[发明专利]一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法

说明书

一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，本发明的目的是为了解决现有像素级尺寸标定方法精度低的问题。过程为：一、将整个通光域均分为4×4个子区域，制备与子区域尺寸相同的标定板，并在标定板上预置不同尺寸的二氧化硅颗粒；二、将标定板依次放置在反射镜表面均匀分割的不同的子区域上，并分别采集不同区域的标定板图片；三、得到颗粒污染物在图像中的位置坐标、像素面积、像素直径、总灰度信息；四、在超景深显微镜下测量颗粒污染物的实际直径和实际面积；五、训练污染物面积、直径标定模型，由训练好的污染物面积、直径标定模型对测试样本进行估计。本发明用于表面颗粒污染物亚像素尺寸标定领域。

技术领域

本发明涉及反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法。本发明属于工程光学领域。

背景技术

激光惯性约束聚变的主要驱动装置是高功率固体激光装置，装置中的传输反射镜主要起到改变激光束方向的作用，是激光束传输过程中的重要光学元件之一。由于聚变点火所要求的激光能量巨大，故对于反射镜表面的洁净程度有很高的要求。但反射镜在运输、安装、运行过程中，颗粒污染物会吸附在元件表面，对激光束产生散射效应、热效应、场效应等，并最终影响激光束的质量，因此需要对反射镜表面的结晶状态进行检测和评估。

目前，主要采用机器视觉暗场检测技术对反射镜表面的颗粒污染物进行在线检测，并使用图像处理算法对表面洁净状态进行评估，最后根据检测结果采用风刀、静电吸附等方式去除表面颗粒污染物。而在进行反射镜表面洁净状态评估时的关键参数就是颗粒污染物的实际尺寸和数量。颗粒污染物的数量通过图像算法处理结果可统计得到，结果较为准确。然而，采用低角度辐照大口径反射镜检测颗粒污染物时，面临着两个个问题：一是大口径检测时，相机分辨率的极限导致单个像素的实际大小(约为50-100μm)大于待检测颗粒污染物尺寸(20μm)；二是由于光源本身的制造误差或者光源安装误差，导致整个反射镜表面的光照强度分布不均。针对第一个的问题，目前通用的方法是采用像素级尺寸检测方法，即通过测量污染物实际尺寸以及在图像中的尺寸，获得成像系统的放大倍数，从而实现尺寸标定。由于颗粒污染物存在散射，散射能量与尺寸有关，且污染物尺寸较小，像素级尺寸标定方法难以达到理想的效果。而针对光照强度分布不均，不同区域检测结果差异较大的问题，并未有文献报道该问题并提出相应的而解决办法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有像素级尺寸标定方法精度低的问题，而提出一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法。

一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法具体过程为：

步骤一、将整个通光域均分为4×4个子区域，制备与子区域尺寸相同的标定板，并在标定板上预置不同尺寸的二氧化硅颗粒；

步骤二、将标定板依次放置在反射镜表面均匀分割的不同的子区域上，并分别采集不同区域的标定板图片；

步骤三、对采集到的不同区域的标定板图片进行图像处理，得到颗粒污染物在图像中的位置坐标、像素面积、像素直径、总灰度信息；

步骤四、根据步骤三得到的颗粒污染物在图像中的位置坐标信息，在超景深显微镜下测量颗粒污染物的实际直径和实际面积；

步骤五、根据步骤四得到的颗粒污染物的实际直径和实际面积与步骤三三得到的颗粒污染物在标定板采集图像的位置坐标、像素面积、像素直径、总灰度信息训练污染物面积、直径标定模型，由训练好的污染物面积、直径标定模型对测试样本进行估计。

本发明的有益效果为：

针对像素级尺寸标定方法精度低的特点，本方法提出基于回归模型的尺寸标定方法。颗粒污染物面积标定采用最小二乘支持向量机(LSSVM)回归原理建立回归模型，并应用随机采样一致性算法(RANSAC)对训练样本进行优化选择，得到最优面积回归模型。颗粒污染物直径标定采用线性回归原理建立回归模型。对于大口径光学元件，光学元件表面的不同位置入射能量存在差异，本方法提出分区标定的标定策略，并通过实验验证回归模型的检测精度。