一種大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖的生成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖的生成方法，該方法包括如下步驟：對現(xiàn)有的多張大口徑光學(xué)元件表面損傷子圖像進(jìn)行損傷輪廓提取，獲取所有的損傷輪廓序列；計(jì)算得到的損傷輪廓的特征；基于損傷輪廓的特征對損傷輪廓進(jìn)行分類標(biāo)記；根據(jù)指定要求和分類標(biāo)記信息，對損傷輪廓進(jìn)行篩選、處理和顯示，生成大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖。本發(fā)明可以很大程度上減少人工操作，實(shí)現(xiàn)元件表面質(zhì)量全流程跟蹤和閉環(huán)控制。
【專利說明】一種大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖的生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測領(lǐng)域，具體涉及一種大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖的生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)研究和裝備制造的需要，光學(xué)系統(tǒng)的有效口徑越來越大，但由于加工過程不可避免的會(huì)留下各類損傷，這些損傷會(huì)對精密光學(xué)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。這些損傷會(huì)對經(jīng)過它們的光造成不同程度的散射，不但增大了光能量的損耗，同時(shí)也可能對元件引起更加嚴(yán)重的損傷，影響整光學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行。
[0003]目前對大口徑光學(xué)元件表面損傷分布初步檢測會(huì)有一個(gè)預(yù)判過程，它主要是靠工人目測，用手劃線的形式來標(biāo)記處大致?lián)p傷分布，然后依據(jù)工人的知識(shí)給出光學(xué)元件是否合格的初步判定?，F(xiàn)有的方法中需要大量的人工干預(yù)，同時(shí)影響了光學(xué)元件的生產(chǎn)效率，而且人的肉眼觀測會(huì)有誤差，所得到的分布圖不準(zhǔn)確也不精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有方法的不足，提供了一種大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖的生成方法，減少了人工干預(yù)，能基于現(xiàn)有的表面損傷圖像自動(dòng)生成一張完整的表面損傷分布圖，為大口徑光學(xué)元件表面損傷分布的初步檢測提供依據(jù)。
[0005]本發(fā)明提出的一種大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖的生成方法包括以下步驟:
[0006]步驟1:對現(xiàn)有的多張大口徑光學(xué)元件表面損傷子圖像進(jìn)行損傷輪廓提取，獲取所有的損傷輪廓序列；
[0007]步驟2:計(jì)算得到的損傷輪廓的特征；
[0008]步驟3:基于損傷輪廓的特征對損傷輪廓進(jìn)行分類標(biāo)記；
[0009]步驟4:根據(jù)指定要求和分類標(biāo)記信息，對損傷輪廓進(jìn)行篩選、處理和顯示，生成大口徑光學(xué)7Π件表面損傷分布圖。
[0010]本發(fā)明方法能夠快速地得到一張完整的大口徑光學(xué)元件損傷生分布圖，以避免人工標(biāo)記劃線的效率低與不準(zhǔn)確。本發(fā)明還可以選擇適當(dāng)大小和縮放倍數(shù)的來觀察損傷分布圖，同時(shí)以不同顏色標(biāo)記損傷輪廓，清晰直觀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖生成方法的流程圖。
[0012]圖2是本發(fā)明子圖像邊界輪廓跟蹤示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明單個(gè)輪廓縮放原理示意圖。
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例生成的大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖。
【具體實(shí)施方式】[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]本發(fā)明提出了 一種大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖生成方法，能夠減少人工干預(yù)，基于現(xiàn)有的表面損傷圖像自動(dòng)生成一張完整的表面損傷分布圖，為大口徑光學(xué)元件表面損傷分布的初步檢測提供依據(jù)，其中本發(fā)明所指的大口徑光學(xué)元件是口徑大于810*460mm的光學(xué)元件，現(xiàn)有的表面損傷圖像容易獲得，一般是可指利用CXD設(shè)備通過不同的采集方式得到的多幅表面損傷圖像子圖像。
[0017]圖1是本發(fā)明大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖生成方法的流程圖，如圖1所示，所述方法包括以下步驟:
[0018]步驟1:對現(xiàn)有的多張大口徑光學(xué)元件表面損傷子圖像進(jìn)行損傷輪廓提取，獲取所有的損傷輪廓序列；
[0019]所述步驟I中損傷輪廓提取的方法是利用freeman鏈碼跟蹤的方法來跟蹤得到損傷輪廓信息，即對子圖像中的某一個(gè)點(diǎn)的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8個(gè)方向進(jìn)行編碼，所述步驟I進(jìn)一步包括以下步驟:
[0020]步驟11，確定大口徑光學(xué)元件表面損傷子圖像中一個(gè)損傷輪廓的起始點(diǎn)；
[0021]步驟12，順序掃描起始點(diǎn)方向鏈碼八鄰域的像素，當(dāng)掃描到的像素點(diǎn)值與起始點(diǎn)相同時(shí)，確定該點(diǎn)為下一個(gè)損傷輪廓點(diǎn)，重復(fù)損傷輪廓點(diǎn)的掃描跟蹤過程，并記錄所有損傷輪廓點(diǎn)的鏈碼值和該點(diǎn)的坐標(biāo)值，當(dāng)跟蹤到的損傷輪廓點(diǎn)為起始點(diǎn)時(shí)完成跟蹤，這樣就形成一個(gè)完整的損傷輪廓，并將所有跟蹤到的損傷輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)和個(gè)數(shù)保存在相應(yīng)的輪廓序列中。需要注意的是，如果跟蹤的損傷輪廓點(diǎn)處于子圖像的上下左右邊界，則通過讀取與邊界相鄰的另外一張子圖像進(jìn)行損傷輪廓點(diǎn)的跟蹤，從而避免一個(gè)損傷輪廓橫跨兩個(gè)子圖像而被誤判成兩個(gè)損傷輪廓的情況，如圖2所示，比如，如果跟蹤的損傷輪廓點(diǎn)存在于子圖像A的右邊界，則讀取該子圖像右邊的子圖像B的左邊界以繼續(xù)進(jìn)行損傷輪廓點(diǎn)的跟蹤。
[0022]步驟2:計(jì)算得到的損傷輪廓的特征；
[0023]所述損傷輪廓的特征包括但不限于:損傷輪廓的長度和寬度、最小外接矩形的長度和寬度、最小外接圓直徑、主軸角度、圓形度、矩形度、偏心度、離心率等特征，其中，所述主軸角度是輪廓主軸方向與水平方向的夾角，當(dāng)輪廓接近圓形時(shí)，主軸角度為90° ;圓形度是周長的平方與面積的比；矩形度是輪廓的面積與其最小外界矩形的面積之比；離心率是主軸長度與次軸長度之比；偏心度是質(zhì)心到主軸的距離與主軸長度之比。
[0024]步驟3:基于損傷輪廓的特征對損傷輪廓進(jìn)行分類標(biāo)記；
[0025]該步驟中，首先對損傷輪廓特征利用PCA (Principal Component Analysis)進(jìn)行降維，選取覆蓋能量超過80%以上的特征為描述損傷輪廓的主要特征，在本發(fā)明一實(shí)施例中，單個(gè)損傷輪廓的特征為1*5的向量，該向量的元素為:長度、寬度、偏心度、主軸角度和矩形度。然后利用RBF(Radical Basis Function)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對損傷輪廓進(jìn)行分類標(biāo)記,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于PCA降維后的主要特征數(shù)，輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)為分類的樣本數(shù)即損傷類別數(shù)，隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)是通過對主要特征數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證選取得到的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)取為5，輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)為分類的樣本數(shù)取為3，比如可以分為麻點(diǎn)、劃痕和潮解斑三類，隱含層的節(jié)點(diǎn)取為20 ；
[0026]步驟4:根據(jù)指定要求和分類標(biāo)記信息，對損傷輪廓進(jìn)行篩選、處理和顯示，生成大口徑光學(xué)7Π件表面損傷分布圖。
[0027]所述指定要求包括損傷輪廓的大小和縮放倍數(shù)，所述損傷輪廓的大小包括損傷輪廓的周長和面積，比如可指定損傷輪廓周長的最大值和最小值，損傷輪廓所包圍面積的最大值和最小值。所述步驟4還包括根據(jù)所述指定要求對損傷輪廓進(jìn)行篩選，去掉不符合要求的損傷輪廓的步驟；所述步驟4還包括按照指定縮放倍數(shù)對單個(gè)損傷輪廓以質(zhì)心為原點(diǎn)進(jìn)行縮放的步驟，如圖3所示，其中縮放原理表示為:
[0028]d2.X= (k* (dl.χ-g.x)) +newg.x+transform.x ；
[0029]d2.y= (k* (dl.y-g.y)) +newg.y+transform.y ；
[0030]其中，((11.1，(11.7)是損傷輪廓縮放前的輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)，1^為縮放倍數(shù)，(g.x，g.y)為損傷輪廓質(zhì)心的坐標(biāo)，(d2.x, d2.y)是損傷輪廓縮放后的輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)，(newg.x, newg.y)為縮放后損傷輪廓質(zhì)心的坐標(biāo)，(transform, x, transform, y)為將損傷輪廓點(diǎn)投影到設(shè)定大小的分布圖中的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。
[0031]對于損傷輪廓的縮放具體為:首先計(jì)算出損傷輪廓縮放前的輪廓點(diǎn)與損傷輪廓縮放后的輪廓點(diǎn)之間的距離，縮放操作就相當(dāng)于以原損傷輪廓的質(zhì)心為原點(diǎn)，重新編碼損傷輪廓點(diǎn)，對損傷輪廓進(jìn)行縮放即是對輪廓點(diǎn)與質(zhì)心之間的距離進(jìn)行縮放，這樣通過新的輪廓點(diǎn)就很容易求得縮放后損傷輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)；然后，由于縮放前輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)與縮放后輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)存在比例關(guān)系，故最終的大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖中輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)需要加上補(bǔ)償量transform。
[0032]所述步驟4還包括按照標(biāo)記好的損傷類別對損傷輪廓用不同的顏色或線型進(jìn)行顯示的步驟，即將第一種類別損傷輪廓顯示為第一種顏色或線型，將第二種類別損傷輪廓顯示為第二種顏色或線型，將第η種類別損傷輪廓顯示為第η種顏色或線型(η=1，2...)。
[0033]把篩選后且標(biāo)記好的損傷按照指定縮放要求進(jìn)行顯示，就可以得到大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖。
[0034]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例最終生成的大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖如圖4所示，圖4中，粗實(shí)線代表潮解斑，細(xì)實(shí)線代表麻點(diǎn)，點(diǎn)劃線代表劃痕。
[0035]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之 內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖的生成方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1:對現(xiàn)有的多張大口徑光學(xué)元件表面損傷子圖像進(jìn)行損傷輪廓提取，獲取所有的損傷輪廓序列； 步驟2:計(jì)算得到的損傷輪廓的特征； 步驟3:基于損傷輪廓的特征對損傷輪廓進(jìn)行分類標(biāo)記； 步驟4:根據(jù)指定要求和分類標(biāo)記信息，對損傷輪廓進(jìn)行篩選、處理和顯示，生成大口徑光學(xué)元件表面損傷分布圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I中，利用freeman鏈碼跟蹤的方法來跟蹤得到損傷輪廓信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟I進(jìn)一步包括以下步驟: 步驟11，確定大口徑光學(xué)元件表面損傷子圖像中一個(gè)損傷輪廓的起始點(diǎn)； 步驟12，順序掃描起始點(diǎn)方向鏈碼八鄰域的像素，當(dāng)掃描到的像素點(diǎn)值與起始點(diǎn)相同時(shí)，確定該點(diǎn)為下一個(gè)損傷輪廓點(diǎn)，重復(fù)損傷輪廓點(diǎn)的掃描跟蹤過程，并記錄所有損傷輪廓點(diǎn)的鏈碼值和該點(diǎn)的坐標(biāo)值，當(dāng)跟蹤到的損傷輪廓點(diǎn)為起始點(diǎn)時(shí)完成跟蹤，就得到一個(gè)完整的損傷輪廓，并將所有跟蹤到的損傷輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)和個(gè)數(shù)保存在相應(yīng)的輪廓序列中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟12中，如果跟蹤的損傷輪廓點(diǎn)處于子圖像的邊界，則通過讀取與邊界相鄰的另外一張子圖像進(jìn)行損傷輪廓點(diǎn)的跟蹤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述損傷輪廓的特征包括:損傷輪廓的長度和寬度、最小外接矩形的長度和寬度、最小外接圓直徑、主軸角度、圓形度、矩形度、偏心度和/或離心率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中，首先提取損傷輪廓的主要特征，然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對損傷輪廓進(jìn)行分類標(biāo)記。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，通過對損傷輪廓特征進(jìn)行降維來選取損傷輪廓的主要特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述指定要求包括損傷輪廓的大小和縮放倍數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4還包括根據(jù)所述指定要求對損傷輪廓進(jìn)行篩選，去掉不符合要求的損傷輪廓的步驟，和/或按照指定縮放倍數(shù)對單個(gè)損傷輪廓以質(zhì)心為原點(diǎn)進(jìn)行縮放的步驟，和/或按照標(biāo)記好的損傷類別對損傷輪廓用不同的顏色進(jìn)行顯示的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，如果所述步驟4包括按照指定縮放倍數(shù)對單個(gè)損傷輪廓以質(zhì)心為原點(diǎn)進(jìn)行縮放的步驟，則所使用的縮放原理為:
d2.X= (k* (dl.χ-g.x)) +newg.x+transform.x ；
d2.y= (k* (dl.y-g.y)) +newg.y+transform.y ； 其中，(dl.x，dl.y)是損傷輪廓縮放前的輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)，k為縮放倍數(shù)，(g.X，g.y)為損傷輪廓質(zhì)心的坐標(biāo)，(d2.x, d2.y)是損傷輪廓縮放后的輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)，(newg.x, newg.y)為縮放后損傷輪廓質(zhì)心的坐標(biāo)，(transform, x, transform, y)為將損傷輪廓點(diǎn)投影到設(shè)定大小的分布圖中的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。
【文檔編號(hào)】G01N21/88GK103743750SQ201410016315
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】陶顯, 張正濤, 張峰, 史亞莉, 尹英杰, 白明然 申請人:中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所