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光学元件表面微缺陷可视化检测技术研究

作　者: 刘鹏
导　师: 潘永强
学　校: 西安工业大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 全反射棱镜散射显微成像法缺陷检测数字图像处理
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 125次
引　用: 1次
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内容摘要

全反射棱镜是激光陀螺仪中的关键零件,其表面微缺陷的存在严重影响了激光陀螺仪的质量和功能。长期以来光学元件表面缺陷的检测主要依靠人工目视检测,存在检测效率低下和检测效果一致性差等问题,尤其是不能实现精密度量。检测手段亟需改善。课题基于缺陷对光线的散射特性,以光束斜入射棱镜待测面,使散射光成像于显微系统,得到暗背景上的亮缺陷像,非常适合数字图像处理,实现可视化的缺陷高精度测量。光学元件表面微缺陷的检测主要针对元件表面光斑轮廓、麻点和划痕缺陷,具体研究情况包括以下几个方面：1)根据课题中所针对的缺陷对象的检测要求,分析了光学元件表面微缺陷的光学散射特性,应用显微成像法并通过搭建光学显微成像系统实现了对全反射棱镜三个工作面的微缺陷图像的采集。2)分析比较了缺陷图像滤波处理中的四种滤波方法,结果表明中值滤波法和形态学滤波法对缺陷图像具有较好的滤波效果；通过比较分析阈值分割图像法和边缘提取法,采用阈值分割法实现表面光斑轮廓图像的二值化处理,应用Canny算子边缘提取法实现麻点和划痕缺陷图像的分割处理。3)通过提取光斑轮廓处的灰度值特征和计算灰度梯度,将光学元件表面质量划分为四个质量等级。4)经过大量分析缺陷的几何特征数据,确定以圆度和短长径之比做为麻点和划痕的识别依据,其中圆度的特征值为0.055,短长径之比的特征值为0.550；分别确定出麻点和划痕的几何像素尺寸和灰度值大小。本课题是应用显微散射成像技术在光学元件表面微缺陷检测方面做出的探索与尝试,为更加完善的光学元件表面微缺陷的专家检测系统的研制打下了基础。经过实验论证,课题中提出的方法和算法都有很好的工程应用价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 研究的背景及意义  8-9
  1.2 缺陷检测的国内外研究现状  9-11
  1.3 数字图像处理技术的介绍  11-13
    1.3.1 数字图像处理技术的历史  11-12
    1.3.2 数字图像处理技术的应用  12-13
  1.4 研究的内容  13-14
2 光学元件表面缺陷检测的显微成像法及其系统  14-18
  2.1 光学元件表面散射特性介绍  14-16
    2.1.1 光学元件表面的散射源  14-15
    2.1.2 光学元件表面各种散射源的散射情况分析  15
    2.1.3 缺陷检测中显微散射的应用  15-16
  2.2 光学显微成像系统  16-18
3 光学显微成像的硬件系统搭建和MATLAB应用  18-28
  3.1 光学显微成像的硬件系统搭建  18-24
    3.1.1 照明光源  18-19
    3.1.2 CCD摄像机  19-21
    3.1.3 图像采集卡  21-24
  3.2 MATLAB软件介绍和在数字图像处理中的应用  24-28
    3.2.1 MATLAB软件的介绍  24-25
    3.2.2 数字图像处理中的基本内容  25-26
    3.2.3 MATLAB在数字图像处理中的应用  26-28
4 光学元件表面光斑轮廓的检测  28-39
  4.1 光学元件表面激光光斑轮廓图像的采集  28-29
  4.2 光斑轮廓的数字图像处理  29-37
    4.2.1 轮廓图像的二值化分割  30-33
    4.2.2 二值图像的滤波  33-37
  4.3 元件表面光斑轮廓灰度值特征的提取及分级评定  37-39
5 光学元件表面麻点和划痕缺陷的检测  39-55
  5.1 光学元件表面缺陷的概述  39-40
    5.1.1 缺陷的种类  39
    5.1.2 缺陷的危害  39-40
  5.2 光学元件表面缺陷的图像处理过程  40-47
    5.2.1 图像的滤波  40
    5.2.2 图像中缺陷的分割  40-46
    5.2.3 图像中缺陷边缘的连接和区域的填充  46
    5.2.4 二值图像中缺陷的数学形态学滤波  46-47
  5.3 光学元件表面缺陷的特征提取  47-54
    5.3.1 缺陷图像中子缺陷的区域标记  47-48
    5.3.2 缺陷图像中子缺陷的图像特征  48-54
  5.4 光学元件表面缺陷检测的误差源分析  54-55
6 结论与展望  55-58
  6.1 结论  55-56
  6.2 展望  56-58
参考文献  58-61
攻读硕士学位期间发表的论文  61-62
致谢  62-64

光学元件表面微缺陷可视化检测技术研究

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