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原文传递一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法

专利名称：	一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法
摘要：	一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，本发明的目的是为了解决现有像素级尺寸标定方法精度低的问题。过程为：一、将整个通光域均分为4×4个子区域，制备与子区域尺寸相同的标定板，并在标定板上预置不同尺寸的二氧化硅颗粒；二、将标定板依次放置在反射镜表面均匀分割的不同的子区域上，并分别采集不同区域的标定板图片；三、得到颗粒污染物在图像中的位置坐标、像素面积、像素直径、总灰度信息；四、在超景深显微镜下测量颗粒污染物的实际直径和实际面积；五、训练污染物面积、直径标定模型，由训练好的污染物面积、直径标定模型对测试样本进行估计。本发明用于表面颗粒污染物亚像素尺寸标定领域。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	哈尔滨工业大学
发明人：	陈明君;刘昊;赵林杰;张德志;程健;蒋晓东;尹朝阳;苗心向;牛龙飞;吕海兵
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-29T00:00:00+0800
申请号：	CN201910722708.0
公开号：	CN110389090A
代理机构：	哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：	时起磊
分类号：	G01N15/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
主权项：	1.一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、将整个通光域均分为4×4个子区域，制备与子区域尺寸相同的标定板，并在标定板上预置不同尺寸的二氧化硅颗粒；步骤二、将标定板依次放置在反射镜表面均匀分割的不同的子区域上，并分别采集不同区域的标定板图片；步骤三、对采集到的不同区域的标定板图片进行图像处理，得到颗粒污染物在图像中的位置坐标、像素面积、像素直径、总灰度信息；步骤四、根据步骤三得到的颗粒污染物在图像中的位置坐标信息，在超景深显微镜下测量颗粒污染物的实际直径和实际面积；步骤五、根据步骤四得到的颗粒污染物的实际直径和实际面积与步骤三三得到的颗粒污染物在标定板采集图像的位置坐标、像素面积、像素直径、总灰度信息训练污染物面积、直径标定模型，由训练好的污染物面积、直径标定模型对测试样本进行估计。 2.根据权利要求1所述一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，其特征在于：所述步骤一中将整个通光域均分为4×4个子区域，制备与子区域尺寸相同的标定板，并在标定板上预置不同尺寸的二氧化硅颗粒；具体过程为：步骤一一、采用纯黑色不透明有机玻璃板制作和子区域尺寸相同的标定板；步骤一二、通过摩擦方式使标定板产生静电，将不同尺寸SiO2颗粒均匀撒在标定板表面，标定板的静电会吸附SiO2颗粒，保证SiO2颗粒位置不发生变化。 3.根据权利要求1或2所述一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，其特征在于：所述步骤二中将标定板依次放置在反射镜表面均匀分割的不同的子区域上，并分别采集不同区域的标定板图片；具体过程为：步骤二一、将大口径反射镜安装于离线暗场检测装置，并使用夹紧装置预紧；步骤二二、调整反射镜两侧光源的辐照角度，使光源覆盖反射镜表面的通光域；步骤二三、放置标定板在采集区域；步骤二四、打开离线暗场检测装置的相机；步骤二五、调整标定板的位置，采集不同位置处的标定板颗粒污染物图片。 4.根据权利要求3所述一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，其特征在于：所述步骤三中对采集到的不同区域的标定板图片进行图像处理，得到颗粒污染物在图像中的位置坐标、像素面积、像素直径、总灰度信息；具体过程为：步骤三一、获取采集的标定板图像的畸变矫正矩阵，对采集的标定板图像进行畸变矫正；具体过程为：设校正前四边形边长为W1，W2，L1，L2，校正后图像尺寸为W×L，W为校正后长方形的长，L为校正后长方形的宽；且已知校正后图像长宽比α；为最大程度保存原图像信息，校正前图像中的一个像素应至少被映射到校正后图像的一个像素；校正后图像分辨率应满足如下条件：式中，为L1、L2中的较大值，为W1、W2中的较大值，为等效长宽比，步骤三二、采用拉普拉斯算子加权的自适应二值化算法对校正后图像进行二值化处理；步骤三三、提取二值化处理后图像的表面颗粒污染物在标定板采集图像的位置坐标、像素面积、像素直径、总灰度信息。 5.根据权利要求4所述一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，其特征在于：所述步骤五中根据步骤四得到的颗粒污染物的实际直径和实际面积与步骤三三得到的颗粒污染物在标定板采集图像的位置坐标、像素面积、像素直径、总灰度信息训练污染物面积、直径标定模型，由训练好的污染物面积、直径标定模型对测试样本进行估计；具体过程为：步骤五一、建立颗粒污染物散射模型；步骤五二、基于RANSAC-LSSVM回归建立污染物面积标定模型；步骤五三、基于线性回归建立污染物直径标定模型；步骤五四、根据训练好的污染物面积、直径标定模型对污染物颗粒进行评估，并计算污染物直径标定模型的预测误差。 6.根据权利要求5所述一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，其特征在于：所述步骤五一中建立颗粒污染物散射模型；具体过程为：以Mie散射理论建立散射模型，以污染物颗粒为原点O建立坐标系，根据Mie散射理论，距离散射体距离r的P处，散射光强分布I为：式中，I0为单位入射光强度，λ为入射光波长，为OP在xy面投影与x轴的夹角，θ为OP与z轴的夹角，即为散射角，i1(θ)和i2(θ)为散射光的强度函数，表示平行和垂直于散射面的强度分量，为振幅函数；S1(θ)、S2(θ)是由贝塞尔函数和勒让德函数组成的无穷级数，表达式为：式中，an、bn称为Mie系数，πn、τn为散射角函数，n为正整数；在散射角θ1～θ2范围内，散射能量E为光强I的积分，表达式为由公式(4)求得均匀球形散射体的散射能量。 7.根据权利要求6所述一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，其特征在于：所述步骤五二中基于RANSAC-LSSVM回归建立污染物面积标定模型；具体过程为： RANSAC为随机抽样一致性，LSSVM为最小二乘支持向量机；通过步骤四得到的颗粒污染物的实际直径和总面积与步骤三得到的颗粒污染物在标定板采集图像的总灰度，得到样本集S＝{(G1,A1),···,(Gk,Ak),···,(GN,AN)},Gk,Ak∈R，Gk为颗粒污染物在标定板采集图像的总灰度，Ak为超景深显微镜下测量颗粒污染物的实际直径和实际面积，根据LSSVM算法，污染物面积标定模型为：式中，N为正整数，R为实数，ω为权重向量，为非线性映射函数，b为偏置项，T为转置。 8.根据权利要求7所述一种大口径反射镜表面颗粒污染物亚像素尺寸标定方法，其特征在于：所述步骤五三中基于线性回归建立污染物直径标定模型；具体过程为：颗粒污染物直径标定模型的输入集合为： I＝{(G1,AP1,DP1),···,(Gk,APk,DPk),···,(GN,APN,DPN)} (6) 式中，G为污染物总灰度，AP为污染物在图像中的像素面积，DP为污染物在图像中的像素直径，G1为为第1个污染物总灰度，AP1为第1个污染物在图像中的像素面积，DP1为第1个污染物在图像中的像素直径，Gk为第k个污染物总灰度，APk为第k个污染物在图像中的像素面积，DPk为第k个污染物在图像中的像素直径，GN为为第N个污染物总灰度，APN为第N个污染物在图像中的像素面积，DPN为第N个污染物在图像中的像素直径；颗粒污染物直径标定模型的输出集合 O＝{(A1,D1),···,(Ak,Dk),···,(AN,DN)} (7) 式中，A为污染物实际面积，D为污染物实际直径，A1为第1个污染物实际面积，D1为第1个污染物实际直径，Ak为第k个污染物实际面积，Dk为第k个污染物实际直径，AN为第N个污染物实际面积，DN为第N个污染物实际直径；应用污染物面积标定模型，根据输入量污染物总灰度G，求得污染物估计面积AE，由估计面积AE与像素面积AP，像素直径DP，求得污染物颗粒理论直径DT；采用线性回归模型进行修正，得到污染物直径标定模型为 f(DT)＝a·DT+c (9) 式中，a为模型系数，c为模型系数。
所属类别：	发明专利