[發明專利]一種大口徑反射鏡表面顆粒污染物亞像素尺寸標定方法

有效

• 申請號: 201910722708.0
• 申請日: 2019-08-06
• 公開（公告）號: CN110389090B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 陳明君;趙林杰;張德志;程健;蔣曉東;尹朝陽;苗心向;牛龍飛;呂海兵;劉昊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 時起磊

一種大口徑反射鏡表面顆粒污染物亞像素尺寸標定方法，本發明的目的是為了解決現有像素級尺寸標定方法精度低的問題。過程為：一、將整個通光域均分為4×4個子區域，制備與子區域尺寸相同的標定板，并在標定板上預置不同尺寸的二氧化硅顆粒；二、將標定板依次放置在反射鏡表面均勻分割的不同的子區域上，并分別采集不同區域的標定板圖片；三、得到顆粒污染物在圖像中的位置坐標、像素面積、像素直徑、總灰度信息；四、在超景深顯微鏡下測量顆粒污染物的實際直徑和實際面積；五、訓練污染物面積、直徑標定模型，由訓練好的污染物面積、直徑標定模型對測試樣本進行估計。本發明用于表面顆粒污染物亞像素尺寸標定領域。

技術領域

本發明涉及反射鏡表面顆粒污染物亞像素尺寸標定方法。本發明屬于工程光學領域。

背景技術

激光慣性約束聚變的主要驅動裝置是高功率固體激光裝置，裝置中的傳輸反射鏡主要起到改變激光束方向的作用，是激光束傳輸過程中的重要光學元件之一。由于聚變點火所要求的激光能量巨大，故對于反射鏡表面的潔凈程度有很高的要求。但反射鏡在運輸、安裝、運行過程中，顆粒污染物會吸附在元件表面，對激光束產生散射效應、熱效應、場效應等，并最終影響激光束的質量，因此需要對反射鏡表面的結晶狀態進行檢測和評估。

目前，主要采用機器視覺暗場檢測技術對反射鏡表面的顆粒污染物進行在線檢測，并使用圖像處理算法對表面潔凈狀態進行評估，最后根據檢測結果采用風刀、靜電吸附等方式去除表面顆粒污染物。而在進行反射鏡表面潔凈狀態評估時的關鍵參數就是顆粒污染物的實際尺寸和數量。顆粒污染物的數量通過圖像算法處理結果可統計得到，結果較為準確。然而，采用低角度輻照大口徑反射鏡檢測顆粒污染物時，面臨著兩個個問題：一是大口徑檢測時，相機分辨率的極限導致單個像素的實際大小(約為50-100μm)大于待檢測顆粒污染物尺寸(20μm)；二是由于光源本身的制造誤差或者光源安裝誤差，導致整個反射鏡表面的光照強度分布不均。針對第一個的問題，目前通用的方法是采用像素級尺寸檢測方法，即通過測量污染物實際尺寸以及在圖像中的尺寸，獲得成像系統的放大倍數，從而實現尺寸標定。由于顆粒污染物存在散射，散射能量與尺寸有關，且污染物尺寸較小，像素級尺寸標定方法難以達到理想的效果。而針對光照強度分布不均，不同區域檢測結果差異較大的問題，并未有文獻報道該問題并提出相應的而解決辦法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有像素級尺寸標定方法精度低的問題，而提出一種大口徑反射鏡表面顆粒污染物亞像素尺寸標定方法。

一種大口徑反射鏡表面顆粒污染物亞像素尺寸標定方法具體過程為：

步驟一、將整個通光域均分為4×4個子區域，制備與子區域尺寸相同的標定板，并在標定板上預置不同尺寸的二氧化硅顆粒；

步驟二、將標定板依次放置在反射鏡表面均勻分割的不同的子區域上，并分別采集不同區域的標定板圖片；

步驟三、對采集到的不同區域的標定板圖片進行圖像處理，得到顆粒污染物在圖像中的位置坐標、像素面積、像素直徑、總灰度信息；

步驟四、根據步驟三得到的顆粒污染物在圖像中的位置坐標信息，在超景深顯微鏡下測量顆粒污染物的實際直徑和實際面積；

步驟五、根據步驟四得到的顆粒污染物的實際直徑和實際面積與步驟三三得到的顆粒污染物在標定板采集圖像的位置坐標、像素面積、像素直徑、總灰度信息訓練污染物面積、直徑標定模型，由訓練好的污染物面積、直徑標定模型對測試樣本進行估計。

本發明的有益效果為：

針對像素級尺寸標定方法精度低的特點，本方法提出基于回歸模型的尺寸標定方法。顆粒污染物面積標定采用最小二乘支持向量機(LSSVM)回歸原理建立回歸模型，并應用隨機采樣一致性算法(RANSAC)對訓練樣本進行優化選擇，得到最優面積回歸模型。顆粒污染物直徑標定采用線性回歸原理建立回歸模型。對于大口徑光學元件，光學元件表面的不同位置入射能量存在差異，本方法提出分區標定的標定策略，并通過實驗驗證回歸模型的檢測精度。