本文選題：損傷在線檢測 + 機器視覺��； 參考：《中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)》2017年碩士論文

【摘要】：激光持續(xù)輻照下,容易誘導光學元件發(fā)生損傷,極大地增加了系統(tǒng)研制成本,還會限制系統(tǒng)輸出能力,因此有必要對光學元件損傷進行在線檢測。若發(fā)現(xiàn)光學元件損傷,應在損傷急速增長之前停止輻照,避免出現(xiàn)不可逆或炸裂性損傷。本文主要研究基于機器視覺的光學元件損傷在線檢測方法,通過提取在線采集的光學元件表面圖像的特征,評估光學元件表面損傷情況,并對檢測系統(tǒng)中用到的關鍵圖像處理技術進行了深入研究。論文首先基于DirectShow視頻采集框架搭建了圖像采集和處理系統(tǒng),對視頻采集中用到的主要方法和原理進行詳細敘述。設計并搭建了光學元件損傷在線檢測系統(tǒng)的圖像采集和處理軟件框架,主要包括損傷圖像采集、處理、配置、通信等功能。其次研究圖像相似理論,根據激光輻照前后,光學元件損傷圖像相似程度,快速、實時檢測光學元件損傷,提出將廣泛用于圖像質量評價的結構相似測度算法用于光學元件損傷檢測,該算法可以準確描述光學元件損傷輕重程度。最后,論文研究光學元件損傷檢測中的圖像分割算法,利用圖像分割算法對損傷區(qū)域進行特征提取,統(tǒng)計損傷區(qū)域面積、長短軸等信息,定量分析光學元件損傷情況。在實際應用中,損傷圖像因為光照不均以及各種復雜多變的損傷效應,嚴重影響圖像分割和檢測效果。因此,針對本文實驗中在線采集到的損傷圖像的噪聲特點,研究各種濾波算法。在中值濾波、形態(tài)學濾波效果都不理想的情況下,最終選用基于圖像退化模型的圖像復原方法,利用大氣散射模型對退化過程進行近似,僅通過一次均值濾波對退化參數(shù)和噪聲進行估計,就能有效去除噪聲。在此基礎上,為了實現(xiàn)快速、準確的分割,論文還進一步對傳統(tǒng)的最大類間方差法(Otsu)算法進行改進。Otsu算法實現(xiàn)簡單,性能穩(wěn)定,是應用最廣泛的圖像分割方法,但是當損傷圖像存在微小損傷點時分割性能下降,因此在使用全局Otsu算法確定最佳分割閾值T后,計算每個像素局部信噪比,對0~T范圍的像素進行搜索,對信噪比超過設定閾值的像素,再次使用Otsu進行局部閾值分割。對本文提出的算法,采集本文實驗系統(tǒng)在運行過程中的實時圖像進行實驗,實驗結果表明本文算法均可有效實現(xiàn)光學元件損傷在線檢測。
[Abstract]:The continuous laser irradiation can easily induce the damage of optical elements, which greatly increases the cost of system development and limits the output ability of the system. Therefore, it is necessary to detect the damage of optical elements on line. In this paper, the on-line damage detection method of optical components based on machine vision is studied, and the surface damage of optical components is evaluated by extracting the features of the surface images of optical components collected on line. The key image processing techniques used in the detection system are also studied. Firstly, the image acquisition and processing system is built based on DirectShow video capture frame, and the main methods and principles used in video capture are described in detail. The image acquisition and processing software framework of the online optical component damage detection system is designed and built, which mainly includes the functions of image acquisition, processing, configuration, communication and so on. Secondly, the theory of image similarity is studied. According to the similarity degree of damage image of optical element before and after laser irradiation, the damage of optical element can be detected quickly and in real time. A structural similarity measure algorithm, which is widely used in image quality evaluation, is proposed for damage detection of optical elements. This algorithm can accurately describe the severity of damage of optical elements. Finally, the paper studies the image segmentation algorithm in the damage detection of optical elements, uses the image segmentation algorithm to extract the feature of the damage area, statistics the area of the damage area and the information of the long and short axis, and analyzes the damage situation of the optical element quantitatively. In practical applications, image segmentation and detection are seriously affected by uneven illumination and various complex and varied damage effects. Therefore, according to the noise characteristics of the damage images collected online in this paper, various filtering algorithms are studied. When the median filter and morphological filter are not ideal, the image restoration method based on image degradation model is used to approximate the degradation process by using atmospheric scattering model. The noise can be effectively removed by estimating the degradation parameters and noise only by means of the first-order mean filter. On this basis, in order to achieve fast and accurate segmentation, this paper further improves the traditional Otsuu algorithm, which is simple and stable, and is the most widely used image segmentation method. But the segmentation performance is degraded when there are small damage points in the damaged image, so after using the global Otsu algorithm to determine the optimal segmentation threshold T, the local signal-to-noise ratio of each pixel is calculated, and the pixels in the 0 T range are searched. For pixels whose signal-to-noise ratio exceeds the set threshold, Otsu is used to segment the local threshold again. For the algorithm proposed in this paper, the real-time images of the experimental system in this paper are collected and the experimental results show that the proposed algorithm can effectively realize the on-line damage detection of optical elements.
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH74;TP391.41

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