[发明专利]一种激光散斑数字相关法像质评价和光路调整系统及方法

说明书

本发明公开了一种激光散斑数字相关法像质评价和光路调整系统及方法。由于激光散斑易受材料形貌特征、检测角度、光源参数等的影响，使生成的数字图像像质变差，影响偏滤器靶板热应变诊断的准确性。本发明利用灰度图像识别与处理技术，通过定量分析散斑图像的灰度关键特征，对图像有效性和像质进行评价。将不合格图像的采集和计算过程终止，并对成像光路做出实时优化和调整，从而获得可有效用于DIC计算的激光散斑图像。本发明能够对散斑图像质量进行预判，避免无效图像的采集和计算，大大提高了偏滤器靶板热应变的检测精度和诊断效率。

技术领域

本发明涉及一种激光散斑数字图像相关法像质评价系统及方法，属于先进核聚变能诊断方法与图像处理交叉研究领域。

背景技术

聚变能是人类永久解决能源问题的潜在有效途径之一，聚变堆高温等离子体氘氚热核聚变所产生的辐射热和高能中子(14.1Mev)，进入堆内面向等离子体部件增殖包层、偏滤器和真空室，形成第一壁的高热流和在结构内沉积高功率密度核热。一旦偏滤器的结构受到损害或者破坏，则它正常功能就会受到影响，轻则会使高性能等离子体无法获得，重则会导致等离子体无法正常放电并且直接影响Tokamak装置的安全运行，因此针对服役条件下的偏滤器靶板诊断的关键技术，是聚变示范堆的重要研究内容。

对于偏滤器靶板表面热流的检测，传统方法大多数都存在一定缺陷。热电偶电信号容易受到聚变堆环境内强磁场的干扰，并且其尖部温度测量点受到扰动时，会接触不良从而造成测量结果并不精确。FBG光纤传感器测量的空间分辨率偏低，且光纤较为脆弱易损坏。红外热成像技术分辨率低且受材料发射率影响测量精度低。综合这些缺陷和工程应用需求，提出一种能适合远程、非接触、高精度测量偏滤器靶板热负荷的新方法势在必行。

激光散斑数字图像相关法(digitalimagecorrelationDIC)可以解决上述问题，通过生成主动激光散斑测量偏滤器靶板热应变，不仅可以高精度、非接触测量，更能实现在线原位监测靶板状态。但DIC法计算需要采集优质的激光散斑图像，如何保证采集到的散斑图像足够合格成为该方法应用于聚变堆装置的难题之一。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对偏滤器靶板激光散斑数字相关诊断方法要求，提供一种激光散斑数字图像相关法像质评价系统及方法，解决了因光源、检测面形貌、检测角度等影响所带来的测量误差，有效提高该方法的诊断效率。

一方面，本发明采用的技术方案为：

一种激光散斑数字相关法像质评价和光路调整系统，所述系统包括：成像部分与计算部分；

所述成像部分为用于获取激光散斑数字图像的光学系统，包括激光器，空间滤波器，带通滤光片以及相机；

所述计算部分包括像质评价系统和DIC计算模块，其中，所述像质评价系统包括：散斑密度分析模块，散斑大小分析模块，灰度特征分析模块，灰度梯度分析模块，图像相关性分析模块；

所述激光器发射的激光通过空间滤波器扩束后照明靶板被检测区域，再经靶板反射后由带通滤光片过滤杂散光后在相机的CCD上生成散斑图像，所述相机将散斑图像输入所述计算部分；

所述计算部分被配置为：所述散斑图像传输至计算部分后，由散斑密度分析模块分析图像密度特征，根据散斑密度确认拍摄角度是否正确，密度不合格则调整拍摄角度，密度合格则将图像传输至散斑大小分析模块；散斑大小分析模块对图像中散斑的尺寸特征进行分析，依据尺寸特征确认相机是否正确聚焦，不聚焦则调整聚焦面至待测面，并将调整合格后拍摄的图像输入至灰度特征分析模块完成灰度特征分析；针对灰度特征分析不合格图像调节激光强度，将调整合格后拍摄的图像输入到灰度梯度分析模块进行灰度梯度分析，针对灰度梯度分析不合格图像调节相机光圈，将调整合格后拍摄的图像输入至图像相关性分析模块，所述图像相关性分析模块对比不同时间采集到的图像是否相关，如不相关则调整相机拍摄频率与曝光时间，若相关程度合格则相机开始采集图像并将采集到的图像输入至DIC计算模块完成靶板热应变的计算。