高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法。本发明包括如下步骤：优化子孔径扫描路径并确定子孔径空间位置分布；基于显微散射暗场成像原理采集平面子孔径图像；通过高次曲面三维子孔径矫正重构子孔径高次曲面三维图像；利用正投影变换和全口径拼接得到全口径高次曲面二维投影图像，提取低倍下缺陷特征；准确定位缺陷并进行高倍检测，提取高倍下缺陷特征；统计分析特征信息，生成评价数据。本发明实现了高次曲面光学元件表面缺陷的自动化定量检测，极大地提高了检测效率和检测精度，为高次曲面光学元件的加工与使用提供客观可靠的数值依据，为提高先进光学制造超精密加工技术、研究各种超精密加工工艺提供有力手段。
【专利说明】
高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法
技术领域
[0001] 本发明属于机器视觉检测技术领域，具体涉及一种高次曲面光学元件表面缺陷的 定量检测方法。
【背景技术】
[0002] 表面缺陷的数字化定量检测是先进光学制造超精密加工技术可持续发展的重要 环节，在表面面形及粗糙度得到良好控制的时候，表面缺陷越来越成为制约先进光学制造 超精密加工工艺和水平的主要因素，光学元件表面缺陷的数字化定量检测将为提高先进光 学制造超精密加工技术、研究各种超精密加工工艺提供有力手段。同时，在很多光学相关的 超高精度领域，如空间光学、惯性约束聚变(ICF)系统、超大规模集成电路等领域，光学元件 表面的缺陷如划痕、麻点等不但会影响光学系统成像质量，其在强光照射下还会产生不必 要的散射与衍射从而造成能量损失，该能量损失还可能因为能量过高而对系统造成致命的 二次损伤。因此，有必要在光学元件的使用前对其表面缺陷进行定量检测，从而为元件的使 用提供可靠的数值依据。
[0003] 表面缺陷检测有平面微观缺陷检测和高次曲面微观缺陷检测之分，本发明涉及的 高次曲面是以Z轴为旋转轴的旋转高次曲面，包括球面、二次曲面(抛物面、椭球面等)和高 次非球面。目前国内外高次曲面微观缺陷的数字化定量检测尚无人涉足，而传统的检测主 要采用人眼目视法，即在强光或一定的光照条件下用人眼直接观察。但目视法的标准不统 一且重复性差，又容易受检测人员身体条件等影响，主观性太强。因此亟需设计一种高次曲 面光学元件表面缺陷的定量检测方法，实现表面缺陷的自动化评价，提高检测效率及检测 精度。本发明基于显微散射暗场成像原理，通过对扫描采集得到的高次曲面光学元件表面 缺陷暗场图像的处理，设计了一种高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高次曲面光学元件表面缺陷的定 量检测方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0006] 步骤1.采用子孔径扫描拼接的方法获取高次曲面光学元件全口径表面的缺陷信 息。基于高次曲面的经炜线扫描轨迹方式，通过子孔径规划优化扫描路径并确定子孔径在 高次曲面表面的空间分布，实现以较少数目的子孔径覆盖被测元件的全口径范围；所述的 高次曲面是以Z轴为旋转轴的旋转高次曲面，包括球面、二次曲面(抛物面、椭球面等)和高 次非球面；
[0007] 步骤2.将显微散射暗场成像的放大倍率调整至低倍，沿扫描路径采集高次曲面上 指定空间分布处的平面子孔径图像；
[0008] 步骤3.平面子孔径图像是高次曲面三维子孔径在矢高方向压缩的二维图像，基于 子孔径空间分布和显微成像模型，结合高次曲面空间方程对平面子孔径图像进行高次曲面 三维子孔径矫正，构建子孔径高次曲面三维图像，恢复矢高方向丢失的缺陷信息；
[0009] 步骤4.对子孔径高次曲面三维图像进行正投影变换，并在投影平面上利用特征匹 配等图像拼接算法，拼接得到适于缺陷特征处理的全口径高次曲面二维投影图像，然后通 过数字图像处理操作提取缺陷特征，利用投影关系和空间曲线积分求得高次曲面光学元件 表面微观缺陷的实际位置、长度等特征信息；
[0010] 步骤5.根据位置信息准确定位目标缺陷并进行高放大倍率显微散射暗场成像，采 集目标缺陷的二维高倍图像，通过数字图像处理操作提取高倍图像上缺陷的特征，最后结 合定标数据得到缺陷的实际宽度、直径等特征信息，实现微米量级的检测精度；
[0011] 步骤6.统计分析低倍和高倍下检测得到的缺陷实际特征信息，生成高次曲面光学 元件表面缺陷评价数据并以电子报表等形式输出。
[0012] 步骤1所述的基于高次曲面的经炜线扫描轨迹方式，通过子孔径规划优化扫描路 径并确定子孔径在高次曲面表面的空间分布，具体如下：
[0013] 1-1.以高次曲面光学元件的顶点为原点〇s、旋转轴为Zs轴组成高次曲面坐标系0 S-XsYsZs。以原点08为初始检测位置，采集经线上的初始子孔径S Q;
[0014] 1-2.依据已确定的子孔径空间位置分布，将高次曲面光学元件绕Xs轴摆动一定角 度，采集经线上的下一幅子孔径。如经线上的第i幅子孔径S 1;
[0015] 所述的摆动的角度由子孔径空间位置分布确定。
[0016] 1-3.依据已确定的子孔径空间位置分布，通过对元件绕28轴的自旋转动，沿炜线 方向采集该炜线层的其他子孔径。如经线上第i幅子孔径S 1所处的第i炜线层上的其他子孔 径Cf、"、C;,，Ml为第i炜线层其他子孔径的数目；
[0017] 1-4.重复步骤1-2和步骤1-3,直到完成高次曲面光学元件全口径表面缺陷信息的 无漏米集。
[0018] 步骤3所述的基于子孔径空间位置和显微成像模型，结合高次曲面空间方程对平 面子孔径图像进行高次曲面三维子孔径矫正，得到子孔径高次曲面三维图像，恢复矢高方 向丢失的缺陷信息，具体如下：
[0019] 3-1.将显微散射暗场成像过程简化为理想的小孔成像，结合显微系统固有参数形 成成像系统小孔模型，测得成像系统小孔模型在子孔径S* 3成像状态下小孔孔径光阑Μ的三 维空间坐标，以及子孔径#成像状态下平面子孔径图像像素点(u，v)对应像点￥的三维空 间坐标；；
[0020] 3-2.对于高次曲面经线上的任意第i个子孔径S1，其子孔径S1成像状态可以看成由 子孔径S* 3成像状态在三维空间高次曲面坐标系中经过空间变换矩阵Rt变换而来，空间变换 矩阵Rt由子孔径空间位置分布决定;对g和A* 3的三维空间坐标作相同的空间变换，求得子 孔径S1成像状态下平面子孔径图像像素点(u，v)对应像点g的三维空间坐标和小孔孔径光 阑^的三维空间坐标；
[0021] 3-3.利用g和A1的三维空间坐标建立过点式:和A1的直线1的空间直线方程;根据成 像系统小孔模型理论可知与X共辄的高次曲面物点g-定位于直线1上，因此g点是高次 曲面与直线1的交点，联立直线1的空间直线方程和高次曲面空间方程，求解出#丨的三维空 间坐标，完成该像素点的三维矫正；
[0022] 3-4.对平面子孔径图像上的所有像素点都执行步骤3-1到3-3;实现经线上任意子 孔径S 1的高次曲面三维子孔径矫正；
[0023] 3-5.对于同一炜线上的其他子孔径，如第j个子孔径?，需要在S1高次曲面三维子 孔径矫正的基础上对得到的g点坐标绕匕轴再作一定的旋转变换(旋转角度由子孔径空间 位置分布决定），得到平面子孔径图像像素点(u，v)对应高次曲面共辄物点pf的三维空间坐 标。从而实现所有平面子孔径图像的高次曲面三维子孔径矫正，得到子孔径高次曲面三维 图像。
[0024]步骤4所述的对子孔径高次曲面三维图像进行正投影变换，并在投影平面上利用 特征匹配等图像拼接算法拼接得到适于缺陷特征处理的全口径高次曲面二维投影图像，通 过数字图像处理操作获取缺陷特征，利用投影关系和空间曲线积分得到高次曲面光学元件 表面微观缺陷的真实位置、长度等特征信息，具体如下：
[0025] 4-1.对每一幅子孔径高次曲面三维图像沿Zs轴作正投影变换，在投影平面坐标系 〇P-XPYP上得到子孔径二维投影图像，坐标系〇P-X PYP由与Xs轴平行的XP轴和与Ys轴平行的￥[) 轴组成；
[0026] 4-2.利用特征匹配等图像拼接算法高效率地实现全口径图像的高精度拼接，得到 适于缺陷特征处理的全口径高次曲面二维投影图像；
[0027] 4-3.对全口径高次曲面二维投影图像进行数字图像处理操作，提取缺陷的二维特 征信息；
[0028] 4-4.结合投影关系和高次曲面空间方程，恢复缺陷的三维特征信息，具体的:位置 特征的Z s*标信息，得到高次曲面上缺陷的真实位置，利用空间曲线积分法计算得到缺陷 的真实长度。
[0029] 步骤4-4所述的利用空间曲线积分法计算缺陷的真实长度，具体如下：
[0030] 4-4-1.高次曲面上的缺陷在其长度方向上可以看成是一条三维曲线。高次曲面上 的三维缺陷曲线匕在投影平面上对应二维缺陷曲线C P，结合已提取的二维特征信息，利用最 小二乘拟合法得到曲线0>的71坐标对应关系。由于是正投影变换，该坐标对应关系也就是 三维缺陷曲线C s的y-x坐标对应关系；
[0031 ] 4-4-2.将y-x坐标对应关系代入高次曲面空间方程z = f (X，y )，导出三维缺陷曲线 C49z-x坐标对应关系；
[0032] 4-4-3.利用空间曲线长度积分公式，计算缺陷的真实长度L:
[0034]本发明基于显微散射暗场成像原理，通过对扫描采集得到的高次曲面光学元件表 面缺陷暗场图像的处理，解决了高次曲面光学元件表面缺陷检测中三维重构、全口径拼接、 特征提取等难题，实现了宏观高次曲面表面微米量级微观缺陷的高分辨率、定位、定量检 测。不仅使传统检测者从繁重的目视检测中解放出来，更极大地提高了检测效率和检测精 度，为高次曲面光学元件的加工与使用提供客观可靠的数值依据，为提高先进光学制造超 精密加工技术、研究各种超精密加工工艺提供有力手段。
【附图说明】
[0035] 图1所示是高次曲面表面缺陷定量检测的流程图。
[0036] 图2所示是与图1对应的子孔径规划的示意图。
[0037]图3所示是与图1对应的高次曲面三维子孔径矫正的示意图。
[0038] 图4所示是与图1对应的子孔径高次曲面三维图像投影变换的示意图。
[0039] 图5所示是与图1对应的高次曲面三维逆投影变换的流程图。
[0040] 图6所示是与图5对应的缺陷长度检测过程的流程图。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0042] 实施例1
[0043]下面，本发明的实施例1将用图1-6来详细描述。
[0044] 如图1所示，高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法，具体包括如下步骤：
[0045] 步骤1.采用子孔径扫描拼接的方法获取高次曲面光学元件40全口径表面的缺陷 信息。基于高次曲面的经炜线扫描轨迹方式，通过子孔径规划优化扫描路径并确定子孔径 在高次曲面表面的空间分布，实现以较少数目的子孔径覆盖被测元件的全口径范围；所述 的高次曲面是以Z轴为旋转轴的旋转高次曲面，包括球面、二次曲面(抛物面、椭球面等）、高 次非球面等；
[0046] 步骤2.将显微散射暗场成像的放大倍率调整至低倍，沿扫描路径采集高次曲面上 指定空间位置处的平面子孔径图像30。
[0047] 步骤3.平面子孔径图像30是高次曲面三维子孔径在矢高方向压缩的二维图像，基 于子孔径空间位置和显微成像模型，结合高次曲面空间方程对平面子孔径图像30进行高次 曲面三维子孔径矫正51，构建子孔径高次曲面三维图像31，恢复矢高方向丢失的缺陷信息； [0048]步骤4.对子孔径高次曲面三维图像31进行正投影变换52,并在投影平面上利用特 征匹配等图像拼接算法拼接得到适于缺陷特征处理的全口径高次曲面二维投影图像33,然 后通过数字图像处理操作提取缺陷特征，利用投影关系和空间曲线积分求得高次曲面光学 元件40表面微观缺陷的实际位置、长度等特征信息；
[0049] 步骤5.根据位置信息准确定位目标缺陷并进行高放大倍率显微散射暗场成像，采 集目标缺陷的二维高倍图像，通过数字图像处理操作提取高倍图像上缺陷的特征，最后结 合定标数据得到缺陷的实际宽度、直径等特征信息，实现微米量级的检测精度；
[0050] 步骤6.统计分析低倍和高倍下检测得到的缺陷实际特征信息，生成高次曲面光学 元件表面缺陷评价数据并以电子报表等形式输出。
[0051] 步骤1所述的基于高次曲面的经炜线扫描轨迹方式，通过子孔径规划优化扫描路 径并确定子孔径在高次曲面表面的空间分布，子孔径采集过程如图2所示，具体如下：
[0052] 1-1.以高次曲面光学元件40的顶点为原点Os 100s、旋转轴为Zs轴103s组成高次曲 面坐标系Os-XsYsZs。以原点Os 100s为初始检测位置，采集经线18上的初始子孔径SQ 10;
[0053] 1-2.依据已确定的子孔径空间位置分布，将元件绕Xs轴101s摆动一定角度，采集 经线18上的下一幅子孔径。如经线18上的第i幅子孔径S1 11;
[0054] 1-3.依据已确定的子孔径空间位置分布，通过对元件绕Zs轴103s的自旋转动，沿 炜线19方向采集该炜线层的其他子孔径。如经线18上第i幅子孔径S1 11所处的第i炜线层 上的其他子孔径Cfl2、Ct……、4131为第i炜线层其他子孔径的数目；
[0055] 1-4.重复步骤1-2和步骤1-3,直到完成高次曲面光学元件40全口径表面缺陷信息 的无漏米集。
[0056]如图4所示，子孔径图像采集50得到的平面子孔径图像30是高次曲面三维子孔径 在矢高方向压缩的二维图像，只有经过三维重构才能用于子孔径拼接及高次曲面表面缺陷 的评价。高次曲面三维子孔径矫正51的本质就是构建平面子孔径图像30上像素点的坐标与 对应高次曲面上物点的三维空间坐标之间的关系。步骤3所述的基于子孔径空间位置和显 微成像模型，结合高次曲面空间方程对平面子孔径图像30进行高次曲面三维子孔径矫正 51，得到子孔径高次曲面三维图像31，恢复矢高方向丢失的缺陷信息，如图3所示，具体如 下：
[0057] 3-1.将显微散射暗场成像过程简化为理想的小孔成像，结合显微系统固有参数测 得成像系统小孔模型41在子孔径SQ成像状态42下小孔孔径光阑AQ 21的三维空间坐标，以及 子孔径SQ成像状态42下平面子孔径图像像素点（u，v)对应像点凡°20的三维空间坐标;所述 的三维空间坐标均是指在高次曲面坐标系下的坐标；
[0058] 3-2.对于高次曲面经线上的任意第i个子孔径S1 11，其子孔径S1成像状态43可以 看成由子孔径SQ成像状态42在三维空间高次曲面坐标系中经过一定的空间变换而来，空间 变换矩阵Rt 44由子孔径空间位置分布决定;对乂20和AQ 21的三维空间坐标作相同的空间 变换，求得子孔径S1成像状态43下平面子孔径图像像素点(u，v)对应像点乂 22的三维空间 坐标和小孔孔径光阑A1 23的三维空间坐标；
[0059] 3-3.利用众22和^ 23的三维空间坐标建立过两点的直线145的空间直线方程;根 据小孔成像模型理论可知与K22共辄的高次曲面物点g24-定位于直线145上，因此g24 是高次曲面与直线145的交点，联立直线145的空间直线方程和高次曲面空间方程，求解得 到乂24的三维空间坐标：
[0061 ]其中(? 4。，U).是A1 23的二维空间坐标，气,丨)是式22的二维空间坐标，z = f(x，y)是高次曲面空间方程。由于方程组存在多个解，还需要通过一定的几何关系对干 扰点进行排除，从而完成该像素点的三维矫正；
[0062] 3-4.对平面子孔径图像30上的所有像素点都执行上述过程，实现经线上任意子孔 径S1 11的高次曲面三维子孔径矫正51;
[0063] 3-5.对于同一炜线上的其他子孔径，如第j个子孔径 <，需要在S1 11高次曲面三 维子孔径矫正51的基础上对得到的g24点坐标绕Zs轴103s再作一定的旋转变换(旋转角度 由子孔径空间位置分布决定），得到平面子孔径图像像素点(u，v)对应高次曲面共辄物点Μ 的三维空间坐标。从而实现所有平面子孔径图像30的高次曲面三维子孔径矫正51，得到子 孔径高次曲面三维图像31。
[0064]针对三维图像的图像拼接、特征提取等图像处理算法不仅运算量大，还非常复杂， 不适合光学元件高效率的检测。如图4和图5所示，步骤4所述的对子孔径高次曲面三维图像 31进行正投影变换52,并在投影平面上利用特征匹配等图像拼接算法拼接得到适于缺陷特 征处理的全口径高次曲面二维投影图像33,通过数字图像处理操作获取缺陷特征，利用投 影关系和空间曲线积分得到高次曲面光学元件表面微观缺陷的真实位置、长度等特征信 息，具体如下：
[0065] 4-1.对每一幅子孔径高次曲面三维图像31沿Zs轴103s作正投影变换52,在投影平 面坐标系〇P-XPYP上得到子孔径二维投影图像32,坐标系0 Ρ-ΧΡΥΡ由与X4ill01s平行的X[^ 101p和与Ys轴102s平行的YP轴102p组成；由图4可以看出，子孔径二维投影图像32上的点与 子孔径高次曲面三维图像31上的点存在一一对应关系；
[0066] 4-2.利用特征匹配等图像拼接算法高效率地实现全口径图像的高精度拼接，得到 适于缺陷特征处理的全口径高次曲面二维投影图像33;
[0067] 4-3.对全口径高次曲面二维投影图像33进行数字图像处理操作，包括图像去噪、 图像分割、特征识别等，提取高次曲面表面缺陷的二维特征信息；
[0068] 4-4.如图5所示，结合投影关系和高次曲面空间方程，对二维特征信息作高次曲面 三维逆投影变换，恢复缺陷的真实三维信息。包括将缺陷的二维位置坐标代入高次曲面空 间方程算出Z s轴坐标，从而得到缺陷在高次曲面上的真实三维位置，以及利用空间曲线积 分法，计算出缺陷的真实长度。
[0069] 如图6所示，步骤4-4所述的利用空间曲线积分法计算缺陷的真实长度，具体如下：
[0070] 4-4-1.高次曲面上的缺陷在其长度方向上可以看成是一条三维曲线。如图5所示， 高次曲面上的三维缺陷曲线C s 60在投影平面上对应二维缺陷曲线CP 61，结合已提取的二 维特征信息，利用最小二乘拟合法得到曲线CP 61的y-x坐标对应关系。由于是正投影变换， 该坐标对应关系也就是三维缺陷曲线匕60的y-x坐标对应关系；
[0071 ] 4-4-2.将y-x坐标对应关系代入高次曲面空间方程z = f (X，y )，导出三维缺陷曲线 Cs 60的z-x坐标对应关系；
[0072] 4-4-3.利用空间曲线长度积分公式，计算缺陷的真实长度L:
【主权项】
1. 高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法，其特征在于包括如下步骤： 步骤1.采用子孔径扫描拼接的方法获取高次曲面光学元件全口径表面的缺陷信息;基 于高次曲面的经炜线扫描轨迹方式，通过子孔径规划优化扫描路径并确定子孔径在高次曲 面表面的空间分布，实现以较少数目的子孔径覆盖被测元件的全口径范围；所述的高次曲 面是以Z轴为旋转轴的旋转高次曲面； 步骤2.将显微散射暗场成像的放大倍率调整至低倍，沿扫描路径采集高次曲面上指定 空间分布处的平面子孔径图像； 步骤3.平面子孔径图像是高次曲面三维子孔径在矢高方向压缩的二维图像，基于子孔 径空间分布和显微成像模型，结合高次曲面空间方程对平面子孔径图像进行高次曲面三维 子孔径矫正，构建子孔径高次曲面三维图像，恢复矢高方向丢失的缺陷信息； 步骤4.对子孔径高次曲面三维图像进行正投影变换，并在投影平面上利用特征匹配的 图像拼接算法，拼接得到适于缺陷特征处理的全口径高次曲面二维投影图像，然后通过数 字图像处理操作提取缺陷特征，利用投影关系和空间曲线积分求得高次曲面光学元件表面 微观缺陷的实际位置和长度特征信息； 步骤5.根据实际位置信息准确定位目标缺陷并进行高放大倍率显微散射暗场成像，采 集目标缺陷的二维高倍图像，通过数字图像处理操作提取高倍图像上缺陷的特征，最后结 合定标数据得到缺陷的实际宽度、直径信息，实现微米量级的检测精度； 步骤6.统计分析低倍和高倍下检测得到的缺陷实际特征信息，生成高次曲面光学元件 表面缺陷评价数据并以电子报表等形式输出。2. 根据权利要求1所述的高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法，其特征在于步 骤1所述的基于高次曲面的经炜线扫描轨迹方式，通过子孔径规划优化扫描路径并确定子 孔径在高次曲面表面的空间分布，具体如下： 1-1.以高次曲面光学元件的顶点为原点Os、旋转轴为组成高次曲面坐标系Os-XsYsZ s;以原点08为初始检测位置，采集经线上的初始子孔径Sq; 1-2.依据已确定的子孔径空间位置分布，将高次曲面光学元件绕1轴摆动一定角度，采 集经线上的下一幅子孔径;如经线上的第i幅子孔径S1; 1-3.依据已确定的子孔径空间位置分布，通过对元件绕匕轴的自旋转动，沿炜线方向采 集该炜线层的其他子孔径；如经线上第i幅子孔径S1所处的第i炜线层上的其他子孔径 ?'、Ct、……、(^，Μι为第i炜线层其他子孔径的数目； 1-4.重复步骤1-2和步骤1-3,直到完成高次曲面光学元件全口径表面缺陷信息的无漏 米集。3. 根据权利要求1所述的高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法，其特征在步骤3 所述的基于子孔径空间位置和显微成像模型，结合高次曲面空间方程对平面子孔径图像进 行高次曲面三维子孔径矫正，得到子孔径高次曲面三维图像，恢复矢高方向丢失的缺陷信 息，具体如下： 3-1.将显微散射暗场成像过程简化为理想的小孔成像，结合显微系统固有参数形成成 像系统小孔模型，测得成像系统小孔模型在子孔径St3成像状态下小孔孔径光阑At3的三维空 间坐标，以及子孔径S t3成像状态下平面子孔径图像像素点(u，v)对应像点g的三维空间坐 标；； 3-2.对于高次曲面经线上的任意第i个子孔径S1，其子孔径S1成像状态可以看成由子孔 径St3成像状态在三维空间高次曲面坐标系中经过空间变换矩阵Rt变换而来，空间变换矩阵 Rt由子孔径空间位置分布决定;对#和At3的三维空间坐标作相同的空间变换，求得子孔径S1 成像状态下平面子孔径图像像素点(u，v)对应像点g的三维空间坐标和小孔孔径光阑A1的 三维空间坐标； 3-3.利用艽和A1的三维空间坐标建立过点g和A1的直线1的空间直线方程;根据成像系 统小孔模型理论可知与￥共辄的高次曲面物点一定位于直线1上，因此K点是高次曲面 与直线1的交点，联立直线1的空间直线方程和高次曲面空间方程，求解出g的三维空间坐 标，完成该像素点的三维矫正； 3-4.对平面子孔径图像上的所有像素点都执行步骤3-1到3-3;实现经线上任意子孔径 S1的高次曲面三维子孔径矫正； 3- 5.对于同一炜线上的其他子孔径，如第j个子孔径C;，需要在S1高次曲面三维子孔径 矫正的基础上对得到的兌点坐标绕Z s轴再作一定的旋转变换，得到平面子孔径图像像素点 (u，v)对应高次曲面共辄物点的三维空间坐标;从而实现所有平面子孔径图像的高次曲 面三维子孔径矫正，得到子孔径高次曲面三维图像。4. 根据权利要求1所述的高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法，其特征在步骤4 所述的对子孔径高次曲面三维图像进行正投影变换，并在投影平面上利用特征匹配等图像 拼接算法拼接得到适于缺陷特征处理的全口径高次曲面二维投影图像，通过数字图像处理 操作获取缺陷特征，利用投影关系和空间曲线积分得到高次曲面光学元件表面微观缺陷的 真实位置、长度等特征信息，具体如下： 4- 1.对每一幅子孔径高次曲面三维图像沿Zs轴作正投影变换，在投影平面坐标系Op-XpY p上得到子孔径二维投影图像，坐标系Op-XpYp由与X s轴平行的Xp轴和与Ys轴平行的￥[)轴组 成； 4-2.利用特征匹配等图像拼接算法高效率地实现全口径图像的高精度拼接，得到适于 缺陷特征处理的全口径高次曲面二维投影图像； 4-3.对全口径高次曲面二维投影图像进行数字图像处理操作，提取缺陷的二维特征信 息； 4-4.结合投影关系和高次曲面空间方程，恢复缺陷的三维特征信息，具体的：位置特征 的Zs*标信息，得到高次曲面上缺陷的真实位置，利用空间曲线积分法计算得到缺陷的真 实长度。5. 根据权利要求4所述的高次曲面光学元件表面缺陷的定量检测方法，其特征在步骤 4-4所述的利用空间曲线积分法计算缺陷的真实长度，具体如下： 4-4-1.高次曲面上的缺陷在其长度方向上可以看成是一条三维曲线；高次曲面上的三 维缺陷曲线Cs在投影平面上对应二维缺陷曲线CP，结合已提取的二维特征信息，利用最小二 乘拟合法得到曲线Cd9y- X坐标对应关系；由于是正投影变换，该坐标对应关系也就是三维 缺陷曲线Cj^y-X坐标对应关系； 4-4-2.将y-x坐标对应关系代入高次曲面空间方程z = f(x，y)，导出三维缺陷曲线(^的 z-x坐标对应关系； 4-4-3.利用空间曲线长度积分公式，计算缺陷的真实长度L:
【文档编号】G01N21/88GK106018414SQ201610326803
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】杨甬英, 吴凡, 李晨, 张毅晖, 柴慧婷, 闫凯, 周林
【申请人】浙江大学