光学元件损伤在线检测图像处理技术

针对光学元件损伤图像中损伤区域的高精度检测问题,对内全反射照明下光学元件损伤图像的处理技术进行了研究。根据在线检测图像中损伤区域中心峰值的信号强度高于局部背景的信号强度这一特点,利用高斯滤波器生成待检测图像的局部信号强度比图像,实现了对损伤区域的低漏检率自动定位;根据CCD的成像原理,利用辐射标定的方法建立起损伤区域的尺寸与其在图像中总灰度的关系方程,实现了损伤区域的亚像素高精度尺寸测量。实验结果表明,与传统的光学元件损伤图像处理算法相比,本文提出的算法在保持低漏检率的同时大大提高了损伤区域的测量精度。     

Final optics damage online inspection in high power laser facility

For the laser-induced damage (LID) in large-aperture final optics, we present a novel approach of damage online inspection and its experimental system, which solves two problems:classification of true and false LID and size measurement of the LID. We first analyze the imaging principle of the experimental system for the true and false damage sites, then use kernel-based extreme learning machine (K-ELM) to distinguish them, and finally propose hierarchical kernel extreme learning machine (HK-ELM) to predict the damage size. The experimental results show that the classification accuracy is higher than 95%, the mean relative error of the predicted LID size is within 10%. So the proposed method meets the technical requirements for the damage online inspection.     

单根多模光纤数字扫描成像方法

针对现有多模光纤数字扫描成像方法,形成扫描聚焦光斑计算量大、速度慢的问题,提出了一种基于自适应并行坐标（Adaptive Parallel Coordinate,APC）算法的单根多模光纤数字扫描成像方法,通过控制多模光纤输入端的光场,在单根多模光纤出射端实现光斑的聚焦和扫描。建立了单根多模光纤数字扫描成像数学模型;采用自适应并行坐标算法对空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）加载相位进行优化,有效缩短了扫描聚焦光斑的形成时间,提高了成像速度。实际生成3030个聚焦光斑,对50 m50 m范围的分辨率板进行扫描成像。实验证明,该方法实现了单根多模光纤对距离光纤端面60 m处平面内的目标成像,分辨率达到2.46 m。     

基于特征地图的移动机器人全局定位与自主泊位方法

 提出一种新的移动机器人全局定位与自主泊位方法.该方法分为两阶段：离线阶段,采用SIFT(Scale Invariant Feature Transform)算法并提出一种基于DD BBF(Double Direction Best Bin First)的特征匹配方法实现视觉特征三维重建;将进化策略应用于Rao Blackwellized粒子滤波器,并结合自适应重采样,实现了移动机器人同时定位和特征地图创建.在线阶段,采用基于HMM(Hidden Markov Model)的方法实现全局泊位位置识别;采用RANSAC算法实现全局度量定位;提出极点伺服控制方法,实现机器人精确自主泊位.在室内环境下的实验结果证实了该方法的优良性能.     

ICF终端光学元件损伤在线检测装置的研究

终端光学元件是惯性约束聚变（ICF）系统最重要的组成部分之一。文中针对ICF系统中终端光学元件损伤的高精度、高效率检测问题,对光学元件损伤在线检测技术进行了研究,以神光-Ⅲ原型装置终端光学元件为检测对象设计了光学元件损伤在线检测系统。针对终端光学元件的排布特点及其检测要求,利用CODEV软件设计了高分辨率变焦距望远光学系统;根据终端光学元件在靶室中的分布位置,设计了相应的对准及定位系统,实现了对球体空间排布的大尺寸光学元件组的远距离、高精度、实时快速检测。模拟ICF靶场环境进行了离线仿真实验,实验表明:系统的MTF曲线在68 lp/mm大于0.4,80%能量分布在22像元内。在1.8~2.8 m的工作距离下,检测装置对300 mm300 mm视场范围内60 m以上的损伤点可以通过图像处理方法进行分辨,160 m以上的损伤点可以进行精确测量;姿态调整系统各运动环节运行精度均优于13 arc sec,满足检测要求。     

一种新的惯性约束聚变用靶在线监测技术

为了实现惯性约束聚变(ICF)用靶的高精度定位,需要对靶的位姿进行监测.传统的视觉监测方法对照明、靶姿态等非常敏感,常需要人工参与判别.将尺度恒定特征变换(SIFT)算法引入到ICF靶监测领域,实现一种基于SIFT特征匹配的ICF用靶在线监测方法,实验表明采用该方法对靶位姿的监测精度可达到平移精度优于6 μm,转角精度优于0.5'.     

基于子孔径拼接的衍射干涉靶丸形貌检测技术

为实现惯性约束聚变实验中核心部件球形靶丸表面形貌的高精度、高效率、无遗漏检测,建立了基于子孔径拼接和衍射干涉技术相结合的靶丸形貌测量装置,给出了测量的基本原理及系统单孔径横向分辨率的计算方法,并对靶丸旋转扫描时子孔径的排布进行了划分。针对点云数据横向间隔过大导致匹配算法迭代收敛速度缓慢,甚至不收敛的问题,提出以虚拟的极小半径代替实际曲率半径,将点云进行横向压缩的方法,在保持形貌特征不变的同时提高算法的匹配速度和准确性。最后,对直径1 mm的镀金球靶进行了实际测量,得到拼接后相对形貌误差峰谷值和均方根值分别为1.332和0.479的检测结果,可以同时获得表面形貌的整体起伏特征,以及局部的形貌细节。     

基于映射图像匹配的子孔径拼接技术

为实现微球形貌检测中子孔径数据的快速、准确拼接,给出基于点衍射干涉原理的微球形貌检测模型,分析了干涉场横向分辨率的分布规律,提出基于映射图像匹配的子孔径拼接方法。通过形貌数据的等尺度变换,实现横向分辨率均匀化,并将三维点云数据进行降维处理,映射生成二维图像,从而将形貌数据的旋转关系转化为图像坐标的平移关系,再通过图像匹配算法对特征点进行匹配,得出子孔径坐标系间的对应关系,从而实现拼接。最后通过仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。     

连接向量特征匹配的暗场图像配准方法

利用损伤点之间的位置关系,根据光学元件损伤暗场图像的特点设计了一种基于连接向量特征匹配的配准方法。该方法首先对基准图像及待配准图像分别进行图像预处理,提取损伤点轮廓的中心坐标作为损伤点的位置值。然后构建损伤点连接向量,求出主方向并计算主方向下的连接向量特征,使用连接向量匹配获得匹配点对,最后利用RANSAC算法对匹配点对进行仿射变换参数计算。该方法具有旋转不变性,尺度不变性以及较高的配准准确度。实验对比分析了该方法与SIFT算法的计算效率及配准精度,结果表明在暗场图像条件下文中方法更有效且为背景单一,灰度信息较少同时要求较高的配准速度的场景下的图像配准问题提供了解决方案。     

点火靶半腔套装实验系统设计

根据美国NIF点火基准靶REV4.0要求,对半腔套装工艺进行了具体的参数分析,确定了半黑腔与冷冻罩的铝套筒过盈配合公差带等关键参数,制定了装配系统技术指标,设计了系统方案,研制了实验样机。该样机具有12个电控台,重复定位精度达到0.3μm和0.01°,并配备激光测头和6轴微力传感器,对靶件姿态与套装过程中的受力情况进行检测,可完成半黑腔套入与入射孔衬垫装配两道工序。利用该样机对模拟靶件进行了装配实验,半黑腔与铝套筒同轴度为8μm,轴向与径向夹角优于0.5°,验证了装配工艺与系统功能的有效性。