[发明专利]基于最陡下降法的最佳匹配点快速搜寻实现焦斑重构的方法

说明书

本发明提出一种基于最陡下降法的最佳匹配点快速搜寻实现焦斑重构的方法，能够实现高动态范围激光焦斑的测量，提高远场焦斑的重构精度和效率。该方法包括以下步骤：将主瓣裁减图像中扣除一个和纹影小球大小的圆后的图像cutzb’和旁瓣裁减图像cutpb分别转换成两个列向量，并计算两个向量的SAM值；计算起始搜索位置8临域的梯度，使用最陡下降法沿8临域中梯度最大的方向进行搜索；当搜索完所有满足条件点的SAM值后，取SAM值最小时主瓣剪图像左上角对应的位置为最佳匹配点；以最佳匹配点为参考，使用主瓣和旁瓣对焦斑进行重构，再使用加权平均法对合并图像的拼接区域进行融合。

技术领域

本发明涉及一种激光远场焦斑测量方法，具体涉及一种搜寻最佳匹配点以实现焦斑重构的方法。

背景技术

神光III主机装置激光参数综合诊断系统是一个多功能、高精度的激光参数诊断系统，是为了使用纹影法对强激光远场焦斑分布进行测量[1]。当综合诊断快速自动准直系统完成光路的瞄准后，就可以在打靶阶段分别获得主瓣光斑和中心被精确遮挡的旁瓣光斑，为最终高动态范围远场焦斑的测量提供了重要保障。而高动态范围远场焦斑测量[2]是神光III主机装置激光装置参数诊断的难点，是高功率物理实验中迫切需要解决的关键技术。

由于综合诊断系统中远场焦斑测量所要求的动态范围高达1000:1，目前的单块探测器难以达到如此高的动态范围要求。目前，对高动态范围远场焦斑的测量，最流行的方法是纹影法[3]，即主瓣、旁瓣分开测量，用纹影小球挡光测旁瓣，主瓣放大，拼接实现高动态范围的焦斑测量的方法。因此，焦瓣重构是纹影法远场焦斑测量的重要步骤。目前，搜寻焦斑重构最佳匹配点主要存在两种方式：一是使用手工方式进行搜寻，二是使用自相关匹配法进行搜寻最佳匹配点。然而，手工搜寻方式精度和效率都很低，而自相关匹配法虽然能够自动搜寻最佳匹配点，但是自相关匹配点法需要在整个图像中计算旁瓣裁剪图像和扣除一个同纹影小球大小后的主瓣裁剪图像之间的相关系数，导致自相关匹配法搜寻最佳匹配点时搜寻效率低，计算量很大。

发明内容

为了通过综合诊断系统实现高动态范围激光焦斑的测量，提高远场焦斑的重构精度和效率，本发明提出一种基于最陡下降法的最佳匹配点快速搜寻实现焦斑重构的方法。

本发明的技术方案如下：

首先，将采集的主瓣图像和旁瓣图像裁剪为同样大小的裁剪图像，分别记为cutzb和cutpb；

再将主瓣裁减图像中扣除一个和纹影小球大小的圆后的图像cutzb’和旁瓣裁减图像cutpb分别转换成两个列向量，并计算两个向量的SAM(Spectral Angle Mapping)值；

其次，计算起始搜索位置8临域的梯度，使用最陡下降法沿8临域中梯度最大(下降幅度最大)的方向进行搜索。当搜索完所有满足条件点的SAM值后，取SAM值最小时主瓣剪图像左上角对应的位置为最佳匹配点；

最后，以最佳匹配点为参考，使用主瓣和旁瓣对焦斑进行重构，再使用加权平均法对合并图像的拼接区域进行融合。

本发明具有以下优点：

该方法能够实现高动态范围的激光焦斑测量中对焦斑的自动重构，重构图像在拼接区域纹理上有极佳的吻合度，拼接误差小于1个像素，不但能够获得完整的远场焦斑图像，而且极大地提高了焦斑重构的效率，实现了高动态范围远场焦斑的准确测量，满足了打靶实验对于实验精度和效率的要求。对于综合诊断系统获得全面、精确的装置运行参数具有十分重要的意义。

附图说明

图1为首次裁剪后的图像；其中，(a)首次裁剪主瓣图像orgzb，(b)首次裁剪旁瓣图像orgpb。

图2为cutzb裁剪示意图；其中，(a)二次主瓣裁剪图像的裁剪区域，(b)找到最佳匹配点的主瓣裁剪和扣除小球的图。