[發明專利]基于最陡下降法的最佳匹配點快速搜尋實現焦斑重構的方法

在審

• 申請號: 201811528864.5
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109785426A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 王拯洲;李剛;王力;譚萌;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: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/33;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

本發明提出一種基于最陡下降法的最佳匹配點快速搜尋實現焦斑重構的方法，能夠實現高動態范圍激光焦斑的測量，提高遠場焦斑的重構精度和效率。該方法包括以下步驟：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，并計算兩個向量的SAM值；計算起始搜索位置8臨域的梯度，使用最陡下降法沿8臨域中梯度最大的方向進行搜索；當搜索完所有滿足條件點的SAM值后，取SAM值最小時主瓣剪圖像左上角對應的位置為最佳匹配點；以最佳匹配點為參考，使用主瓣和旁瓣對焦斑進行重構，再使用加權平均法對合并圖像的拼接區域進行融合。

技術領域

本發明涉及一種激光遠場焦斑測量方法，具體涉及一種搜尋最佳匹配點以實現焦斑重構的方法。

背景技術

神光III主機裝置激光參數綜合診斷系統是一個多功能、高精度的激光參數診斷系統，是為了使用紋影法對強激光遠場焦斑分布進行測量[1]。當綜合診斷快速自動準直系統完成光路的瞄準后，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光斑，為最終高動態范圍遠場焦斑的測量提供了重要保障。而高動態范圍遠場焦斑測量[2]是神光III主機裝置激光裝置參數診斷的難點，是高功率物理實驗中迫切需要解決的關鍵技術。

由于綜合診斷系統中遠場焦斑測量所要求的動態范圍高達1000:1，目前的單塊探測器難以達到如此高的動態范圍要求。目前，對高動態范圍遠場焦斑的測量，最流行的方法是紋影法[3]，即主瓣、旁瓣分開測量，用紋影小球擋光測旁瓣，主瓣放大，拼接實現高動態范圍的焦斑測量的方法。因此，焦瓣重構是紋影法遠場焦斑測量的重要步驟。目前，搜尋焦斑重構最佳匹配點主要存在兩種方式：一是使用手工方式進行搜尋，二是使用自相關匹配法進行搜尋最佳匹配點。然而，手工搜尋方式精度和效率都很低，而自相關匹配法雖然能夠自動搜尋最佳匹配點，但是自相關匹配點法需要在整個圖像中計算旁瓣裁剪圖像和扣除一個同紋影小球大小后的主瓣裁剪圖像之間的相關系數，導致自相關匹配法搜尋最佳匹配點時搜尋效率低，計算量很大。

發明內容

為了通過綜合診斷系統實現高動態范圍激光焦斑的測量，提高遠場焦斑的重構精度和效率，本發明提出一種基于最陡下降法的最佳匹配點快速搜尋實現焦斑重構的方法。

本發明的技術方案如下：

首先，將采集的主瓣圖像和旁瓣圖像裁剪為同樣大小的裁剪圖像，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，并計算兩個向量的SAM(Spectral Angle Mapping)值；

其次，計算起始搜索位置8臨域的梯度，使用最陡下降法沿8臨域中梯度最大(下降幅度最大)的方向進行搜索。當搜索完所有滿足條件點的SAM值后，取SAM值最小時主瓣剪圖像左上角對應的位置為最佳匹配點；

最后，以最佳匹配點為參考，使用主瓣和旁瓣對焦斑進行重構，再使用加權平均法對合并圖像的拼接區域進行融合。

本發明具有以下優點：

該方法能夠實現高動態范圍的激光焦斑測量中對焦斑的自動重構，重構圖像在拼接區域紋理上有極佳的吻合度，拼接誤差小于1個像素，不但能夠獲得完整的遠場焦斑圖像，而且極大地提高了焦斑重構的效率，實現了高動態范圍遠場焦斑的準確測量，滿足了打靶實驗對于實驗精度和效率的要求。對于綜合診斷系統獲得全面、精確的裝置運行參數具有十分重要的意義。

附圖說明

圖1為首次裁剪后的圖像；其中，(a)首次裁剪主瓣圖像orgzb，(b)首次裁剪旁瓣圖像orgpb。

圖2為cutzb裁剪示意圖；其中，(a)二次主瓣裁剪圖像的裁剪區域，(b)找到最佳匹配點的主瓣裁剪和扣除小球的圖。