反射镜表面激光散射显微成像检测系统研究

摘要

高反射镜作为典型的高精密光学元件，其表面疵病散射直接影响光学测试系统的性能、精度等多项重要指标。高反射镜表面疵病的散射量可借助激光散射显微成像系统进行检测，本文采用成像技术，测量和评估局部立体角散射分布，进一步标记和测量表面瑕疵，对高反射镜的表面研究具有重要意义。　　为了保证整个系统的检测效率及精度要求，首先在硬件系统上选择满足要求的激光光源和CCD，设计20×显微物镜镜头、计算光斑的大小;其次为了更好地得到疵病的散射图像，针对划痕和麻点，重点研究光源不同入射角度以及同一入射角度疵病不同方位上的散射光差异对疵病成像质量的影响，得到空间域的激光照射与疵病散射光成像的关系;最后编写了基于Labview的显微成像测试软件，软件通过步进电机控制高反镜旋转角度和位置，并实时采集散射图像;重点研究如何快速有效地对采集到的子孔径图像进行精确配准与融合，完成高反射镜表面所有子孔径图像拼接的算法设计。为了方便对高反射镜表面疵病图像进行处理，编写了疵病图像处理系统软件构架，进而达到高效检测高反射镜表面疵病的目的。　　基于上述软硬件系统的设计，搭建了激光散射显微成像测试系统，利用间距25μm标准分辨率板标定了测试系统，标定结果证明该测试系统可以满足对高反射镜表面疵病进行检测的要求。对高反射镜样品Φ5mm区域内进行测试，得到疵病信息的检测结果。通过分析整个测试系统的精度，在20×倍率下能够分辨微米量级的疵病，并且整个系统检测时间小于10分钟。

目录

摘要

1绪论

1．1课题的研究背景及意义

1．2国内外发展趋势及现状

1．2．1成像法

1．2．2角谱分析法

1．3光学显微散射成像理论

1．4本文主要研究内容和章节安排

1．4．1本文主要研究目的

1．4．2本文主要研究内容

1．4．3研究工作重点

1．4．4章节安排

2高反射镜表面疵病检测系统研究

2．1照明系统

2．1．1光源的选择

2．1．2光源的入射角度

2．1．3光源的方位角度

2．2显微成像物镜设计

2．2．1显微物镜设计理论基础

2．2．2显微物镜设计及像差分析

2．3图像采集系统

2．3．1CCD相机的选取

2．3．2计算CCD光敏面的功率谱响应

2．3．3图像采集卡的选择

2．4扫描运动定位系统

2．4．1电机控制器的说明及参数

2．4．2旋转平移台的选取

2．5检测系统原理及实验平台介绍

2．6本章小结

3激光散射显微成像测试系统软件设计

3．1测试系统的软件设计方案

3．1．1Labview软件设计流程

3．1．2扫描运动控制方案设计

3．2高反射镜表面疵病检测系统软件设计

3．2．1运动控制部分软件设计

3．2．2图像采集与保存的子程序设计

3．3激光散射显微成像系统的调试

3．3．1测试系统接口调试

3．3．2系统校准与标定

3．3．3扫描定位系统校正

3．4本章小结

4图像特征拼接算法研究

4．1基于疵病特征的图像拼接算法

4．1．1基于特征点位置匹配的图像拼接

4．1．2基于Harris角点检测的图像拼接

4．2图像拼接精度分析

4．2．1图像配准精度分析

4．2．2图像拼接时间对比

4．3本章小结

5高反射镜表面疵病图像处理系统

5．1疵病图像的预处理

5．1．1图像灰度校正

5．1．2图像空间滤波去噪

5．1．3图像系统的标定

5．2高反射镜表面疵病图像的子孔径拼接

5．2．1子孔径图像剪切拼接

5．2．2全孔径疵病图像获取的总体思路

5．2．3全口径拼接结果

5．3疵病图像的旋转融合

5．3．1图像旋转算法理论基础

5．3．2图像或运算叠加

5．3．3旋转融合效果

5．4疵病的识别与定位

5．4．1疵病识别算法研究

5．4．2疵病区域的定位

5．5本章小结

6结论与展望

6．1结论

6．2课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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