖整个被测卫星望远镜镜片；便携式手持相机通过数据线将拍摄的图像(光学疵病图像)传输给计算机；计算机接收传输来的图像，运用图像处理，将卫星望远镜镜片表面疵病的轮廓提取出来，显现其具体的轮廓特征信息。2.一种卫星望远镜镜片表面疵病轮廓检测方法，其特征在于，包括：(1)、拍摄被测卫星望远镜镜片，获得光学疵病图像；(2)、像素点分类2.1)、设置迭代阈值ε、类数G、调整参数m，初始化迭代次数k＝0；2.2)、构建优化的聚类目标函数J
FCM
：其中，W
xy,i
为权重，W
xy,i
＝(M
xy,i
×
G
xy,i
)/Z
xy
，M
xy,i
为隶属度系数，G
xy,i
为光照强度系数，Z
xy
为归一化常数，其值为：M
xy,i
＝exp(
‑
(u
(x
‑
1,y),i
×
u
(x+1,y),i
+u
(x,y
‑
1),i
×
u
(x,y+1),i
))，u
(x
‑
1,y),i
、u
(x+1,y),i
、u
(x,y
‑
1),i
u
(x,y+1),i
分别为像素点(x
‑
1,y)、(x+1,y)、(x,y
‑
1)、(x,y+1)的像素值属于类别i的隶属度；N
xy
为像素点(x,y)的邻域像素点集合，p
r
为邻域像素点集合中第r个像素点的像素值，I
xy
被用来衡量像素点邻域的像素值，如果像素点领域有高的像素值，那么p
r
就会变高，同时I
xy
就会变小，而I
xy
也会使得G
xy,i
变小；a
i
为第i类像素点中的平均像素值；其中，u
xy,i
为像素点(x,y)的像素值p
xy
属于第i类的隶属度，x,y分别为像素点的水平和垂直坐标；H为光学疵病图像的高度，L为光学疵病图像的宽度；c
i
为第i类像素点像素值的
聚类中心；2.3)、在的约束条件下，利用值在0,1区间内的随机数初始化一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷春，陈薇，程玉华，冯怡婷，张博，陈凯，张阔，苟轩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：