大口径光学元件表面灰尘与麻点自动判别.pdf

《大口径光学元件表面灰尘与麻点自动判别.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第26卷第1期强激光与粒子束Vol_26，NO．12014年1月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJan．，2O14大口径光学元件表面灰尘与麻点自动判别李璐，杨甬英，曹频，严路，王世通，陈晓钰，沈亦兵，刘东(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，杭州310027)摘要：在大口径光学元件表面疵病初检时，灰尘和麻点由于形态类似，不易区分。针对该问题，提出了一种基于模式识别理论的灰尘麻点判别方法。该判别方法以既有的疵病检测系统为基础，根据灰尘麻点的暗场成像特点，选取了合适的特征并根据因

2、子分析理论对特征进行变换，最后基于贝叶斯判别原理对灰尘麻点进行分类。采用自制定标板建立了灰尘麻点训练样本库，并进行多组实验，选取了合适的判别函数，最后进行了对未知样品表面灰尘麻点的区分。实验结果表明，该判别方法的正确率可以达到95以上。目前此判别方法已经用于惯性约束聚变系统中大口径光学元件表面灰尘与麻点自动区分。关键词：表面疵病；灰尘；麻点；模式识别；因子分析；贝叶斯判别中图分类号：TP391．4文献标志码：Adoi：10．3788／HPIPB201426．012001在惯性约束聚变系统中，需要采用大量

3、高精度大口径光学元件。这些光学元件表面存在的划痕、麻点、碎边等疵病将严重影响整个系统的正常运行，故而需要对表面疵病进行精密检测EL3]。在对大口径光学元件表面进行初检时，元件表面的灰尘由于形态与麻点类似，容易造成误判，从而降低了整个疵病检测系统的可靠性。目前，国际上区分灰尘及麻点的方法主要有阴影法和激光三维扫描法。美国密歇根大学LiaoYi等人采用阴影法区分机器加工面的残留污垢和凿孔，达到了较好的效果，但是精度限制在亚毫米量级；激光三维扫描区分硅片表面灰尘和麻点，精度较高，但数据量庞大，后续处理复杂，不

4、适用于大口径元件]。关于灰尘和麻点的区分，国内鲜见相关研究报道。模式识别理论目前已广泛应用于生物学、心理学、机器视觉、人工智能等科学领域]。美国LLNI采用模式识别的方法分析国家点火装置(NIF)的终端光学检视系统(FODI)所获取的暗场疵病图像、滤除硬件反光等非缺陷性特征，并将继续在此系统和光学检测系统(OI)的数据分类、优化中应用模式识别技术_7]。国内范勇等人采用模式识别的方法对疵病图像中的划痕和麻点进行区分，达到了较好的效果。本文在已建立起的基于暗场散射成像的大口径精密光学元件表面疵病检测系统的

5、基础上，提出了一种基于模式识别的灰尘麻点判别方法。1表面疵病检测系统1．1系统组成基于暗场散射成像的大口径精密光学元件表面疵病检测系统_9如图1所示，系统硬件部分主要由光源、显微成像系统和移导系统组成。由多束高亮度、高均匀性发光二极管(LED)排布而成的环形光源可实现对被测大口径光学元件的无盲点照明。采用暗场成像方式，接收疵病的散射光，可以观察到普通明场看不见的物体，突破显微镜的分辨极限¨】。电荷耦合元件(CCD)接收得到的图像是暗背景下的疵病亮像，对比度很好，适合图像处理。由于被测光学元件口径较大而显

6、微镜视场有限，本系统通过移导系统对样品进行xy方向移动获取子孔Fig．1Iayoutofsurfacedefectsevaluationsystem径图像，经子孔径图像拼接后得到完整的元件表面疵病信图i疵病检测系统图息1。*收稿日期：201304—19；修订日期：201308—13基金项目：国家科技重大专项(0205010803．18)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(2013QNA5006)作者简介：李璐(199O一)，女，硕士研究生，从事光学精密检测研究；lilu—sunny@163．corn。

7、通信作者：杨甬英(1954一)，女，教授，博导，主要从事光学精密检测、纳米测试方面的研究；chuyyy@hzcnc．tom。f口，L7强激光与粒子束1．2灰尘麻点区分的必要性在对大口径光学元件进行初检时，被检元件表面往往不可避免地会粘有灰尘。即使采用净化台等装置，体积较小的灰尘(如直径小于30m)仍附着在元件表面，不易去除。由于灰尘尺寸过小并且暗场成像背景灰度值几乎为零，无法采用如前所述的阴影法加以区分。虽然灰尘和麻点在形态、材质方面有非常多的不同，但在采用已有的疵病检测系统时，如图2所示，元件表面的麻

8、点(图2(a))和灰尘(图2(b))在环形光源的照明下，均会激发出散射光，并在CCD上成像。由于灰尘和麻点均为点状，暗场成像所得灰度图像很类似，所以，需要根据所得图像对其中的灰尘和麻点进行区分，以避免误判，提高疵病检测系统的可靠性。在实际的区分过程中，主要根据灰尘和麻点的灰度特征与形态学特征的不同进行判别：在灰度特征上，麻点为凹穴，灰尘为突起，平行光照射在麻点和灰尘上时，如图2所示，由于没有遮挡，灰尘的散射光强于麻点；在形态学特征上，麻点一