[发明专利]终端光学元件损伤在线检测中孪生像的剔除方法

权利要求书

1.终端光学元件损伤在线检测中孪生像的剔除方法，其特征在于它按以下步骤进行：

一、对每一个存在晶体的成像光路，在被检光学元件上取样M×N个点，作为损伤点位置，计算出M×N个点在成像系统中CCD上所成的o光像与e光像的坐标；

其中M×N个点中任一点在成像系统中CCD上所成的o光像与e光像的坐标按如下步骤进行；

A、求寻常光波矢量k_o和非常光波矢量k_e的表达式：

单轴晶体厚度为L，口径为a×b，一束平行光沿方向k₁＝(cosα₁,cosβ₁,cosθ₁)照射到晶体表面，入射点为坐标原点O，z轴为晶体表面法线；晶体光轴p的方向余弦为e_p＝(x₀,y₀,z₀)，在晶体内，产生折射o光和e光，寻常光(o光)波矢量k_o、非常光(e光)波矢量k_e、非常光(e光)光线矢量s_e与z轴夹角分别为θ_o、θ_ke、θ_se，由此得出k_o、k_e的表达式为：

ko=(cosα1sinθ1sinθo,cosβ1sinθ1sinθo,cosθo)---(1)]]>

ke=(cosα1sinθ1sinθke,cosβ1sinθ1sinθke,cosθke)---(2)]]>

其中，k_o、k_e均为单位矢量，即|k_o|＝|k_e|＝1；

B、求e光折射率n₂：

设k_o、k_e、s_e与晶体出射面交点分别为P_o、P_ke、P_se，由晶体光学理论可知，k_o与k_e均在入射面内，即：k₁、k_o、k_e三者共面，s_e不在入射面内，但是k_e、s_e与晶体光轴e_p三者共面；设s_e的单位方向向量为：s_e＝(a_e,b_e,c_e)，对于o光，波矢量k_o与光线方向s_o重合，折射角均为θ_o＝arcsin(n₁sinθ₁/n_o)；对于e光，折射率n₂同波矢量k_e与晶体光轴p的夹角θ_kp有关，即：

n2=noneno2sin2θkp+ne2cos2θkp---(3)]]>

式中n_o和n_e分别是晶体的o折射率和e折射率；

C、求解角θ_kp的值：

由k_e与p的夹角为θ_kp可得：

cosθkp=ke·ep=x0cosα1sinθ1sinθke+y0cosβ1sinθ1sinθke+z0cosθke---(4)]]>

由斯涅耳定律可知：n₁sinθ₁＝n₂sinθ_ke(5)

把公式(4)代入公式(3)消去cosθ_kp得到n₂表达式，然后再把得到的n₂代入公式(5)，整理出一个关于tanθ_ke的二元一次方程：

Atan²θ_ke+Btanθ_ke+C＝0(6)

方程的解为：

tanθke=-B±B2-4AC2A---(7)]]> 1

其中

由于tanθ_ke只有一个根，因此可求出θ_ke，将求出的θ_ke代入到公式(4)中，可求出θ_kp值；

D、求折射光s_e和折射光s_o方向余弦表达式：

在单轴晶体中，k_e与s_e的夹角为离散角α，表达式为：

tanα=(1-ne2/no2)tanθkp1+(no2/ne2)tan2θkp---(9)]]>

依上式即可求出离散角α；

由k_e、s_e与晶体光轴p三者共面可知：

aebececosα1sinθ1sinθkecosβ1sinθ1sinθkecosθkex0y0z0=0---(10)]]>

由晶体光学理论可知s_e与光轴p夹角θ_sp可由来确定；同时又有：

cosθ_sp＝s_e·e_p＝a_ex₀+b_ey₀+c_ez₀ (11)

cosα=ke·se=aecosα1sinθ1sinθke+becosβ1sinθ1sinθke+cecosθke---(12)]]>

由公式(10)、(11)和(12)，可以得到：

Ps_e＝Q (13)

其中

se=aebece;Q=0cosθspcosα]]>

当入射平面光为k₁＝(cosα₁,cosβ₁,cosθ₁)时，折射光s_e＝(a_e,b_e,c_e)与折射光s_o＝(a_o,b_o,c_o)方向余弦表达式分别为：

s_e＝P^-1Q (14)

so=aoboco=0sin[arcsin(n1sinθ1/no)]cos[arcsin(n1sinθ1/no)]---(15)]]>

E、求o光像与e光像的坐标：

被检光学元件厚度L₁，与光路中的晶体的距离为D₁；晶体厚度为L₂，晶体与成像系统的等效透镜距离为D₂，等效透镜的光心为P，等效透镜与CCD距离为D₃，被检光学元件后表面某一位置存在损伤点为Q(x,y)，k₁与k₂表示损伤点Q(x,y)发出的两个不同方向的散射光波矢量，其中，光波矢量k₁满足条件：k₁入射到晶体入光面点A处，在晶体内产生的折射o光线折射角为θ_A，o光线穿出晶体后，出射的o光线经过成像系统的等效透镜光心P，照射到CCD感光面上Q₁点，与其他汇聚来的o光线形成o光像Q₁；光波矢量k₂满足条件：k₂入射到晶体入光面点B处，在晶体内产生的折射e光线折射角为θ_B，e光线穿出晶体后，出射的e光线经过成像系统的等效透镜光心P，照射到CCD感光面上Q₂点，与其他汇聚来的e光线形成e光像Q₂；

通过搜索法找出o光像的位置Q₁(x₁,y₁)：

f(θ1)=(D1+D2)tanθ1+L2tan[arcsin(n1sinθ1/no)]-x2+y2---(16)]]>

x1=xx2+y2D3tanθ1my1=yx2+y2D3tanθ1m---(17)]]>

θ_1m是表达式(16)在f(θ₁)＝0时对应方程的解，tanθ_1m是θ_1m的正切值；

再通过搜索法找出e光像的位置Q₂(x₂,y₂)：

g(α1,β1)=x+aeceL2+cosα11-cos2α1-cos2β1(D1+D2)h(α1,β1)=y+beceL2+cosβ11-cos2α1-cos2β1(D1+D2)---(18)]]>

x2=D3D1+D2(x+aeceL2)y2=D3D1+D2(y+beceL2)---(19)]]>

二、对每一对孪生像画出一个有向线段，起点为o光像，终点为e光像，计算出M×N个有向线段的距离与倾角；

三、对计算出的M×N个有向线段的距离与倾角进行统计分析，找出o光像与e光像的位置关系，以此为依据对在线图像进行重影像识别；

四、把e光像作为重影像，e光像的灰度积分值合并到o光像上，剔除e光像；

五、保留o光像作为损伤点的唯一像，完成了孪生像中的重影像的剔除。