[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

摘要

终端光学元件损伤在线检测中孪生像的剔除方法，涉及光学元件检测技术领域，尤其涉及终端光学元件损伤在线检测中孪生像的剔除方法。本发明是要解决晶体双折射造成的重影剔除的问题。本发明方法通过以下步骤进行一、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；二、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；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。至此，完成了孪生像中的重影像的剔除。本发明适用于光学元件检测技术领域。

主权项

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ko和非常光波矢量ke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ep＝(x0,y0,z0)，在晶体内，产生折射o光和e光，寻常光(o光)波矢量ko、非常光(e光)波矢量ke、非常光(e光)光线矢量se与z轴夹角分别为θo、θke、θse，由此得出ko、ke的表达式为：ko=(cosα1sinθ1sinθo,cosβ1sinθ1sinθo,cosθo)---(1)]]>ke=(cosα1sinθ1sinθke,cosβ1sinθ1sinθke,cosθke)---(2)]]>其中，ko、ke均为单位矢量，即|ko|＝|ke|＝1；B、求e光折射率n2：设ko、ke、se与晶体出射面交点分别为Po、Pke、Pse，由晶体光学理论可知，ko与ke均在入射面内，即：k1、ko、ke三者共面，se不在入射面内，但是ke、se与晶体光轴ep三者共面；设se的单位方向向量为：se＝(ae,be,ce)，对于o光，波矢量ko与光线方向so重合，折射角均为θo＝arcsin(n1sinθ1/no)；对于e光，折射率n2同波矢量ke与晶体光轴p的夹角θkp有关，即：n2=noneno2sin2θkp+ne2cos2θkp---(3)]]>式中no和ne分别是晶体的o折射率和e折射率；C、求解角θkp的值：由ke与p的夹角为θkp可得：cosθkp=ke·ep=x0cosα1sinθ1sinθke+y0cosβ1sinθ1sinθke+z0cosθke---(4)]]>由斯涅耳定律可知：n1sinθ1＝n2sinθke    (5)把公式(4)代入公式(3)消去cosθkp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tanθke的二元一次方程：Atan2θke+Btanθke+C＝0    (6)方程的解为：tanθke=-B±B2-4AC2A---(7)]]>其中由于tanθke只有一个根，因此可求出θke，将求出的θke代入到公式(4)中，可求出θkp值；D、求折射光se和折射光so方向余弦表达式：在单轴晶体中，ke与se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ke、se与晶体光轴p三者共面可知：aebececosα1sinθ1sinθkecosβ1sinθ1sinθkecosθkex0y0z0=0---(10)]]>由晶体光学理论可知se与光轴p夹角θsp可由来确定；同时又有：cosθsp＝se·ep＝aex0+bey0+cez0     (11)cosα=ke·se=aecosα1sinθ1sinθke+becosβ1sinθ1sinθke+cecosθke---(12)]]>由公式(10)、(11)和(12)，可以得到：Pse＝Q     (13)其中se=aebece;Q=0cosθspcosα]]>当入射平面光为k1＝(cosα1,cosβ1,cosθ1)时，折射光se＝(ae,be,ce)与折射光so＝(ao,bo,co)方向余弦表达式分别为：se＝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θA，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θB，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)]]>θ1m是表达式(16)在f(θ1)＝0时对应方程的解，tanθ1m是θ1m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。