【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及透明光学材料测量，具体涉及一种透明光学材料群折射率测量装置及测量方法。
技术介绍
1、群折射率是透明光学材料一项重要的参数，其是指在介质中传输的光波的整体速度，即群速度与光速之比；在光学传输中，群折射率会影响光波的传输性质。
2、群折射率决定了光波的传播速度，从而影响到光波的相位和传播方向。这项参数虽然已经存在最小偏向角、掠入射、偏振法、全反射法、位移法等多种测量方法，例如最小偏向角法，其计算公式简单，在操作上临界现象明显，相对误差较小，但其在找最小偏向角时繁琐复杂，耗费时间。而全反射法中，实验光谱线由有到无的现象最明显、直观、清晰且测试结果相对误差较小，但其全反射位置存在较大的随机性，全反射临界点比最小偏向角位置更难确定。
3、所以，上述方法普遍存在需要多次测量群折射率计算公式中的相关参数，多次寻找合适的测试角度和位置等问题，导致测量中产生部分的人为误差，从而产生操作步骤复杂、测量精度低等问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：
2、针对上述测量中产生的人为误差，导致操作步骤复杂、测量精度低的技术问题，本技术方案提供了一种透明光学材料群折射率测量装置及测量方法，在目标检测算法没有识别到目标时，可自动寻找目标；由系统自动控制电机带动样品臂中的透镜移位，系统显示的图像发生改变；当电机带动样品臂运动过程中，目标检测算法识别到了目标后，系统控制电机停止运动，则系统显示的图像不再发生改变；最终达到自动识别金属平板下边界的作用；整个过程由设备
3、本专利技术通过以下技术方案实现：
4、一种透明光学材料群折射率的测量方法，通过测量装置对透明光学材料进行群折射率的测量，所述的测量装置包括光学相干断层扫描成像系统，由近红外激光二极管光源、2分2光纤耦合器、样品臂、参考臂、近红外光谱仪、计算机、铝合金材质金属平板、待测样品和高精度线性光程步进电机组成；所述的测量方法包括以下步骤：
5、步骤一：测量前，透明平板的厚度已知为t；将该数值输入系统中；在没有放置待测透明平板前，系统通过图像处理算法自动抓取并记录样品臂中金属平板的下表面的像素高度d1和弯曲方向，并读取样品臂光程电机的位置z0；
6、步骤二：将透明平板垂直的放入参考臂上的安装座内，参考臂中的光程发生了变化；设透明平板的厚度为t，群折射率为ng，则参考臂中增加的光程为：
7、δl＝t×ng-t×n空＝t×(ng-1)，
8、其中，n空为空气折射率，取1.0；
9、参考臂中的光程改变使得图像上金属平板的图像高度发生了变化，且金属平板的表面可能已经显示不完全或已不在图像中；
10、步骤三：系统通过目标检测算法实时对图像进行检测，当图像质量不符合目标检测算法中的目标检测函数的条件时，系统自动控制电机带动样品臂中的透镜移位，系统显示的图像发生改变；当电机带动样品臂运动过程中，算法识别到了目标后，并使得目标检测函数满足条件，系统控制电机停止运动，则系统显示的图像不再发生改变；从而使得金属平板再次完全显示在图像的一定区域当中，并且使得金属平板的弯曲方向和未放置透明平板时金属平板的弯曲方向一致；
11、步骤四：通过图像处理算法抓取金属平板的下边界的像素高度d2，并再次读取当下样品臂光程电机的位置z1；得到：
12、|z1-z0|±|d2-d1|×ar空＝(ng-1)×t，
13、其中，ar空为标定的该系统空气中的数字轴向分辨率，取0.006692422；即可得透明平板的群折射率ng为：
14、ng＝(|z1-z0|±|d2-d1|×ar空)÷t+1，
15、该折射率便为该材质在系统波长下的群折射率。
16、进一步的，所述目标检测算法的操作步骤包括：
17、步骤1：将得到的图像进行自适应阈值二值化处理；
18、将图像中高于阈值的像素灰度值设置为255，低于阈值的像素灰度值设置为0，从而将灰度图像转换成二值图像，将得到的二值图像中含有像素值为255的数量最多的区域提取出来，得到最大连通域图像；
19、步骤2：对步骤1中得到的最大连通域图像与原始灰度图像进行与操作，提取原图中的有效信息，得到只包含有效信息的灰度图像；
20、步骤3：对步骤2中得到的只包含有效信息的灰度图像，通过目标检测函数对灰度图像的灰度值进行评价，当目标检测函数的值最小时，得到最佳的图像，所述评价函数为：
21、
22、其中，xn为图像中像素灰度值超过x的数量，m为图像的宽度，n为图像的高度。
23、进一步的，所述图像处理算法的操作步骤包括：
24、步骤s1：将得到的图像进行二值化处理，将图像中高于阈值的像素灰度值设置为255，低于阈值的像素灰度值设置为0，从而将灰度图像转换成二值图像，并使用remove-small-objects算子对图像进行去噪处理，将图像中一些细小的信号块进行去除；
25、步骤s2：对步骤s1处理后的图像进行连通域填充处理，提取整幅图像中的所有信号块并标记，使用连通域填充算子，将各个连通域中缺失的信号区域填充完整，从而将图像中各个连通域的细小孔洞填充；
26、步骤s3：对步骤s2处理后的图像进行边界去除处理，通过对整张图像的像素进行遍历，将图像中包含图像边界行或列的索引的连通域标记并删去，从而去除不属于有效信号的边界信息；
27、步骤s4：对步骤s3处理后的图像进行最大连通域筛选处理，使用最大连通域提取算子对整幅图像所包含的所有连通域进行筛选，去掉除了面积最大像素块以外的所有像素块，从而保留最终的有用信号；
28、步骤s5：对步骤s4处理后的图像中的有效信号的下边界提取并映射至与原图相同大小的黑白图像中，同时，对提取的下边界的离散坐标做b样条拟合，得到b样条曲线；
29、步骤s6：将步骤s5所得到的b样条曲线的顶点提取出来，用图像的高度减去该点的像素坐标的y值即为图像中有效信息的图像像素高度。
30、一种透明光学材料群折射率的测量装置，可用于上述的一种透明光学材料群折射率的测量方法；所述的测量装置包括光学相干断层扫描成像系统，由近红外激光二极管sld光源、2分2光纤耦合器、样品臂、参考臂、近红外光谱仪、计算机、铝合金材质金属平板、待测样品和高精度线性光程步进电机组成；其中，近红外激光二极管(sld)光源、样品臂和参考臂固定在光学面包板上，参考臂中的安装座用于放置待测样品；铝合金材质金属平板通过支架固定在光学面包板上，位于样品臂前端焦距处；高精度线性光程步进电机由计算机控制，高精度线性光程步进电机的运动可以改变样品臂中透镜的位置，从而改变样品臂的光程；振镜的扫描范围、幅值和周期通过计算机控制；样品臂和参考臂反射回的信号发生干涉后通过2分2光纤耦合器进入到近红外光谱仪转换为干涉光谱；近红外光谱本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种透明光学材料群折射率的测量方法，其特征在于：通过测量装置对透明光学材料进行群折射率的测量，所述的测量装置包括光学相干断层扫描成像系统，由近红外激光二极管光源(1)、2分2光纤耦合器(2)、样品臂(3)、参考臂(4)、近红外光谱仪(5)、计算机(6)、铝合金材质金属平板(7)、待测样品(8)和高精度线性光程步进电机(9)组成；所述的测量方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种透明光学材料群折射率的测量方法，其特征在于：所述目标检测算法的操作步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种透明光学材料群折射率的测量方法，其特征在于：所述图像处理算法的操作步骤包括：
4.一种透明光学材料群折射率的测量装置，可用于权利要求1-3所述的一种透明光学材料群折射率的测量方法；其特征在于：所述的测量装置包括光学相干断层扫描成像系统，由近红外激光二极管SLD光源(1)、2分2光纤耦合器(2)、样品臂(3)、参考臂(4)、近红外光谱仪(5)、计算机(6)、铝合金材质金属平板(7)、待测样品(8)和高精度线性光程步进电机(9)组成；其中，近红外激光二极管(S
5.根据权利要求4所述的一种透明光学材料群折射率的测量装置，其特征在于：所述近红外激光二极管SLD光源(1)发射的是近红外波长范围宽带的低相干光源。
6.根据权利要求4所述的一种透明光学材料群折射率的测量装置，其特征在于：所述2分2光纤耦合器(2)使用的是单模光纤，将激光按照一定比例分束，一束经过样品臂，一束通过参考臂。
7.根据权利要求4所述的一种透明光学材料群折射率的测量装置，其特征在于：所述样品臂(3)通过X振镜和光学系统将SLD光源(1)扫描成线投射在金属平板上；所述参考臂(4)包含后向反射镜，以及可以用来放置待测样品(8)的安装座。
8.根据权利要求4所述的一种透明光学材料群折射率的测量装置，其特征在于：所述近红外光谱仪(5)为近红外波段的光谱测量仪。
9.根据权利要求4所述的一种透明光学材料群折射率的测量装置，其特征在于：所述铝合金材质金属平板(7)可将样品臂(3)出射的光以较高强度反射回去；所述待测样品(8)为厚度已知的透明平板。
10.根据权利要求4所述的一种透明光学材料群折射率的测量装置，其特征在于：所述高精度线性光程步进电机(9)为高精度线性步进电机，丢步率低。
...【技术特征摘要】
1.一种透明光学材料群折射率的测量方法，其特征在于：通过测量装置对透明光学材料进行群折射率的测量，所述的测量装置包括光学相干断层扫描成像系统，由近红外激光二极管光源(1)、2分2光纤耦合器(2)、样品臂(3)、参考臂(4)、近红外光谱仪(5)、计算机(6)、铝合金材质金属平板(7)、待测样品(8)和高精度线性光程步进电机(9)组成；所述的测量方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种透明光学材料群折射率的测量方法，其特征在于：所述目标检测算法的操作步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种透明光学材料群折射率的测量方法，其特征在于：所述图像处理算法的操作步骤包括：
4.一种透明光学材料群折射率的测量装置，可用于权利要求1-3所述的一种透明光学材料群折射率的测量方法；其特征在于：所述的测量装置包括光学相干断层扫描成像系统，由近红外激光二极管sld光源(1)、2分2光纤耦合器(2)、样品臂(3)、参考臂(4)、近红外光谱仪(5)、计算机(6)、铝合金材质金属平板(7)、待测样品(8)和高精度线性光程步进电机(9)组成；其中，近红外激光二极管(sld)光源(1)、样品臂(3)和参考臂(4)固定在光学面包板上，参考臂(4)中的安装座用于放置待测样品(8)；铝合金材质金属平板(7)通过支架固定在光学面包板上，位于样品臂(3)前端焦距处；高精度线性光程步进电机(9)由计算机(6)控制，高精度线性光程步进电机(9)的运动可以改变样品臂(3)中透镜的位置，从而改变样品臂的光...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐多，曹苏群，陈新建，谢斌，徐浪，周海涛，张弟，赵建雪，闫洪嘉，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：
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