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Abstract
Instrument Science and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
In this study, an improved phase-shifting diffraction interferometer for measuring the surface topography of a microsphere is developed. A common diode-pumped solid state laser is used as the light source to facilitate apparatus realization, and a new polarized optical arrangement is designed to filter the bias light for phase-shifting control. A pinhole diffraction self-calibration method is proposed to eliminate systematic errors introduced by optical elements. The system has an adjustable signal contrast and is suitable for testing the surface with low reflectivity. Finally, a spherical ruby probe of a coordinate measuring machine is used as an example tested by the new phase-shifting diffraction interferometer system and the WYKO scanning white light interferometer for experimental comparison. The measured region presents consistent overall topography features, and the resulting peak-to-valley value of 84.43 nm and RMS value of 18.41 nm are achieved. The average roughness coincides with the manufacturer’s specification value.
120.5050 Phase measurement 120.3180 Interferometry 120.6650 Surface measurements, figure 220.4830 Systems design 260.5430 Polarization Chinese Optics Letters
2016, 14(7): 071202
哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院, 哈尔滨 150001
为实现惯性约束聚变实验中核心部件球形靶丸表面形貌的高精度、高效率、无遗漏检测，建立了基于子孔径拼接和衍射干涉技术相结合的靶丸形貌测量装置，给出了测量的基本原理及系统单孔径横向分辨率的计算方法，并对靶丸旋转扫描时子孔径的排布进行了划分。针对点云数据横向间隔过大导致匹配算法迭代收敛速度缓慢，甚至不收敛的问题，提出以虚拟的极小半径代替实际曲率半径，将点云进行横向压缩的方法，在保持形貌特征不变的同时提高算法的匹配速度和准确性。最后，对直径1 mm的镀金球靶进行了实际测量，得到拼接后相对形貌误差峰谷值和均方根值分别为1.332λ和0.479λ的检测结果，可以同时获得表面形貌的整体起伏特征，以及局部的形貌细节。
移相衍射干涉测量 靶丸 表面形貌 子孔径拼接 phase-shifting diffraction interferometry target surface topography sub-aperture stitching 强激光与粒子束
2016, 28(2): 022006
哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对微球移相干涉测量中系统校准差及离焦引入的线性移相误差对相位信息提取产生的影响及特点，在分析了常用移相算法应用缺陷的基础上，构造了新的五帧算法。该算法对线性移相误差的响应特性与Hariharan算法十分接近，且符号相反。通过两种算法的互补修正，使得相位解算误差理论上较之Hariharan 算法降低了两个数量级，大幅提高了定步长移相算法的线性误差抑制能力，且避免出现类似任意步长算法奇异相位解的异常情况，运算更为简洁。最后通过测量实验验证了提出的误差互补修正相位提取方法的可行性和有效性。
干涉测量 微球 相位提取 互补修正
1 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院， 哈尔滨 150001
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
针对光学元件损伤图像中损伤区域的高精度检测问题，对内全反射照明下光学元件损伤图像的处理技术进行了研究。根据在线检测图像中损伤区域中心峰值的信号强度高于局部背景的信号强度这一特点，利用高斯滤波器生成待检测图像的局部信号强度比图像，实现了对损伤区域的低漏检率自动定位; 根据CCD的成像原理，利用辐射标定的方法建立起损伤区域的尺寸与其在图像中总灰度的关系方程，实现了损伤区域的亚像素高精度尺寸测量。实验结果表明，与传统的光学元件损伤图像处理算法相比，本文提出的算法在保持低漏检率的同时大大提高了损伤区域的测量精度。
图像处理 局部信号强度比 辐射标定 全内反射照明 images progressing local signal intensity ratio exposure calibration total internal reflection edge illumination
1 哈尔滨工业大学电气学院， 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
针对惯性约束聚变(ICF)光学元件损伤问题，提出了一种基于随机抽样一致性(RANSAC)及最小二乘支持向量机(LSSVM)回归的高精度检测方法。建立了损伤区域总灰度与实际尺寸的回归模型，通过该回归模型对待检测损伤区域的尺寸进行预测，得到损伤区域的高精度尺寸。为剔除回归模型建立过程中离群样本点的影响，采用RANSAC方法对训练样本进行优化选择。针对抽样组中样本数对检测精度及检测效率的影响进行了相关实验，确定了抽样组中样本数的合适区间。RANSAC-LSSVM方法可通过改变误差评价函数得到不同评价体系下的最优回归模型。实验证明，在传统像素级检测方法的基础上，该方法将损伤尺寸检测的平均相对误差降低了近90%。
图像处理 光学元件损伤 在线检测 回归 最小二乘支持向量机 随机抽样一致性
