[發(fā)明專利]基于光譜角度填圖的紋影法遠場測量焦斑自動重構方法

在審

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• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109724690A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 王拯洲;李剛;譚萌;王江楓;王力;王偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J1/00
• 分類號: G01J1/00;G01J1/04
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發(fā)明提出一種基于光譜角度填圖的紋影法遠場測量焦斑自動重構方法，能夠提高遠場焦斑的重構精度。該方法包括以下步驟：首先，使用最小二乘法來擬合旁斑圖像的紋影小球中心；其次，對主瓣圖像和旁瓣圖像分別進行裁剪；再將主瓣裁減圖像中扣除一個和紋影小球大小的圓后的圖像cutzb’和旁瓣裁減圖像cutpb分別轉換成兩個列向量；然后，計算兩個向量之間的光譜角度填圖(SAM)值，當兩個向量相似性達到最大值時，則cutzb’圖像的左上角位置為最佳匹配點；最后，以最佳匹配點為參考，使用圖像cutzb'和旁斑裁減圖像cutpb對焦斑進行重構，并在最終的圖像拼接過程中使用采用加權平均法對拼接邊界進行融合。

技術領域

本發(fā)明涉及一種紋影法遠場測量焦斑重構方法。

背景技術

神光III主機裝置參數(shù)測量綜合診斷系統(tǒng)的目的是為了使用紋影法對高功率激光裝置產生的遠場焦斑分布進行測量[1]。當綜合診斷快速自動準置系統(tǒng)完成光路的瞄準后，就可以在打靶階段分別獲得主瓣光斑和中心被精確遮擋的旁瓣，為最終高動態(tài)范圍遠場焦斑的測量提供了重要保障。激光參數(shù)綜合診斷系統(tǒng)是一個多功能、高精度的激光參數(shù)診斷系統(tǒng)，主要功能是在裝置運行的發(fā)射期間，完成激光束能量、近場、遠場、脈沖時間波形和光譜等參數(shù)的精密診斷，獲得全面、精確的裝置運行參數(shù)。高動態(tài)范圍遠場焦斑[2]是綜合診斷系統(tǒng)對三倍頻激光焦斑的重要測量點，也是大型激光裝置參數(shù)診斷的難點，是高功率物理實驗中迫切需要解決的關鍵技術。

由于綜合診斷系統(tǒng)中遠場焦斑測量所要求的動態(tài)范圍高達1000:1，目前的單塊探測器難以達到如此高的動態(tài)范圍要求。因為打靶時能量高達10KJ，如果不對光路進行大倍率衰減，則CCD完全飽和；如果衰減過大，雖然能夠測到遠場焦斑，但是焦斑底部全部被噪聲淹沒。因此，要實現(xiàn)完整光斑分布的測量，必須采用弱光取樣、分束放大成像的探測方法，即紋影法[3]。紋影法是目前最流行的用來測量強激光遠場焦斑分布的方法，即主瓣、旁瓣分開測量，用紋影小球擋光測旁瓣，主瓣放大，拼接實現(xiàn)高動態(tài)范圍的焦斑測量的方法。

紋影法測量遠場焦斑光路如圖1所示。光束經過分光鏡后分成兩束，將紋影小球放在旁瓣光路的焦點位置以擋住光斑中心，旁瓣CCD得到的光斑是紋影小球周圍的光斑信息，稱為“旁瓣”。而將光束經過適當衰減，主瓣CCD得到的是沒有遮擋的光斑，稱為“主瓣”。再將一個望遠鏡系統(tǒng)和望遠小球放在分光鏡前的光路中，用來標定主瓣光強放大系數(shù)K和光斑放大系數(shù)b，最后通過對主瓣和旁瓣光斑的重構，得到焦斑相對強度的完整分布。

紋影法測量遠場焦瓣存在兩個難點：一是主瓣和旁瓣光路存在漂移，采集到的主瓣和旁瓣圖像質量差，無法準確拼接；二是對于采用主瓣和旁瓣分開測量方法獲得質量較好圖像都是采用手工的方法進行拼接，沒有自動的重構方法[4-6]，實驗效率低。

發(fā)明內容

為了通過綜合診斷系統(tǒng)實現(xiàn)高動態(tài)范圍激光焦斑的測量，提高遠場焦斑的重構精度，本發(fā)明提出一種基于光譜角度填圖的紋影法遠場測量焦斑自動重構方法。

本發(fā)明的技術方案如下：

首先，使用最小二乘法來擬合旁斑圖像的紋影小球中心，誤差精度小于1個像素。

其次，對主瓣圖像和旁瓣圖像分別進行裁剪，新裁剪圖像為大小300×300，分別記為cutzb和cutpb；再將主瓣裁減圖像中扣除一個和紋影小球大小的圓后的圖像cutzb’和旁瓣裁減圖像cutpb分別轉換成兩個列向量；

然后，計算兩個向量之間的光譜角度填圖(SAM)值，當兩個向量相似性達到最大值時，則cutzb’圖像的左上角位置為最佳匹配點；

最后，以最佳匹配點為參考，使用圖像cutzb'和旁斑裁減圖像cutpb對焦斑進行重構，并在最終的圖像拼接過程中使用采用加權平均法對拼接邊界進行融合。

本發(fā)明具有以下有益效果：