終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生像的剔除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)元件檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生 像的剔除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型固體激光裝置規(guī)模宏大，光學(xué)元件數(shù)量眾多，輸出能量和功率高，是慣性約束 聚變研究的主力裝置。在高功率輸出條件下，光學(xué)元件損傷成為了人們必須面臨的棘手問 題，因此光學(xué)元件損傷需要嚴(yán)格控制。慣性約束聚變大型固體激光裝置的終端光學(xué)組件集 成了大口徑的晶體光學(xué)元件，在高能量激光（最大輸出通量8J/cm 2,脈寬3ns，波長351nm) 的輻照下極易產(chǎn)生損傷，為了確保及時發(fā)現(xiàn)與跟蹤損傷的增長過程，終端光學(xué)元件損傷在 線檢測系統(tǒng)（FODI)在每次打靶實驗后，對終端光學(xué)元件采集圖像，使用數(shù)據(jù)處理模塊對圖 像中的損傷進(jìn)行識別與分類，標(biāo)記出所有可能的損傷。然而，對于晶體雙折射造成的重影剔 除問題，還沒有專門的處理方法。
[0003] 本專利通過研究晶體雙折射所致孿生像的位置與能量關(guān)系，提出一種剔除重影的 方法。晶體雙折射導(dǎo)致了每一個損傷點形成兩個像，即〇光像與e光像，二者構(gòu)成一對孿生 像。根據(jù)孿生像的性質(zhì)把e光像的能量合并到〇光像上，然后剔除e光像，并使用〇光像的 位置作為合并像的位置，從而達(dá)到了剔除重影的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決晶體雙折射造成的重影剔除的問題，而提出終端光學(xué)元件損傷在線 檢測中孿生像的剔除方法。
[0005] 終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生像的剔除方法，按以下步驟進(jìn)行：
[0006] -、對每一個存在晶體的成像光路，在被檢光學(xué)元件上取樣MXN個點，作為損傷 點位置，計算出MXN個點在成像系統(tǒng)中CCD上所成的〇光像與e光像的坐標(biāo)；
[0007] 其中MXN個點中任一點在成像系統(tǒng)中C⑶上所成的〇光像與e光像的坐標(biāo)按如 下步驟求得；
[0008] A、求尋常光波矢量k。和非常光波矢量I的表達(dá)式：
[0009] 單軸晶體厚度為L，口徑為aXb，在晶體表面建立如圖1所示的坐標(biāo)系，一束平行 光沿方向I^1= (cos a 1，cos β D cos Θ D照射到晶體表面，入射點為坐標(biāo)原點〇, z軸為晶體 表面法線；晶體光軸P的方向余弦為ep= (X。，y。，z。)，在晶體內(nèi)，產(chǎn)生折射〇光和e光。尋 常光（〇光）波矢量k。、非常光（e光）波矢量Icf3、非常光（e光）光線矢量S f3與z軸夾角分 別為Θ。、Θ ke、θ m，由此得出k。、kj勺表達(dá)式為：
[0010]
[0011]
[0012] 其中，k。、ke均為單位矢量，即|k」=|ke| = I ;
[0013] B、求e光折射率n2:
[0014] 設(shè)H se與晶體出射面交點分別為P WP1^Pse，由晶體光學(xué)理論可知，k。與k 6均 在入射面內(nèi)，即：h、k。、ke三者共面，s e不在入射面內(nèi)，但是ke、Se與晶體光軸e p三者共面； 設(shè)\的單位方向向量為：s (a μ L cj，對于〇光，波矢量k。與光線方向s。重合，折射角 均為^ci=BrcsinOi1Sin ;對于e光，折射率11 2同波矢量Icf3與晶體光軸p的夾角Θ kp 有關(guān)，B口，
[0015]
[0016] 式中11。和n e分別是晶體的〇折射率和e折射率；
[0017] C、求解角0kp的值：
[0018] 由k"與D的夾角為Θ 可得：
[0019]
[0020] 由斯涅耳定律可知：Ii1Sin Θ丨=n 2sin Θ ke (5)
[0021] 把公式（4)代入公式（3)消去cos 0kp得到n 2表達(dá)式，然后再把得到的n 2代入公 式（5)，整理出一個關(guān)于tan Θ 勺二元一次方程：
[0022] A tan2 Θ ke+B tan Θ ke+C = 0 (6)
[0023] 方程的解為：
[0027] C = η； +(n；-n2o)z；t
[0028] 由于tan 只有一個根，因此可求出θ ，將求出的代入到公式（4)中，可求 出Θ kp值；
[0029] D、求折射光Sf3和折射光s。方向余弦表達(dá)式：
[0030] 在單軸晶體中，k與s e的夾角為離散角α，表達(dá)式為：
[0031]
[0032] 依上式即可求出離散角α ;
[0033] 由ke、Se與晶體光軸ρ三者共面可知：
[0045] E、求ο光像與e光像的坐標(biāo)：
[0046] 終端光學(xué)元件的損傷點在線檢測成像原理圖如圖2所示：被檢元件（Inspected Optic)厚度L 1，與光路中的晶體（Crystal)元件距離為D1;晶體厚度為L2，晶體與成像系統(tǒng) 的等效透鏡距離為D 2，等效透鏡的光心為P，等效透鏡與CXD距離為D3。設(shè)被檢元件后表面 某一位置存在損傷點為Q(X，y)，Q點發(fā)出的散射光其中一部分進(jìn)入成像系統(tǒng)，進(jìn)入成像系 統(tǒng)的這部分光構(gòu)成一個錐狀體，設(shè)錐狀體的錐頂立體角為Ω β，對應(yīng)的錐頂平面角為α<)。Ωβ 與Cttj的大小決定著進(jìn)入成像系統(tǒng)光通量。Icr^k2表示損傷點Q發(fā)出的兩個不同方向的散 射光波矢量。其中，光波矢量4滿足條件A 1入射到晶體入光面點A處，在晶體內(nèi)產(chǎn)生的折 射〇光線折射角為θ Α，〇光線穿出晶體后，出射的〇光線經(jīng)過成像系統(tǒng)的等效透鏡光心Ρ， 照射到CCD感光面上仏點（ω ^'為這條光線與光路光軸的夾角，即〇光像的像方視場角）， 與其他匯聚來的〇光線形成〇光像Q1;光波矢量k 2滿足條件：k 2入射到晶體入光面點B處， 在晶體內(nèi)產(chǎn)生的折射e光線折射角為ΘΒ，e光線穿出晶體后，出射的e光線經(jīng)過成像系統(tǒng) 的等效透鏡光心P，照射到CCD感光面上仏點（ω /為這條光線與光路光軸的夾角，即e光 像的像方視場角），與其他匯聚來的e光線形成e光像Q2;U'為軸上像點的像方孔徑角，U' 與ω。'、ω/決定成像亮度，ω。'、ω/與θ Α、θ B作為結(jié)論公式（17)、（19)的中間量都可 以由步驟一中的A~D求出。
[0047] 通過搜索法找出〇光像的位置Q1 (X1, yi):
[0053] 二、對每一對孿生像畫出一個有向線段，起點為〇光像，終點為e光像，計算出M X N 個有向線段的距離與傾角；
[0054] 三、對計算出的MXN個有向線段的距離與傾角進(jìn)行統(tǒng)計分析，找出〇光像與e光 像的位置關(guān)系，以此為依據(jù)對在線圖像進(jìn)行重影像識別；
[0055] 四、把e光像作為重影像，e光像的灰度積分值合并到〇光像上，剔除e光像；
[0056] 五、保留〇光像作為損傷點的唯一像，完成了孿生像中的重影像的剔除。
[0057] 本發(fā)明包括以下有益效果：
[0058] 1、通過本發(fā)明方法，對在線圖像進(jìn)行重影像識別，剔除e光像，并將e光像的灰度 積分值合并到〇光像上，完成了孿生像中的重影像的剔除，確保及時發(fā)現(xiàn)與跟蹤損傷的增 長過程；
[0059] 2、對于晶體雙折射造成的重影剔除問題，還沒有專門的處理方法，本發(fā)明方法填 補了本領(lǐng)域內(nèi)一項技術(shù)空白。
【附圖說明】
[0060] 圖1為單軸晶體雙折射原理示意圖；
[0061] 圖2為晶體雙折射廣生的李生像不意圖；
[0062] 圖中1為被檢光學(xué)元件，2為晶體，3為透鏡，4為(XD。
【具體實施方式】
[0063] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合圖1、圖2和具 體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0064]
【具體實施方式】一、本實施方式所述的終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生像的剔除 方法按以下步驟進(jìn)行：
[0065] -、對每一個存在晶體的成像光路，在被檢光學(xué)元件上取樣MXN個點，作為損 傷點位置，計算出MXN個點在成像系統(tǒng)中CCD上所成的〇光像與e光像的坐標(biāo)，其中 5彡M彡50,5彡N彡50 ;
[0066] 其中MXN個點中任一點在成像系統(tǒng)中C⑶上所成的〇光像與e光像的坐標(biāo)按如 下步驟進(jìn)行；
[0067] A、求尋常光波矢量k。和非常光波矢量k e的表達(dá)式：
[0068] 單軸晶體厚度為L，口徑為aX b，在晶體表面建立如圖1所示的坐標(biāo)系，一束平行 光沿方向Ii1= (cos a 1，COS β D COS Θ i)照射到晶體表面，入射點為坐標(biāo)原點〇, Z軸為晶體 表面法線；晶體光軸P的方向余弦為ep= (X。，y。，z。)，在晶體內(nèi)，產(chǎn)生折射〇光和e光。尋 常光（〇光）波矢量k。、非常光（e光）波矢量Icf3、非常光（e光）光線矢量S f3與z軸夾角分 別為Θ。、Θ ke、θ m，由此得出k。、kj勺表達(dá)式為：
[0069]
[0070]
[0071] 其中，k。、ke均為單位矢量，即|k」=|k」=1 ;
[0072] B、求e光折射率n2:
[0073] 設(shè)H Se與晶體出射面交點分別為P WP1^Pse，由晶體光學(xué)理論可知，k。與k 6均 在入射面內(nèi)，即：h、k。、ke三者共面，s e不在入射面內(nèi)，但是ke、Se與晶體光軸e p三者共面； 設(shè)\的單位方向向量為：s (a μ L cj，對于〇光，波矢量k。與光線方向s。重合，折射角 均為^ci=BrcsinOi1Sin ;對于e光，折射率112同波矢量Icf3與晶體光軸p的夾角Θ kp 有