一种光学元件表面疵病二维自动检测方法技术

本发明专利技术公开了一种光学元件表面疵病二维自动检测方法，该方法包括以下步骤：1)使用显微成像头对光学元件表面缺陷进行扫描，完成高速图像采集和拼接处理；2)使用表面缺陷智能识别分析法和数据处理系统进行缺陷智能识别和量化分析，得到缺陷二维尺寸数据、位置信息；3)并结合缺陷检测国际ISO标准和国家GB标准对光学元件缺陷等级进行评定。本发明专利技术采用了显微成像原理、表面疵病智能识别和量化分析技术，实现了光学元件表面疵病数字化、自动化和标准化检测。检测。检测。

【技术实现步骤摘要】
一种光学元件表面疵病二维自动检测方法


[0001]本专利技术涉及光学元件缺陷检测领域，特别是涉及一种光学元件表面疵病的二维自动检测方法。

技术介绍

[0002]以高性能光学系统为核心的激光系统、微电子装备、航空航天等国家重大应用需求牵引先进光学制造技术持续发展，超精密光学制造为当前国内外前沿研究方向。超精密光学元件表面缺陷成为关键参数之一。
[0003]在光学元件制造、镀膜、装配、运输等各个环节中，都有可能会产生一些失误、碰撞，导致光学元件表面会出现一些损伤。表面缺陷作为评价光学元件加工质量的重要评价指标之一，随着微电子装备、航空航天等领域的发展，对光学元件表面缺陷数字化定量检测提出更高的技术要求，对于工艺优化改进和质量控制至关重要。然而，如何实现光学元件表面缺陷的快速检测一直是待解决的关键问题。
[0004]对于目前的检测方法来说，主要采用人工目视对比法和成像检测法结合相应的缺陷检测标准进行光学元件表面缺陷检测。其中，由于目视法的检测结果受限于人眼分辨能力和检测人员的主观判断，检测结果可靠性较低，因而对尺寸较小、对比度较差的缺陷难以给出准确的测量结果，而成像检测法可通过图像处理技术进行表面缺陷的量化评估。因此，显微成像检测法成为光学元件表面缺陷定量检测的主要手段。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术所存在的不足，提供一种光学元件表面疵病二维自动检测方法，其具体步骤包括：
[0006]步骤1：初始化光学元件表面缺陷检测装置，将待测光学元件放置于检测平台；
[0007]步骤2：使用检测装置的显微成像头对所述待测光学元件表面进行扫描和拼接处理，从而获取待测光学元件表面缺陷的二维灰度图像；
[0008]步骤3：对步骤2得到的二维灰度图像进行背景不均匀矫正处理；
[0009]步骤4：对步骤3得到的图像进行二值化处理；
[0010]步骤5：对所述二值化图像进行骨架提取；
[0011]步骤6：求骨架主路经：提取出单个骨架的所有端点，由于所有的分支端点基本位于划痕的两侧，划痕的主路径上的首尾端点之间的距离最长，依据这一特性找到主路径上的首尾端点；
[0012]步骤7：找到主路径上的端点后，若划痕连续，则直接进行划痕尺寸计算，若划痕间断则需要采用断点连接法将划痕断裂处连接起来，形成完整的划痕；
[0013]步骤8：对连接好的区域进行缺陷识别；
[0014]步骤9：结合缺陷检测标准对所述识别的缺陷等级进行评定。
[0015]由此，实现了一种光学元件表面疵病二维自动检测方法。
[0016]进一步的，在步骤2中，所述使用显微成像头对待测光学元件表面进行扫描拼接的过程中，使用基于特征的图像拼接方法扩展检测范围，以实现大口径的所述光学元件表面缺陷的扫描拼接成像。
[0017]进一步的，在步骤3中，所述矫正处理方法为：
[0018][0019](1)式中，f为显微成像头采集到的二维灰度图像；b为结构元素；m为背景矫正后的灰度图像。
[0020]进一步的，步骤4中，使用Otsu方法计算阈值k：
[0021][0022](2)式中，m为背景矫正后的灰度图像；g为二值化处理后的图像；(x，y)表示图像中的任意像素坐标位置；k为判定阈值；当m(x，y)≥k时有g(x，y)＝1，表明(x，y)对应的像素位置存在缺陷。
[0023]进一步的，所述步骤5中，对骨架进行提取的操作包括：
[0024]对图像中某一点P1的3
×
3的区域的其他各点标记为P2，
…
，P9；设1表示黑色，0表示白色，如果P1＝1，且同时满足以下4个条件，则删除P1；对图像中每一点重复该步骤，直到所有的点都不可删除为止；
[0025][0026]式中，NZ(P)表示P点的8邻域中1的数目；Z0(P)表示从P为中心，顺时针相邻像素点出现0到1跳变的累计次数。
[0027]进一步的，所述步骤6中，所寻找的骨架主路径上的首尾端点需要满足的条件是：
[0028]骨架的端点的八邻域只有一个像素值为1，或者该点八邻域只有两个像素值为1且该两个像素相邻，或者该点八邻域有三个像素值为1且该三个像素在同一行或同一列。
[0029]进一步的，步骤7中，进行断点连接前，需要先判断两条划痕是否为同一划痕，判断两条划痕是否是同一划痕的两个条件是斜率方向和划痕相距的距离：
[0030]设两条划痕分别为第一划痕和第二划痕，θ1为第一划痕所对应的角度，θ3为第二划痕所对应的角度，而θ2为划痕1和划痕2中间连线的角度；
[0031]设角度阈值为Δθ，若θ1，θ2，θ3三者满足以下条件：
[0032][0033]且划痕之间连线L的长度小于两条划痕中最长的那条，
[0034]则判断两条划痕为同一划痕，需要断点连接。
[0035]进一步的，在步骤8中，使用连通区域特征分类和最小外接矩形来识别缺陷，得到
缺陷二维尺寸数据、位置信息。
[0036]进一步的，步骤9中，所述标准为国际ISO标准和国家GB标准；
[0037]对缺陷进行等级评定过程中，采用长划痕和级数换算的评定功能。
[0038]本专利技术所述的一种光学元件表面疵病二维自动检测方法，使用表面缺陷识别分析方法实现了光学元件表面缺陷的数字化、自动化和标准化检测。
[0039]本专利技术提出一种基形态学处理的方法，主要使用连通区域特征分类和最小外接矩形来识别缺陷，得到缺陷二维尺寸数据、位置信息。此方法适用于多种类型的缺陷，并能有效的测量出缺陷的尺寸信息，判断镜片表面质量等级更加准确。
[0040]本专利技术在步骤9中可增加长划痕、级数换算等评定功能，使缺陷等级评定更全面，以适应各类图纸缺陷等级的要求。
[0041]本专利技术具有以下有益效果：
[0042]本专利技术基于显微成像检测法，通过高分辨力相机扫描成像实现光学元件缺陷图像的快速采集，使用表面缺陷智能识别分析方法和数据处理系统进行缺陷智能识别和量化分析，实现了光学元件表面疵病数字化、自动化和标准化检测。
附图说明
[0043]图1是本专利技术提出的一种光学元件表面疵病二维自动检测方法的流程图；
[0044]图2是实施例中所述检测装置示意图；
[0045]图3是实施例中所述断点连接法流程图；
[0046]图4是实施例中所述缺陷识别法流程图；
[0047]图5是实施例中通过所述方法最终得到的光学元件表面缺陷检测结果；
[0048]图6是本专利技术图像中某一点3
×
3的区域示意图；
[0049]图7
‑
1至图7
‑
3是本专利技术图像骨架主路径上的首尾端点示意图；
[0050]图8
‑
1至图8
‑
3是本专利技术断点连接示意图。
具体实施方式
[0051]下面结合附图和具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学元件表面疵病二维自动检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：初始化光学元件表面缺陷检测装置，将待测光学元件放置于检测平台；步骤2：使用所述检测装置的显微成像头对所述待测光学元件表面进行扫描和拼接处理，从而获取待测光学元件表面缺陷的二维灰度图像；步骤3：对步骤2得到的二维灰度图像进行背景不均匀矫正处理；步骤4：对步骤3得到的图像进行二值化处理；步骤5：对所述二值化图像进行骨架提取；步骤6：求骨架主路经：提取出单个骨架的所有端点，由于所有的分支端点基本位于划痕的两侧，划痕的主路径上的首尾端点之间的距离最长，依据这一特性找到主路径上的首尾端点；步骤7：找到主路径上的端点后，若划痕连续，则直接进行划痕尺寸计算，若划痕间断则需要采用断点连接法将划痕断裂处连接起来，形成完整的划痕；步骤8：对连接好的区域进行缺陷识别；步骤9：结合缺陷检测标准对所述识别的缺陷等级进行评定；由此，实现了一种光学元件表面疵病二维自动检测方法。2.根据权利要求1所述的一种光学元件表面疵病二维自动检测方法，其特征在于，在步骤2中，所述使用显微成像头对待测光学元件表面进行扫描拼接的过程中，使用基于特征的图像拼接方法扩展检测范围，以实现大口径的所述光学元件表面缺陷的扫描拼接成像。3.根据权利要求1所述的一种光学元件表面疵病二维自动检测方法，其特征在于，在步骤3中，所述矫正处理方法为：(1)式中，f为显微成像头采集到的二维灰度图像；b为结构元素；m为背景矫正后的灰度图像。4.根据权利要求1所述的一种光学元件表面疵病二维自动检测方法，其特征在于，步骤4中，使用Otsu方法计算阈值k：(2)式中，m为背景矫正后的灰度图像；g为二值化处理后的图像；(x,y)表示图像中的任意像素坐标位置；k为判定阈值；当m(x,y)≥k时有g(x,y)＝1，表明(x,y)对应的像素位置存在缺陷。5.根据权利要求1所述的一种光学元件表面疵病二维自动检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梦凡，胡小川，赵远程，侯溪，张帅，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：